Este artículo detrás de escena se proporcionó a LiveScience en colaboración con la National Science Foundation.
Si desea cocinar un cemento ecológico, simplemente mezcle dos tazas de piedra caliza de jardín granulada, una taza de escoria de alto horno granulada molida y tres cucharadas de carbonato de sodio (es decir, carbonato de sodio). El resultado es una alternativa sólida, sostenible y económica al cemento Portland ordinario (OPC), el líder de la industria en cemento. Los investigadores del grupo de Michel Barsoum en la Universidad de Drexel han estado cocinando esta tecnología aparentemente nueva en los últimos años, pero sus orígenes se remontan mucho más allá de lo que uno puede imaginar.
A las Grandes Pirámides de Egipto, de hecho. El grupo de Barsoum había llevado a cabo una investigación que parecía probar que algunas de las piedras en las pirámides fueron fundidas usando una forma temprana de cemento, en lugar de talladas en piedra caliza. Si algunos de los materiales utilizados para construir las pirámides fueron de hecho fundidos y han durado 4.500 años, ¿por qué no usarlos en los materiales de construcción actuales, se preguntó?
"OPC es responsable del 5 al 8 por ciento del CO mundial y consume una enorme cantidad de energía", dice Alex Moseson, un colega que ahora toma la iniciativa de llevar la alternativa de Barsoum al mercado.
Ingredientes de cemento Greenstone
La diferencia entre el cemento "Greenstone" creado por Drexel, como se le llama, y el cemento Portland común radica en los ingredientes y métodos utilizados. Greenstone es un cemento alcalino activado (AAC) que no requiere calentamiento cuando se hace. Más bien, el AAC se basa en ingredientes reciclados que están fácilmente disponibles, en su mayoría productos de desecho de la industria que ya se han calentado. Estos incluyen cenizas volantes, hollín de chimenea capturado de plantas de energía a carbón y escoria, que es un subproducto del proceso que convierte el mineral de hierro en hierro.
Como resultado, el perfil de impacto ambiental de Greenstone es dramáticamente diferente al de OPC, mostrando un 97 por ciento menos de energía consumida y también de CO2 producido. Además, la disponibilidad inmediata de materias primas eleva el costo de fabricación de $ 75 por tonelada a aproximadamente $ 50 por tonelada. Con créditos de carbono anticipados, Greenstone produce un beneficio adicional de $ 5- $ 20 por tonelada.
Pero, ¿cómo se compara con OPC en rendimiento? "Nuestros resultados y la literatura confirman que funciona tan bien o mejor que OPC", dice Barsoum. El grupo está cerca de ver que el cemento pasa las pruebas de la industria que establecen puntos de referencia para la resistencia, el tiempo establecido y la estabilidad volumétrica.
Igual de importante, dice Moseson, “siempre hemos trabajado para lograr cemento que funcione en el mundo real, no solo en el laboratorio. Eso significa estabilidad en el estante, trabajabilidad, curado a temperatura ambiente, fácil transporte y más ".
Moseson buscó tal aplicación en el mundo real mientras estaba en IIT Bombay en Mumbai, realizando investigaciones para su disertación. Trabajó con investigadores locales para desarrollar un AAC que cumpliera con los estándares establecidos en India para el cemento e investigó cómo la producción de Greenstone podría empoderar a las personas que viven en barrios marginales. Hoy en día, un importante fabricante de cemento allí está considerando tres productos hechos de materiales locales, que utilizan herramientas y mano de obra locales.
El grupo tomó Greenstone y formó una compañía, Greenstone Technologies, Inc. Comenzaron a publicar resultados científicos sobre sus hallazgos en 2009 y una publicación de noviembre de 2011 en Compuestos de cemento y concreto discutió el potencial práctico del cemento verde Drexel. Los investigadores están hablando actualmente con inversores y posibles socios. Con el reclamo de beneficios de costo reducido, contaminación reducida y rendimiento mejorado, ¿existen obstáculos para poner el cemento Drexel en el mercado? "Los desafíos para sacar esto al mercado incluyen la variación entre las materias primas ... y el tiempo que lleva validar un nuevo material", dice Moseson. “Si bien nuestra investigación nos permite compensar la variación, sería útil que los procesadores piensen en la ceniza volante y la escoria como coproductos en lugar de subproductos para ayudar a estandarizar estos materiales para su uso en el cemento.
“También tenemos que superar las poderosas fuerzas del mercado. OPC es un mercado global de $ 300 mil millones y convencer a los constructores y las industrias de usar algo más es difícil. Convencer a la gente de que nuestro cemento durará tanto como OPC cuando sea más nuevo también es un desafío ”. Además, su producto no es patentable debido a una gran cantidad de arte previo, o conocimiento previo relacionado con la tecnología, desde principios de la década de 1950, lo que a veces es un elemento disuasorio para los inversores. A pesar de estos obstáculos, el interés en su trabajo está aumentando.
Curiosamente, AAC no es totalmente nuevo. En las décadas de 1950 y 1960, se utilizó con éxito una forma de AAC en algunos edificios de la antigua Unión Soviética. Además de las Grandes Pirámides de Egipto, gran parte de la inspiración para esta investigación provino de la antigua Roma. "Todo lo que construyeron los romanos estaba hecho de ingredientes similares", dice Moseson. "Aunque no sabremos durante 2.000 años si los nuestros tienen la longevidad de los edificios romanos, nos da una idea del poder de permanencia de estas cosas".
Nota del editor: Los investigadores representados en los artículos detrás de escena han sido apoyados por Fundación Nacional de Ciencia, la agencia federal encargada de financiar la investigación básica y la educación en todos los campos de la ciencia y la ingeniería. Las opiniones, hallazgos y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material son del autor y no reflejan necesariamente los puntos de vista de la National Science Foundation. Ver el Archivo detrás de escena.
