Un equipo de investigadores de la UCLA, liderados por el Doctor Gaurav Sant, desarrolló un nuevo método para descarbonizar la producción del clínker y así, producir cementos más sostenibles. Este nuevo desarrollo, que sería mucho más eficiente que los que existen actualmente, permitiría su rápido escalamiento y aplicación en plantas cementeras y ya se encuentran generando pilotos en India, donde se construirá una planta que operará sólo con esta innovación.
Uno de los aspectos por los que se menciona que la industria del cemento y del hormigón es un sector que más contribuye a los gases de efecto invernadero (GEI) y, por consiguiente, al calentamiento global y al fenómeno del cambio climático, es debido a la producción del clínker, materia prima esencial para la producción cemento portland, componente fundamental para la fabricación del hormigón.
Así, distintos actores -entidades gremiales, el mundo de la academia, entre otros- desarrollan investigaciones para, justamente, disminuir las emisiones durante el proceso de producción del material; desde el uso de adiciones como puzolanas (que en el caso de Chile, se trata de uno de los cementos que más utiliza este tipo de adiciones), residuos industriales, tecnologías de captura de CO2, entre otros, la industria busca alcanzar la carbono neutralidad o el denominado “net zero” en la producción del cemento, una meta que, a nivel mundial y local, se fijó para el año 2050.
Uno de los grandes desafíos que existen en esta materia es lograr el desarrollo de estas tecnologías a un nivel que permitan incorporarlas dentro del proceso mismo de producción sin elevar sus costos, que es uno de los motivos por los que aún no se masifican. En ese sentido, tanto la industria como los investigadores continúan con el desarrollo de pilotos para introducir esas innovaciones y así, generar cementos y hormigones con menores emisiones.
Ese aspecto, incorporar una tecnología de captura que fuese eficiente en materia de costos, fue lo que llevó a investigadores de la Universidad de California (UCLA) a preguntarse si era posible descomponer la piedra caliza (es decir, acceder a la cal) en el proceso de producción del cemento de una forma industrialmente relevante sin liberar dióxido de carbono en fase gaseosa. Luego de una década investigación, llegaron a la respuesta: ZeroCAL, una manera de descarbonizar al sector que puede introducirse fácilmente en el proceso productivo del material.
Descarbonizando la producción del cemento a través de ZeroCAL
El proceso que da forma a ZeroCAL se basa en la producción de hidróxido de calcio, compuesto que, al calentarlo en un horno para producir cal, emite agua. Así, el equipo liderado por Gaurav Sant, Ph.D en Ingeniería Civil de la Universidad Purdue y director del Instituto para el Manejo del Carbono de la UCLA, desarrolló un nuevo enfoque para producir, justamente, hidróxido de calcio.
Los investigadores utilizaron caliza como materia prima, la que disolvieron en una solución acuosa que contiene un ácido industrial común, el ácido etilendiaminotetraacético. Luego, en un proceso de nanofiltración a través de una membrana, separaron el calcio extraído desde la caliza antes de utilizar un proceso electroquímico para producir hidróxido de calcio, detalla la casa de estudios en un comunicado de prensa.
El equipo bautizó al proceso como “ZeroCAL”, que significa cal sin carbono. Este nuevo enfoque, comentan, podría remover hasta el 98% de las emisiones de CO2 asociadas al proceso termoquímico de creación de la cal. Los subproductos que se generan con este proceso incluyen ácido clorhídrico y bicarbonato de sodio, como también, oxígeno e hidrógeno gaseoso, el que podría utilizarse como un combustible de combustión limpia para calentar los hornos cementeros.
“El método ZeroCAL ofrece una solución elegante para eliminar las emisiones de dióxido de carbono asociadas al proceso de producción del cemento”, destacó el Doctor Sant, autor correspondiente de la investigación.
“En primer lugar, aborda las emisiones resultantes de carbono resultantes de la descomposición de la caliza mientras que entrega hidrógeno limpio y oxígeno para calentar los hornos cementeros. Segundo, permite la descarbonización en el mismo sitio mientras se utilizan los hornos existentes y piedra caliza como materia prima, sin tener que construir instalaciones separadas para la captura y almacenamiento de CO2”.
Los desafíos de este nuevo desarrollo
Si bien uno de los grandes desafíos que tiene este nuevo método es su consumo energético, el que actualmente, es más elevado que los que se utilizan en hoy en día para la producción de cal. Por lo mismo, recientes estudios sugieren caminos por los que el método ZeroCAL puede alcanzar la paridad energética simplificando y eliminando operaciones unitarias, haciendo un mejor uso de los ácidos producidos electrolíticamente y de los coproductos asociados al método.
Asimismo, para cumplir con la demanda de agua que requiere ZeroCAL, el equipo sugiere enfocarse en plantas de cemento cercanas a las riberas de ríos o instalaciones que tengan un fácil acceso al suministro de agua. Los investigadores comentan que están trabajando junto a la cementera más grande de India, Ultratech Cement Limited, para construir una planta de pruebas, la primera en su tipo, que producirá varias toneladas cúbicas de cal por día utilizando el método de ZeroCAL.
“Se ha vuelto muy claro que, para mitigar los efectos del cambio climático, se necesitan acciones urgentes que cambien el paradigma en muchas áreas, para lograr la descarbonización de nuestra sociedad”, dijo Fabian Rosner, Ph.D en Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de California, Irvine (UCI), académico asociado de la UCLA y co-autor de esta investigación.
“Creemos que el método ZeroCAL ofrece una vía única para permitir una descarbonización escalable y rápida para la producción de cemento, en una manera que no se había considerado previamente”, sentenció.
