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Por qué el hormigón bajo en carbono es el camino hacia cero emisiones netas
El hormigón es el material artificial más consumido en el mundo, con 14.000 millones de m3 producidos en 2020. El hormigón es un material de construcción fundamental para proyectos de edificación e infraestructuras. Su popularidad se debe a su resistencia, durabilidad, versatilidad y, en la mayoría de los casos, a su coste relativamente bajo.
Los problemas del hormigón
El hormigón tiene un elevado impacto de carbono incorporado, causado por la producción de cemento, uno de sus principales componentes. Esto se debe al proceso de producción del cemento, que consume mucha energía, y a las emisiones de carbono del proceso químico de calcinación. Otro reto que plantea el uso del hormigón es su reutilización. Hoy en día, prácticamente todo el hormigón se tritura para convertirlo en áridos al final de la vida útil del edificio. Debido al gran volumen utilizado, no hay ningún material que pueda sustituir el uso del hormigón. Aunque los materiales de construcción alternativos tienen un papel valioso en la descarbonización del entorno construido, su escalabilidad no es suficiente para sustituir al hormigón. Sin embargo, otros materiales ayudan a estimular la innovación en el sector del hormigón para mejorar su comportamiento medioambiental.
Guía rápida para equipos de diseño y prescripción |
Checklist para reducir el carbono embebido al construir con hormigón:
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¿Por qué el hormigón es tan intensivo en carbono?
El hormigón está hecho de cemento, agua, arena, áridos y, en algunos casos, aditivos químicos para aumentar su trabajabilidad. La mayor parte de las emisiones de carbono del hormigón proceden del cemento. El cemento, a su vez, se compone de clinker (el cemento Portland tradicional) y otros materiales. El clinker se fabrica calentando piedra caliza triturada, arcilla y otros materiales a temperaturas de hasta 1.400 grados C. Esta temperatura sólo puede alcanzarse con combustibles de alto contenido energético, por lo que la mayor parte de su producción depende de combustibles fósiles. A estas temperaturas, la piedra caliza (CaCO3) se descompone en cal (CaO) y CO2. El dióxido de carbono resultante del proceso se denomina carbono de calcinación. El proceso de calcinación es necesario para que el clínker funcione como aglutinante, por lo que evitarlo es imposible. Muy a menudo, el clínker se mezcla con otros materiales para conseguir las propiedades deseadas para el cemento.
El hormigón se utiliza a menudo en estructuras monolíticas, o colado in situ, lo que no permite reutilizarlo fácilmente tras el fin de la vida útil de un edificio. El escenario más circular de fin de vida útil es que el hormigón se triture en áridos. Esto significa que se necesitará hormigón nuevo para futuros edificios, con todas las emisiones de carbono adicionales que ello conlleva.
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Figura 1: Composición típica del hormigón tradicional |
Figura 2: Proceso de fabricación del cemento: Horno de calcinación de cilindros |
¿Qué es el hormigón bajo en carbono?
En el sector de la construcción se considera que un hormigón bajo en carbono es una mezcla de hormigón que produce menos carbono embebido que una mezcla de hormigón media. Sin embargo, actualmente no existe una definición acordada a nivel mundial para el hormigón bajo en carbono.
Retos del hormigón bajo en carbono
- En la mayoría de las regiones no existe un punto de referencia acordado ni un porcentaje de reducción del carbono embebido para que la mezcla de hormigón se clasifique como baja en carbono.
Los intentos locales incluyen el Consejo de Sostenibilidad del Hormigón (Alemania), la norma Lavkarbonbetong (Noruega) y el Mapa de Hormigón Bajo en Carbono del Reino Unido. El resultado es que el término se utiliza en todos los casos en que el hormigón tiene menos carbono embebido que una mezcla típica de cemento Portland, aunque la reducción sea mínima y a veces incluso nominal. En la mayoría de los casos, la reducción será el resultado de la sustitución del cemento por aglutinantes alternativos más tradicionales como cenizas volantes, escoria de alto horno granulada molida (GGBS), arcillas calcinadas y, en algunos casos limitados, puzolanas naturales, así como por nuevas soluciones innovadoras. Esta lista no es exhaustiva, ya que existen muchas otras soluciones y se están desarrollando otras nuevas.
- El problema de la mayor parte del hormigón bajo en carbono que se fabrica hoy en día es que el clínker (ingrediente clave del cemento) se sustituye por materiales secundarios procedentes de procesos basados en combustibles fósiles. Aunque se trata de un mecanismo de transición útil, no puede ampliarse a medida que descarbonizamos la generación de energía y otras industrias.
Ventajas de reducir el clínker de cemento
1. Reducción del carbono embebido en el hormigón
El hormigón se utiliza en los cimientos, las losas y la estructura de la mayoría de los edificios del mundo. Dado que la mayor parte del carbono embebido en el hormigón procede de la producción de cemento, la clave para reducirlo es reducir la cantidad total de cemento utilizado. Esto puede hacerse mediante:
- Evitar el diseño excesivo de los elementos estructurales: esto reducirá la cantidad de hormigón y cemento que se utiliza.
