El cemento es uno de los materiales que más se consume en todo el mundo. Sin embargo, el enorme apetito de cemento en el mundo también tiene un costo ambiental: su producción genera más de mil millones de toneladas de emisiones de dióxido de carbono por año, casi el 8% de las emisiones globales totales. Ahora, unos investigadores de la Universidad de Stanford en Estados Unidos han creado y están perfeccionando un nuevo método de calentamiento por plasma mediante electricidad que permite producir cemento de forma rápida y eficaz y sin quemar combustibles fósiles, no generando, por tanto, la contaminación que sí generan los métodos tradicionales.
El nuevo método lo ha desarrollado un equipo que incluye, entre otros, a Qi Zheng, de la Universidad de Stanford en Estados Unidos.
El cemento moderno, conocido como cemento Portland, fue inventado en 1824 por un albañil que buscaba un material de construcción de fraguado rápido. En los dos siglos posteriores a ese hecho, la receta para hacer cemento ha cambiado muy poco. Consiste en calentar piedra caliza, arcilla y otros ingredientes a temperaturas de hasta 1400 grados centígrados. El calor fusiona las materias primas en trozos del tamaño de guijarros, que luego se trituran para producir cemento fino y granulado.
Una proporción significativa de las emisiones de dióxido de carbono derivadas de la producción de cemento provienen de la quema de combustibles fósiles para calentar el aire dentro del horno de gran tamaño, donde las materias primas se convierten en cemento. “También hay muchos pasos intermedios que conducen a mucho calor residual”, señala Zheng. Para mitigar las emisiones, Zheng, Yi Cui, Paolo Monteiro y sus colegas, idearon una manera de usar electricidad en lugar de combustibles fósiles para calentar directamente las materias primas y eliminar estos pasos intermedios.
El nuevo método de electrificación sustituye los hornos alimentados por combustibles fósiles por la calefacción por plasma, un proceso que implica dirigir la electricidad a través de gas ionizado. Esto genera temperaturas superiores a 2400 grados centígrados, que aceleran la formación del cemento. Zheng y sus colegas observaron que el calentamiento del plasma fusionaba las materias primas en cuestión de segundos, casi 100 veces más rápido que mediante la producción tradicional de cemento.
Además, al reducir el tiempo necesario para calentar las materias primas, el nuevo método redujo el calor residual. A diferencia de la producción tradicional de cemento, que opera con una eficiencia térmica de entre el 30 y el 40 por ciento, casi el 80 por ciento del calor generado durante el calentamiento por plasma se canalizó para producir cemento.
Los investigadores descubrieron que el nuevo cemento “bajo en carbono”, como lo llamaron, tiene propiedades mecánicas, como durabilidad y viabilidad, que son comparables a las del cemento tradicional. También examinaron el cemento con bajo contenido en carbono bajo un microscopio electrónico, y pudieron ver que el nuevo método introdujo defectos a nanoescala que se disolvieron rápidamente en agua y potenciaron la fijación del cemento, lo que mejoró su resistencia en comparación con el cemento tradicional.
El método de calentamiento del plasma también funciona con los residuos de cemento obtenidos de las plantas de reciclaje como materia prima. Esto favorece la circularidad y reduce aún más las emisiones de dióxido de carbono en la producción de cemento. Además, si se alimenta con energía renovable, todo el proceso de calentamiento del plasma podría estar libre de emisiones.
En el futuro, los investigadores tienen previsto colaborar con empresas interesadas del sector del cemento para probar y ampliar su método de producción masiva.
Otra prioridad, comenta Zheng, es investigar la eficacia del método de plasma en la manipulación de diferentes tipos de residuos de cemento como materia prima. Los residuos de cemento pueden variar mucho de acuerdo con la ubicación y el momento de la recogida. Hay que poner a prueba “si la nueva tecnología es lo suficientemente versátil como para hacer frente a todo tipo de residuos o si necesitamos cribar un poco antes de alimentar con el material a la maquinaria”, añade Zheng.
El nuevo método ha sido presentado en un congreso reciente celebrado por la Sociedad Estadounidense de Química (American Chemical Society, ACS). Bajo el título “Making Zero-Carbon Cements in Seconds”.
