Un estimado colega nos comparte el presente artículo escrito por Christine Wei-li Lee, publicado el 14 de octubre de 2024 en la sección Newroom de la University of California, Los Angeles (UCLA) y traducido por nosotros para este espacio. Revisémoslo y veamos que aprendemos…

Investigadores del Instituto de Gestión del Carbono de la UCLA han desarrollado un método que podría eliminar casi todo el dióxido de carbono emitido durante el proceso de producción de cemento, que representa alrededor del 8% de las emisiones atmosféricas globales de CO2.

En un nuevo estudio publicado en ACS Sustainable Chemistry & Engineering, los investigadores describen cómo el nuevo enfoque podría incorporarse fácilmente a los procesos de producción de cemento existentes, proporcionando una alternativa más asequible a las soluciones existentes para descarbonizar la industria.

El cemento Portland ordinario, el tipo de cemento más común, es un material de base que se utiliza como agente aglutinante para casi todo el hormigón moderno, el material más utilizado del mundo después del agua. Este cemento se fabrica utilizando piedra caliza, una fuente natural de cal abundante y rentable.

Sin embargo, el método tradicional de producción de cemento, que implica calentar la piedra caliza en un horno alimentado con combustibles fósiles para romper sus enlaces químicos, deja una enorme huella de carbono, lo que da como resultado la emisión de casi 1 kilogramo de dióxido de carbono por kilogramo de cemento producido.

La descomposición termoquímica de la piedra caliza para producir cal u óxido de calcio, el precursor principal para la producción de cemento, representa aproximadamente el 60% del CO2 liberado, mientras que la combustión de combustibles fósiles para calentar el horno en el que tiene lugar la reacción química representa el otro 40%.

Este proceso también utiliza una enorme cantidad de energía. La producción de una tonelada métrica de cal (aproximadamente 2200 libras) requiere alrededor de 1.4 megavatios hora, suficiente para abastecer a una casa y media estadounidense durante un mes entero.

A diferencia de la piedra caliza, el hidróxido de calcio (un precursor sin carbono para la producción de cal y cemento) emite solo agua cuando se calienta en un horno para producir cal. Inspirados por esto, un equipo de la Escuela de Ingeniería Samueli de la UCLA dirigido por Gaurav Sant, director del Instituto para la Gestión del Carbono (ICM) y profesor de ingeniería civil y ambiental, desarrolló un nuevo método para producir hidróxido de calcio.

Utilizando piedra caliza como materia prima, los investigadores primero disolvieron la piedra caliza en una solución a base de agua que contenía un ácido industrial común llamado ácido etilendiaminotetraacético. A través de nanofiltración por membrana, luego separaron el calcio derivado de la piedra caliza antes de utilizar un proceso electroquímico para producir hidróxido de calcio.

Los investigadores han denominado a su método "ZeroCAL", que significa cal sin carbono, y afirman que este enfoque podría eliminar el 98% de las emisiones de CO2 asociadas con el proceso termoquímico de creación de cal. Los subproductos de ZeroCAL incluyen ácido clorhídrico y bicarbonato de sodio de uso común, así como oxígeno e hidrógeno gaseoso, este último podría utilizarse como combustible de combustión limpia para calentar los hornos de cemento.

"El enfoque ZeroCAL ofrece una solución elegante para eliminar las emisiones de dióxido de carbono asociadas con el proceso de producción de cemento", dijo Sant, autor correspondiente del estudio y profesor Pritzker de Sostenibilidad en UCLA Samueli.

"En primer lugar, aborda las emisiones de carbono resultantes de la descomposición de la piedra caliza al tiempo que proporciona hidrógeno y oxígeno limpios para calentar el horno de cemento. En segundo lugar, permite la descarbonización in situ al tiempo que se utilizan los hornos existentes y las materias primas de piedra caliza sin tener que construir instalaciones separadas de captura y almacenamiento de carbono".

Aunque el proceso requiere actualmente más energía que los métodos de producción de cal existentes, las investigaciones en curso sugieren vías por las cuales ZeroCAL puede lograr la paridad en el uso de energía simplificando y eliminando las operaciones unitarias y haciendo un mejor uso de los coproductos ácidos y básicos producidos electrolíticamente.

Para satisfacer la demanda de agua de ZeroCAL, el equipo sugiere centrarse en plantas de cemento cerca de costas o ríos, o instalaciones que tengan fácil acceso a suministros de agua. Los investigadores dijeron que están trabajando con Ultratech Cement Limited, el mayor fabricante de cemento de la India (el segundo mercado de cemento más grande del mundo) para construir una planta de demostración única en su tipo que producirá una tonelada métrica de cal por día utilizando el proceso ZeroCAL.

"Ha quedado clarísimo que mitigar el cambio climático exige acciones urgentes que cambien el paradigma en muchas áreas para descarbonizar nuestra sociedad", dijo el coautor del estudio Fabian Rosner, profesor adjunto de ingeniería civil y ambiental en UCLA Samueli.

"Creemos que el proceso ZeroCAL ofrece una vía única para permitir una descarbonización accesible y rápidamente escalable de la producción de cemento de una manera que no habíamos considerado anteriormente".

La solución ZeroCAL también podría abrir un nuevo camino para descarbonizar la producción de acero al aprovechar la cal con bajo contenido de carbono como fuente de calcio en el proceso de fabricación, dijeron los investigadores.

Además de Sant, entre los autores del estudio del ICM se encuentran el primer autor Adriano Leão y los directores asociados del ICM David Jassby, profesor de ingeniería civil y ambiental en UCLA Samueli, y Dante Simonetti, profesor asociado de ingeniería química y biomolecular en UCLA Samueli.

Fuente: https://newsroom.ucla.edu/releases/ucla-engineers-process-to-decarbonize-cement-production