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Los investigadores del MIT encuentran una manera de eliminar las emisiones de carbono de la producción de cemento, una importante fuente global de gases de efecto invernadero.
Artículo MIT por David L. Chandler: Es bien sabido que la producción de cemento, el material de construcción líder en el mundo, es una fuente importante de emisiones de gases de efecto invernadero, que representa alrededor del 8 por ciento de todas esas emisiones. Si la producción de cemento fuera un país, sería el tercer mayor emisor del mundo.
Un equipo de investigadores del MIT ha ideado una nueva forma de fabricar el material que podría eliminar estas emisiones por completo, e incluso podría hacer algunos otros productos útiles en el proceso.
Los hallazgos se informan hoy en la revista PNAS en un documento de Yet-Ming Chiang, el profesor de Kyocera de Ciencia e Ingeniería de Materiales en el MIT, con el postdoctorado Leah Ellis, el estudiante graduado Andrés Badel y otros.
“Aproximadamente 1 kilogramo de dióxido de carbono se libera por cada kilogramo de cemento hecho hoy”, dice Chiang. Eso suma de 3 a 4 gigatoneladas (miles de millones de toneladas) de cemento y de emisiones de dióxido de carbono, producidas anualmente hoy, y se proyecta que esa cantidad crecerá. Se espera que el número de edificios en todo el mundo se duplique para 2060, lo que equivale a “construir una nueva ciudad de Nueva York cada 30 días”, dice. Y el producto ahora es muy barato de producir: cuesta solo unos 13 centavos por kilogramo, lo que, según él, lo hace más barato que el agua embotellada.
Por lo tanto, es un verdadero desafío encontrar formas de reducir las emisiones de carbono del material sin que sea demasiado costoso. Chiang y su equipo han pasado el último año buscando enfoques alternativos, y se les ocurrió la idea de utilizar un proceso electroquímico para reemplazar el actual sistema dependiente de combustibles fósiles.
El cemento Portland ordinario, la variedad estándar más utilizada, se hace moliendo piedra caliza y luego cocinándola con arena y arcilla a fuego alto, que se produce al quemar carbón. El proceso produce dióxido de carbono de dos maneras diferentes: por la quema del carbón y por los gases liberados de la piedra caliza durante el calentamiento.
Cada uno de estos produce contribuciones aproximadamente iguales a las emisiones totales. El nuevo proceso eliminaría o reduciría drásticamente ambas fuentes, dice Chiang. Aunque han demostrado el proceso electroquímico básico en el laboratorio, el proceso requerirá más trabajo para escalar a escala industrial.
En primer lugar, el nuevo enfoque podría eliminar el uso de combustibles fósiles para el proceso de calentamiento, sustituyendo la electricidad generada a partir de fuentes limpias y renovables. “En muchas geografías, la electricidad renovable es la electricidad de menor costo que tenemos hoy en día, y su costo sigue disminuyendo”, dice Chiang. Además, el nuevo proceso produce el mismo producto de cemento. El equipo se dio cuenta de que tratar de ganar aceptación para un nuevo tipo de cemento, algo que muchos grupos de investigación han perseguido de diferentes maneras, sería una batalla cuesta arriba, considerando cuán ampliamente utilizado es el material en todo el mundo y cuán reacios pueden ser los constructores para intentar Materiales nuevos, relativamente no probados.
El nuevo proceso se centra en el uso de un electrolizador, algo que muchas personas han encontrado como parte de las clases de química de la escuela secundaria, donde una batería se conecta a dos electrodos en un vaso de agua, produciendo burbujas de oxígeno de un electrodo y burbujas de hidrógeno del otro a medida que la electricidad divide las moléculas de agua en sus átomos constituyentes. Es importante destacar que el electrodo de evolución de oxígeno del electrolizador produce ácido, mientras que el electrodo de evolución de hidrógeno produce una base.
En el nuevo proceso, la piedra caliza pulverizada se disuelve en el ácido en un electrodo y se libera dióxido de carbono de alta pureza, mientras que el hidróxido de calcio, generalmente conocido como cal, precipita como un sólido en el otro. El hidróxido de calcio se puede procesar en otro paso para producir el cemento, que es principalmente silicato de calcio.
El dióxido de carbono, en forma de una corriente pura y concentrada, puede ser fácilmente secuestrado, aprovechado para producir productos de valor agregado, como un combustible líquido para reemplazar la gasolina, o utilizado para aplicaciones como la recuperación de petróleo o incluso en bebidas gaseosas y hielo seco. El resultado es que no se libera dióxido de carbono al medio ambiente durante todo el proceso, dice Chiang. Por el contrario, el dióxido de carbono emitido por las plantas de cemento convencionales está altamente contaminado con óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, monóxido de carbono y otros materiales que lo hacen nada práctico “lavar” para hacer que el dióxido de carbono sea utilizable.
Los cálculos muestran que el hidrógeno y el oxígeno también emitidos en el proceso podrían recombinarse, por ejemplo, en una pila de combustible, o quemarse para producir suficiente energía para alimentar el resto del proceso, dice Ellis, produciendo nada más que vapor de agua.
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