- Racionalizar la consideración de las cargas durante el diseño: a menudo se sobreestiman las cargas vivas, lo que puede evitarse mediante un diseño estructural detallado sin comprometer la adaptabilidad futura del edificio.
- Diseñar pensando en la eficiencia de los materiales: optimizar la luz del entramado estructural e incorporar elementos de hormigón más eficientes desde el punto de vista de los materiales, como losas alveolares y cubiertas mixtas.
- Evitar especificar en exceso la resistencia a la compresión del hormigón: las mezclas de hormigón pueden optimizarse para partes específicas del edificio; no es necesario utilizar una resistencia estándar en todo el edificio.
- Evitar sobre-especificar la resistencia a la compresión del hormigón en los primeros 28 días tras el vertido: esto permite utilizar hormigón con ligantes alternativos que, en la mayoría de los casos, tienen tiempos de curado más largos.
- Utilizar aglutinantes alternativos: pruebe a utilizar Fly-Ash, GGBS, arcillas calcinadas, etc.
- Utilizar otras soluciones innovadoras para el hormigón: cuando estén disponibles y sea posible, se pueden utilizar soluciones que no estén necesariamente relacionadas con la reducción del cemento, como el hormigón de altas prestaciones (HPC), el hormigón reforzado con fibras o el hormigón permeable.
2. Reducción de costes para los productores de hormigón
Una ventaja clave de la optimización de la cantidad de hormigón y clínker de cemento es que ahorra costes de capital. Al reducir la cantidad de clínker utilizado en la producción de hormigón, los fabricantes pueden disminuir su dependencia de materias primas caras y de procesos que consumen mucha energía. Esto no sólo reduce los costes de producción, sino que también mejora la eficiencia global del proceso de fabricación.
Además, el uso de ligantes alternativos y la optimización del diseño de la mezcla de hormigón pueden reducir los residuos y mejorar la utilización de los recursos. Este potencial de ahorro es especialmente significativo en proyectos de construcción a gran escala, donde incluso pequeñas reducciones en el uso de materiales pueden traducirse en ahorros financieros sustanciales. Además, la adopción de prácticas de hormigón con bajas emisiones de carbono puede mejorar la competitividad de una empresa en el mercado y adaptarse a las crecientes presiones normativas y sociales en favor de métodos de construcción más sostenibles.
Ligantes alternativos al cemento
Los aglutinantes alternativos al cemento más utilizados son:
- Cenizas volantes / cenizas de combustible pulverizado
- Escoria granulada de alto horno
- Arcillas calcinadas
Aunque algunos de ellos son ampliamente utilizados por la industria de la construcción, su disponibilidad depende de procesos relacionados con los combustibles fósiles y se espera que sea limitada en el futuro, cuando se espera que el uso de combustibles fósiles disminuya. En consecuencia, el uso de estos aglutinantes es importante hoy en día, pero no puede ser una parte significativa del futuro del hormigón sin emisiones de carbono.
Desafíos de los tipos alternativos de ligantes del cemento
Aunque los aglutinantes enumerados anteriormente reducirán el carbono embebido en el hormigón, los contratistas suelen verlos con escepticismo, ya que afectan a la velocidad de curado del hormigón. Esto significa que las mezclas de hormigón con tales aglutinantes necesitarán más tiempo para alcanzar un determinado nivel de resistencia en comparación con las mezclas tradicionales de cemento Portland.
Una mezcla de hormigón con un 50% de GGBS, por ejemplo, tendrá la mitad de resistencia que una mezcla de cemento Portland a los 7 días del vertido, pero debería alcanzar la misma resistencia a los 28 días. El tiempo de curado más lento puede retrasar la construcción unos días por cada planta añadida, lo que puede dar lugar a mayores retrasos e implicaciones económicas en las construcciones de edificios más altos. En la medida de lo posible, los contratistas tendrán que prever un tiempo de curado más largo del hormigón bajo en carbono para mitigar los retrasos y los costes asociados.
Otros aglutinantes del cemento
Otros aglutinantes alternativos, aunque no tan utilizados, son:
- ceniza de cáscara de arroz
- yeso
La ceniza de cascarilla de arroz es un subproducto de la producción de arroz. Cuando se retira la cáscara del arroz, se quema. La ceniza resultante de este proceso se conoce como ceniza de cascarilla de arroz y tiene un alto contenido de sílice que le permite producir compuestos cementantes adicionales al reaccionar con hidróxido de carbono, que es un producto de la hidratación del cemento. Una de las principales ventajas de la ceniza de cascarilla de arroz es que se trata de un recurso renovable.
Soluciones alternativas de hormigón bajo en carbono
Entonces, ¿el hormigón bajo en carbono consiste únicamente en aglutinantes alternativos al cemento? No, en la actualidad están surgiendo otras tecnologías de hormigón con bajas emisiones de carbono, algunas de las cuales ya se comercializan y se están ampliando.
