- El concreto es el material más usado del mundo después del agua, por lo que la tecnología para reducir las emisiones de CO₂ del cemento tiene un impacto directo en la respuesta climática de la industria de la construcción
- Un equipo de Cambridge desarrolló un método para procesar cemento desechado junto con hornos de arco eléctrico (EAF) usados en el reciclaje de acero, reduciendo al mismo tiempo las emisiones de la producción de concreto y de acero
- La clave del proceso es sustituir el fundente de cal usado en el reciclaje de acero por cemento desechado, convirtiendo la escoria que normalmente se tira en cemento reciclado utilizable en nuevo concreto
- En pruebas del Materials Processing Institute se confirmó por primera vez una producción a escala basada en hornos de arco eléctrico, y si los EAF funcionan con energía renovable, a largo plazo también sería posible un cemento sin emisiones
- El proceso Cambridge Electric Cement apunta a producir 1.000 millones de toneladas al año para 2050, lo que equivale a cerca de una cuarta parte de la producción anual actual de cemento
Cómo volver a fabricar cemento en un horno de arco eléctrico
- Un equipo de Cambridge desarrolló un método para reciclar cemento aprovechando los hornos de arco eléctrico utilizados en el reciclaje de acero
- El método fue presentado en el estudio Electric recycling of Portland cement at scale, publicado en Nature
- En el reciclaje tradicional de acero se usa fundente de cal para eliminar impurezas, y el resultado del proceso normalmente es un residuo de escoria
- Si el cemento desechado reemplaza al fundente de cal, el producto final pasa a ser cemento reciclado que puede usarse en nuevo concreto
- Este proceso reduce las emisiones de ambos sectores al disminuir la necesidad de fundente de cal, sin añadir costos significativos a la producción de concreto o de acero
Por qué el cemento emite tanto
- El concreto se fabrica con arena, grava, agua y cemento, y el cemento actúa como aglutinante
- Aunque el cemento representa una parte pequeña del concreto, es responsable de casi el 90% de sus emisiones
- La producción tradicional de cemento pasa por un proceso de clinkerización (clinkering), en el que la piedra caliza y otras materias primas trituradas se calientan en grandes hornos a unos 1.450°C
- En ese proceso, la piedra caliza se descarbonata para convertirse en cal, liberando grandes cantidades de CO₂
- Durante la última década, científicos han estudiado cómo reemplazar cerca de la mitad del cemento en el concreto con materiales alternativos como la ceniza volante, pero estos sustitutos necesitan la activación química del cemento restante para endurecer
- Julian Allwood señala que la demanda mundial de cemento ronda los 4.000 millones de toneladas al año, por lo que solo con estos sustitutos sería físicamente difícil asegurar suficiente volumen
El experimento que conecta concreto de desecho y escoria siderúrgica
- La idea parte de triturar concreto viejo, retirar arena y piedra, y luego calentar el cemento para eliminar el agua y volver a formar clinker
- La clinkerización requiere calor y una combinación adecuada de óxidos; el cemento desechado contiene esos componentes, pero necesita reactivarse
- El equipo agregó residuos de demolición, cal, alúmina y sílice para crear distintas escorias, las procesó junto con acero fundido en un EAF del Materials Processing Institute y luego las enfrió rápidamente
- Según Cyrille Dunant, la combinación de clinker de cemento y óxido de hierro produce una escoria siderúrgica espumosa y de buen flujo
- Si se equilibra la composición y la escoria se enfría con suficiente rapidez, se puede obtener cemento reactivado sin añadir costos al proceso siderúrgico
- Este cemento reciclado tiene un contenido de óxido de hierro más alto que el cemento convencional, pero se considera que su impacto en el desempeño es pequeño
Meta de 1.000 millones de toneladas para 2050
- Las pruebas recientes del Materials Processing Institute mostraron que es posible producir cemento reciclado a escala en hornos de arco eléctrico, algo que se logra por primera vez
- El proceso Cambridge Electric Cement está ampliando su escala con rapidez
- Para 2050 podría ser posible producir 1.000 millones de toneladas al año, aproximadamente una cuarta parte de la producción anual actual de cemento
- Si los EAF operan con energía renovable, este método podría conducir a largo plazo a una producción de cemento sin emisiones
- El equipo de investigación presentó una patente para este proceso con el fin de apoyar su comercialización
Reducir el uso de concreto importa tanto como la tecnología
- Allwood dice que producir cemento sin emisiones es un “absolute miracle”, pero que también hay que reducir el uso de cemento y concreto
- El concreto es barato, resistente y puede fabricarse casi en cualquier lugar, pero su nivel de uso actual es excesivo
- Es posible reducir de forma importante el uso de concreto sin comprometer la seguridad, aunque para ello hace falta voluntad política
- Cambridge Electric Cement no solo podría ser un avance para la industria de la construcción, sino también una señal de que las oportunidades de innovación en la transición hacia cero emisiones van más allá del sector energético
1 comentarios
Opiniones de Hacker News
Sorprendentemente, reciclan concreto con grandes hornos de arco eléctrico usados para reciclar acero. Creo que, si se hace funcionar el horno de arco con energía solar, también sería posible producir concreto sin emisiones.
