Científicos de Illinois buscan contribuir con la descarbonización de la industria cementera
Crearon una prueba que puede predecir el rendimiento de un nuevo tipo de material de construcción cementicio en cinco minutos
Investigadores desarrollan nuevos cementos menos contaminantes. (Rodolfo Quiros) Crédito: Pexels
La producción de cemento es una fuente de emisiones de CO2 a nivel mundial de allí la importancia de que la industria utilice materiales sustentables que contribuyan con la descarbonización, y científicos de Illinois están aportando su conocimiento en este campo.
Un equipo de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign desarrolló una prueba que puede predecir el rendimiento de un nuevo tipo de material de construcción cementicio en cinco minutos, lo que supone una mejora significativa con respecto al método estándar actual de la industria, que tarda siete días o más en completarse.
El centro universitario dijo que este desarrollo impulsará el uso de recursos de nueva generación, denominados materiales cementicios suplementarios (MCS), al acelerar el proceso de control de calidad antes de salir de la planta de producción.
Los MCS como las arcillas calcinadas pueden sustituir parcialmente al llamado cemento Portland convencional y producir un hormigón duradero y económico que produce menos dióxido de carbono durante su producción.
El estudio es dirigido por el profesor de ingeniería civil y ambiental Nishant Garg, quien también forma parte del Instituto de Sostenibilidad, Energía y Medio Ambiente de la Universidad de Illinois.
“Actualmente existen metodologías de prueba para medir la reactividad química del aluminio y el silicio en las arcillas calcinadas, pero requieren equipos de prueba costosos y consumen mucho tiempo de laboratorio”, afirmó.
Los científicos que participan en la investigación utilizan un método de bajo coste denominado colorimetría y tecnología de cámaras para el control de calidad en tiempo real de las arcillas calcinadas en entornos industriales.
Las arcillas calcinadas son materiales de construcción de estructura (SCM) que contienen minerales de aluminio y silicio que se vuelven químicamente reactivos al calentarse entre 600 y 900 grados Celsius, explicaron.
Tras el tratamiento térmico, el aluminio y el silicio presentes en las arcillas calcinadas se vuelven muy reactivos químicamente, lo que les permite contribuir a las reacciones que conducen al refuerzo a largo plazo del mortero y el hormigón.
El nivel de reactividad se puede medir y los investigadores pueden utilizarlo para predecir la resistencia y la calidad final del producto.
“Nuestra nueva prueba puede ser ejecutada sobre la marcha por el personal de la planta para un control de calidad en tiempo real. Nuestra técnica introduce un analizador que se puede utilizar en la línea de producción cada cinco minutos, lo que permite a los trabajadores recolectar una pequeña muestra de su cinta transportadora y determinar rápidamente si la calidad es consistente”, dijo Garg.
En el laboratorio, el equipo de Garg desarrolló un método para medir la reactividad de la arcilla calcinada muy rápidamente. Para ello, los investigadores primero exponen la arcilla a una solución alcalina intensa y caliente durante cinco minutos, lo que disuelve las arcillas y libera los iones de aluminio y silicio para su medición.
“Dedicamos bastante tiempo a optimizar la alcalinidad y la temperatura de nuestra solución para que se pueda realizar en minutos, en lugar de horas o días como las pruebas convencionales disponibles actualmente”, explicó Garg.
Una vez lista la solución, los investigadores midieron la concentración de iones de aluminio y silicio disueltos y combinaron esos valores para obtener un único índice de disolución.
“Y aquí es donde nuestro nuevo enfoque se vuelve emocionante”, afirmó Garg. “Descubrimos que, en lugar de enviar estas soluciones a un laboratorio para su análisis con costosos equipos analíticos, podíamos simplemente añadir un colorante a la solución que reacciona con los iones para producir colores distintivos según las concentraciones de aluminio y silicio”.
Posteriormente, precisó, pueden cuantificar el color con un colorímetro económico, un dispositivo que mide la cantidad de luz que absorbe una solución a una longitud de onda específica.
Las colaboraciones serán clave para perfeccionar e implementar esta tecnología, ya que aún quedan algunos obstáculos por superar, afirmó Garg.
El equipo indicó que el método funciona únicamente con arcillas calcinadas, pero se están considerando muchos otros tipos de materiales cementantes complementarios para su uso en futuras mezclas sostenibles de cemento y hormigón.
Materiales más nuevos como puzolanas naturales, cenizas recuperadas, así como materiales más antiguos como cenizas volantes de carbón y escorias de alto horno, podrían ser objetivos potenciales, según los investigadores.
La firma global de consultoría de gestión McKinsey & Company destacó en un análisis que si la industria cementera logra acelerar la adopción de MCS podría impulsar los esfuerzos de descarbonización y, al mismo tiempo, abrir un nuevo horizonte de creación de valor.
Los MCS suelen ser alternativas bajas en carbono y más económicas al clínker, y los existentes e innovadores podrían allanar el camino hacia la descarbonización o aliviar la oferta en regiones donde el suministro de clínker es limitado, señaló.