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Tecnologías de captura de carbono
Una causa importante de las emisiones de carbono del hormigón es el proceso de calcinación durante la producción del cemento. Incluso si la energía principal utilizada en la producción y el transporte del hormigón fuera cero carbono, las emisiones relacionadas con la calcinación seguirían siendo las mismas. Para solucionar este problema, Heidelberg Materials está construyendo la primera instalación de captura y almacenamiento de carbono del mundo en una planta de producción de cemento en Brevik(Noruega), y tiene previsto hacer lo mismo en la planta de Slite (Suecia).
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Inyección de dióxido de carbono
Estas tecnologías pretenden utilizar el CO2 capturado inyectándolo en el hormigón cuando aún está en estado líquido. El CO2 reacciona entonces con el cemento y el agua para producir más compuestos cementantes. Estas tecnologías ya existen comercialmente y pueden aplicarse a las plantas de hormigón existentes. CarbonCure, una empresa canadiense, y Carbonaide, una empresa finlandesa, están desarrollando tecnologías que pueden utilizarse en las plantas existentes de hormigón premezclado y prefabricado, respectivamente. CarbonBuilt ha desarrollado una tecnología similar para la producción de bloques de hormigón ultra-bajos en carbono. La tecnología puede integrarse en cualquier planta de bloques de hormigón existente y reduce el carbono emebido de los bloques sustituyendo el cemento por otro material alternativo que reacciona con el CO2 inyectado durante el proceso de curado para formar CaCO3 (piedra caliza). La primera producción comercial de bloques de hormigón con esta tecnología la inició Blair Block en Alabama (EE.UU.) en 2022.
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Biotecnología
También se está investigando cómo conseguir hormigón bajo en carbono con el uso de la biotecnología. Materiales Prometheus de Estados Unidos ha desarrollado una mezcla de hormigón que utiliza algas para sustituir al cemento Portland. Su solución se ha utilizado en proyectos piloto y se está trabajando en la plena comercialización del producto. Biozeroc es una empresa británica de biomateriales que produce hormigón bajo en carbono a partir de bacterias. Su proceso utiliza bacterias para aglutinar áridos y arena en un material tan eficaz como el hormigón convencional. Este proceso de producción de BioConcrete emite al menos un 85% menos de carbono y tiene potencial para ser carbono negativo una vez que los materiales de desecho se incorporen a las materias primas bacterianas.
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Soluciones vegetales
Las soluciones vegetales incluyen materiales que en muchos casos son una mezcla de cal, arena, arcilla y fibras vegetales. Uno de estos materiales es el hormigón de cáñamo, hecho de cal, arena y fibras de cáñamo. Estos materiales pueden utilizarse para elementos de hormigón in situ, hormigón proyectado y unidades de mampostería. Aunque estos materiales son de origen biológico y contienen muy pocas emisiones de carbono, no pueden sustituir al hormigón tradicional salvo en edificios pequeños y aplicaciones no portantes.
Cómo hacer que el hormigón sea más circular
El papel de los equipos de preescripción y contratación
Para reducir el carbono embebido en el hormigón, que se libera principalmente durante la fase de producción (A1-A3), hay que centrarse en minimizar la necesidad de producir hormigón nuevo. Esto puede lograrse utilizando elementos prefabricados reutilizables con conexiones reversibles. Los equipos de especificación deben adoptar requisitos basados en el rendimiento, como la durabilidad, la contracción, la resistencia a la compresión y los límites de carbono incorporado. Los equipos de contratación deberían adquirir hormigón bajo en carbono utilizando Declaraciones Ambientales de Producto (DAP o EPD) cuando estén disponibles, dar prioridad a los ligantes alternativos y reducir el desperdicio in situ. Aunque los ligantes alternativos reducen el impacto, las emisiones A1-A3 siguen siendo significativas. Por lo tanto, los elementos de hormigón reutilizables y la reducción al mínimo de la nueva producción son cruciales para la construcción sostenible, en consonancia con los objetivos de bajas emisiones de carbono.
Más información sobre cómo el hormigón puede ser más circular.
¿Quién puede suministrar soluciones de hormigón bajo en carbono?
Muchos fabricantes ya producen hormigón premezclado y prefabricado o cemento con bajas emisiones de carbono. Todos los fabricantes que han creado EPD para sus mezclas de hormigón o productos de cemento pueden encontrarse y compararse en la base de datos One Click LCA.
A continuación, encontrarás una lista de fabricantes de hormigón bajo en carbono como referencia:
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Europa |
Norteamérica |
Oriente Medio y Norte de África |
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Con el Generador de EPD para hormigón de One Click LCA, las empresas de fabricación de hormigón y cemento pueden crear declaraciones ambientales de producto (DAP o EPD) para sus mezclas con una fracción del esfuerzo y el coste en comparación con las soluciones de DAP tradicionales. La herramienta genera DAP verificadas por terceros y conformes a las normas ISO 14025, EN 15804+A2 y otras normas asociadas, y abre el mercado a más productos para demostrar sus credenciales de sostenibilidad.
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