Actualmente el concreto representa el 7.5% de las emisiones antropogénicas de carbono, así que esto podría marcar una gran diferencia. Los hornos de arco consumen una enorme cantidad de energía, pero si la energía solar se duplica cada dos años, en ciertas horas del día habrá más electricidad de la que se pueda manejar, y los hornos de arco se vuelven una buena forma de absorber precios spot de electricidad negativos.
Según https://ourworldindata.org/grapher/electricity-prod-source-s..., la electricidad renovable mundial fue de 10,700 TWh en 2021 y 11,600 TWh en 2023; la producción de acero crudo en 2023 fue de 1,500 millones de toneladas, de las cuales 30% se produjo en hornos eléctricos. Aun suponiendo que 20% de ese 30% ya usa electricidad renovable, queda 24%, es decir, 360 millones de toneladas que necesitan electricidad verde, y 360 millones × 0.4 MWh = 144 TWh. Sin esa suposición serían unos 152 TWh, así que, en teoría, destinando alrededor del 1.5% de la electricidad renovable mundial se podría reemplazar el 24% de la producción de acero crudo en hornos eléctricos. Como el crecimiento de la electricidad renovable mundial fue de +5%, en teoría parece posible hacer más verde la producción de acero en un año; incluso si los números estuvieran 100% equivocados, sería del orden de 2 años. Pero si ese 5% no viene acompañado de una reducción del 5% en el consumo de carbón y gas, no sirve de nada, y la realidad no es así.
Incluso si escala, probablemente solo reduzca un poco ese 7.5%.
https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=50357
Se podría desalinizar agua o minar criptomonedas, y si aparecen robots con capacidades de nivel humano, se podría aumentar sin límite la producción de todo.
Es un descubrimiento muy interesante, pero hoy el cemento usado tampoco va tal cual al relleno sanitario.
La mayor parte del cemento se convierte en concreto, y el concreto triturado en distintos tamaños es un material valioso que se usa como agregado más barato que la piedra triturada en construcción de caminos y otras obras. En mi zona, cuando veo anuncios de venta de concreto triturado y llamo, muchas veces ya está vendido. Como los suelos de alrededor son arcilla y arena, parece que siempre falta este tipo de material.
Los escombros de concreto también tienen valor de recuperación en la obra. Para reciclarlos de esta manera habría que transportarlos a una planta de molienda, triturarlos, separarlos, llevarlos de nuevo a un alto horno, y recién entonces empezaría el proceso descrito en el artículo.
La parte de “si se puede hacer, sería enorme” parece estar en reducir el concreto a pasta de cemento hidratada.
El paper real: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07338-8
El paper dice que la pasta de cemento recuperada (RCP) actualmente no se suministra a escala comercial, y que, como el valor de los agregados recuperados mejorados no alcanza para cubrir el costo del procesamiento adicional, la RCP hoy se envía a relleno sanitario. Sin embargo, afirma que existen el know-how y la tecnología necesarios para producir RCP a gran escala, y cita [22].
22. Thermomechanical beneficiation of recycled concrete aggregates (RCA): https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095006182...
Pero el paper citado no respalda la afirmación de que exista tecnología para reciclar concreto como RCP. Ese paper trata sobre eliminar el mortero adherido (AM) de los agregados de concreto reciclado (RCA).
Me alegra que este tema haya sobrevivido incluso después del proceso de flags de HN.
