Investigadores de la Universidad Estatal de Washington han desarrollado una fórmula de concreto ecológica y neutra en carbono que es casi tan fuerte como el concreto convencional.

En un trabajo de prueba de concepto, los investigadores de la Universidad Estatal de Washington infundieron cemento estándar con biochar, un tipo de carbón producido a partir de desechos orgánicos, que había sido fortificado previamente con aguas residuales de concreto. El biocarbón pudo absorber hasta el 23 % de su peso en dióxido de carbono de la atmósfera y, sin embargo, mantener una resistencia comparable al cemento común.

La investigación podría reducir significativamente las emisiones de carbono en la industria del hormigón, que es una de las industrias manufactureras más intensivas en energía y carbono. El trabajo, dirigido por el estudiante de doctorado Zhipeng Li, se publica en la revista, letras materiales.

“Estamos muy entusiasmados de que esto contribuya a la misión de un entorno construido neutral en carbono”, dijo Xianming Shi, profesor del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de WSU y autor correspondiente del artículo.

El estudiante graduado Zhipeng Li y el profesor Xianming Shi. Crédito: Universidad Estatal de Washington

Más de 4 mil millones de toneladas de hormigón se producen anualmente en todo el mundo. La fabricación de cemento ordinario requiere altas temperaturas y la combustión de combustible. La piedra caliza utilizada en su producción también se descompone, lo que crea dióxido de carbono, por lo que se cree que la producción de cemento es responsable de alrededor del 8% de todas las emisiones de carbono de las actividades humanas en todo el mundo.

Los investigadores intentaron agregar biocarbón como sustituto del cemento para hacerlo más ecológico y reducir la huella de carbono, pero agregar un 3 % de biocarbón redujo significativamente la resistencia del concreto. Después de tratar el biocarbón en las aguas residuales de hormigón, los investigadores de WSU pudieron agregar hasta un 30 % de biocarbón a su mezcla de cemento. La masilla hecha con cemento modificado con biocarbón pudo alcanzar una resistencia a la compresión después de 28 días en comparación con el cemento regular de alrededor de 4000 psi.

“Estamos comprometidos a encontrar nuevas formas de convertir los flujos de desechos en usos beneficiosos en el concreto; una vez que se identifiquen estos flujos de desechos, el siguiente paso es ver cómo podemos agitar la varita mágica de la química y convertirlos en un recurso”, dijo Shi. . “El truco está realmente en la ingeniería interfacial: cómo diseñas las interfaces en el concreto”.

El agua de lavado de hormigón cáustico es a veces un material de desecho problemático de la producción de hormigón. Shi dijo que las aguas residuales son altamente alcalinas pero también una valiosa fuente de calcio. Los investigadores utilizaron calcio para inducir la formación de calcita, que beneficia al biocarbón y, finalmente, al hormigón que contiene biocarbón.

“La mayoría de los otros investigadores solo han podido agregar hasta un 3% de biocarbón para reemplazar el cemento, pero demostramos el uso de dosis mucho más altas de biocarbón porque hemos descubierto cómo diseñar la superficie del biocarbón”, dijo.

La sinergia entre las aguas residuales altamente alcalinas que contienen mucho calcio y el biocarbón altamente poroso significa que el carbonato de calcio se deposita sobre o dentro del biocarbón, lo que lo endurece y permite que el dióxido de carbono se absorba del aire. Se espera que el hormigón fabricado con este material siga secuestrando CO2 durante la vida útil del hormigón, normalmente 30 años en un pavimento o 75 años en un puente.

Con el fin de comercializar la tecnología, los investigadores trabajaron con la Oficina de Marketing para proteger la propiedad intelectual y presentaron una solicitud de patente provisional sobre su trabajo de concreto con carbono negativo. Recientemente recibieron una subvención inicial de la Fundación de Investigación de Washington para producir más datos para una variedad de casos de uso. También están buscando activamente socios de la industria del sector de la construcción para escalar la producción para demostraciones de campo y licenciar esta tecnología WSU.

Ingrese su diario: Referencia: “Hacia una aplicación industrial sostenible de hormigón con emisiones de carbono negativas: Captura sinérgica de carbono mediante agua de lavado de hormigón y biocarbón” Por Zhipeng Li y Xianming Shi, 10 de abril de 2023, disponible aquí. letras materiales.
DOI: 10.1016/j.matlet.2023.134368