Ojalá también se hablara de otras fuentes de energía no basadas en carbono prometedoras, como la geotermia por perforación. Es un poco tangencial, pero la gente suele sorprenderse cuando se le dice NET-ZERO == MAX-CO2 == MAX-HEAT. Es fácil pensar que al llegar a emisiones netas cero la misión está cumplida, pero lo que realmente importa es el área bajo la curva: la cantidad total de CO2/equivalentes de gases de efecto invernadero que hemos enviado a la atmósfera, y estos permanecen durante mucho tiempo.
Ya nos estamos acercando a +1.5 °C, y si, en las condiciones actuales, las emisiones se mantienen en una meseta alta y la temperatura sube alrededor de 0.25~0.3 °C por década, cuando lleguemos a emisiones netas cero hacia 2050 lo más probable es que estemos en el rango de +2.5~+3.0 °C. No estoy seguro de que +2.5 °C sea habitable para grandes poblaciones, así que incluso termino mirando cosas como la gestión de la radiación solar (SRM). Por ejemplo, subir partículas de azufre para aumentar la nubosidad y reducir la luz solar que absorben los océanos, generando un efecto neto de enfriamiento. Hasta hace poco, el azufre del combustible de los portacontenedores producía un efecto así, pero luego se reguló para reducir el contenido de azufre en el combustible.
Al final, entramos en este desastre mediante geoingeniería, creando una biosfera caliente y con mucho CO2, y parece que también necesitaremos ingeniería para salir. Aun así, es alentador que haya muchas tecnologías que parecen capaces de reemplazar los combustibles de carbono, almacenar energía y reducir el calor.
Segundo, debe garantizarse financiamiento continuo. Si se hace SRM durante 20 años y luego se detiene de golpe, aparecerán de una sola vez 20 años de aumento del cambio climático. Además, se necesitará el mayor esfuerzo diplomático de la historia humana para que casi todos los países participen. Como todos los países se verán afectados, sin acuerdo podría llevar a conflictos. Por ejemplo, Rusia espera temperaturas más altas y temporadas de cultivo más largas.
Otra forma es no construir cosas que haya que demoler en 10 años. Muchos edificios grandes de concreto en las ciudades fueron demolidos en menos de 20 años, y algunos desaparecieron en apenas 10.
Es bastante derrochador, así que con planificación y visión de futuro seguramente hay una mejor manera.
La idea es reemplazar el fundente usado en el reciclaje de acero con concreto de desecho, para obtener cemento reciclado en lugar de escoria inútil.
Es una idea realmente buena, pero hay que recordar que, aunque toda la producción mundial de acero cambiara a este método, el impacto sobre la producción de cemento sería mínimo. El acero está en el orden de unos 100 millones de toneladas/año, mientras que el cemento ronda los 4,000 millones de toneladas/año.
https://www.statista.com/statistics/267264/world-crude-steel...
En 2022, la producción mundial de acero crudo fue de alrededor de 1,900 millones de toneladas. Dicho eso, tu intuición de que el impacto en la producción de cemento sería pequeño es correcta.
Según este informe, al fabricar acero nuevo a partir de mineral se necesitan unos 270 kg de piedra caliza por tonelada de acero, y al reciclar acero en un horno de arco eléctrico se necesitan 88 kg.
https://worldsteel.org/wp-content/uploads/Fact-sheet-raw-mat...
La producción mundial de acero es aproximadamente 35% reciclada y 65% basada en mineral. Por lo tanto, este estudio de Cambridge, que aplica al acero reciclado, podría sustituir alrededor de 59 millones de toneladas de consumo de piedra caliza. Es poco comparado con los miles de millones de toneladas de consumo mundial de cemento, pero podría tener sentido localmente para municipios con hornos de arco eléctrico.
Los investigadores de Cambridge descubrieron que el cemento usado es un sustituto eficaz del fundente de cal. Entonces me da la impresión de que ese concreto solo se “recicla” como material sustituto durante la fabricación de acero.
Ese método es difícil de escalar. Para procesar aunque sea el 1% del concreto que quisiéramos reciclar, habría que fabricar una cantidad enorme de acero adicional.
Es un hack bastante ingenioso.
La producción de cemento es una causa importante de las emisiones de dióxido de carbono a nivel mundial. Es sorprendente que se estén desarrollando métodos eficaces para reciclar cemento.