Santiago, 27 de octubre, 2023

El desafío de la carbono neutralidad

La necesidad de alcanzar la carbono neutralidad se ha convertido en un desafío a nivel global. La industria de la construcción con cemento y hormigón contribuye aproximadamente con un 8% de las emisiones globales de dióxido de carbono, por lo que existe un gran compromiso para minimizar estas emisiones.  

La carbono neutralidad considera alcanzar emisiones de CO₂ netas iguales a cero, lo cual implica equilibrar la cantidad de CO₂ que se emite a la atmósfera con una cantidad equivalente que se retira. Para lograr lo anterior, en la industria del cemento y del hormigón se pueden implementar variadas estrategias en las diferentes etapas del ciclo de vida del material, tales como la optimización de procesos constructivos, minimizar el uso de combustibles fósiles, utilizar residuos como materiales cementicios suplementarios que permitan reducir el factor Clinker en el cemento, uso de energías renovables, valorización de áridos reciclados, entre otras iniciativas. Pese a lo anterior, existen algunos procesos que son muy complejos de descarbonizar, por lo cual, la investigación y desarrollo es de vital importancia. En este contexto, se han considerado estrategias que apunten a capturar el CO₂ producido en la de descarbonatación de la piedra caliza. El desarrollo de técnicas de captura y almacenamiento de carbono (CCUS en su sigla en inglés), son una gran oportunidad que requiere trabajo colaborativo entre la academia, el sector público y privado, pero también requiere adaptabilidad, nuevas normativas y gestión del cambio.

En este reportaje, conversamos con Marcelo González, académico de la Pontificia Universidad Católica de Chile y miembro del Centro de Innovación del Hormigón UC, sobre los avances y las brechas que existen en torno a esta temática. El PhD Marcelo González, llevó a cabo un sabático en la Universidad de Ottawa, con foco principal de investigación en este tema.

Fotografía: PhD. Marcelo González en la Universidad de York, Canadá.

Explorando estrategias para reducir la huella de carbono del cemento Portland

El académico Marcelo González se embarcó en un sabático presencial de 9 meses en Ottawa, Canadá, que inició en noviembre del año 2022 hasta fines de julio del año 2023.

Su principal propósito fue llevar a cabo investigación y colaboración internacional con foco en la carbono neutralidad, junto al PhD. Martin Nöel, quién es académico de la Universidad de Ottawa.

Durante su viaje, participó en seminarios de diversas universidades de Ontario, entre las que destaca la Universidad de McMaster, siendo anfitriona del evento la PhD. Susan Tighe, quien es actualmente Provost and Vice-president de esa Universidad.  Visitó también otras universidades destacando la Universidad de Waterloo, siendo anfitrión el PhD. Hassan Baaj; la Universidad de York, invitado por el PhD. Liam Butler, además de la Universidad de Ottawa, casa de estudios en el que realizó su sabático.

En cada uno de estos seminarios, presentó su ponencia titulada Exploring Some Strategies to Reduce the Carbon Footprint of Portland Cement Concrete (PCC), la cual hizo referencia a los proyectos e investigaciones que se están desarrollando en el Centro de Innovación del Hormigón UC y la Pontificia Universidad Católica de Chile, los cuales están relacionados con la temática de la carbono neutralidad.

Fotografía: PhD. Marcelo González, junto al PhD. Martin Nöel y PhD. Liam Butler en la Universidad de York.

Proyecto Cemento Electroquímico en el ámbito internacional

Su colaboración en investigación estuvo enfocada en contribuir a la comunidad de académicos, investigadores y entidades del sector productivo, presentando el proyecto de cemento electroquímico iniciado en Chile y dirigido por la profesora Paulina Dreyse que se titula "Propuesta de nuevo método de fabricación de cemento Portland reduciendo significativamente las emisiones de CO₂ y con generación de hidrógeno verde como subproducto".

Este proyecto que podría revolucionar la fabricación de cemento, propone la extracción y captura del dióxido de carbono en una etapa previa a la calcinación de la piedra caliza, lo que permite obtener como subproductos dióxido de carbono de alta pureza, oxígeno e hidrógeno verde, los cuales podrían ser utilizados para diversos propósitos. El potencial de esta tecnología podría permitir reducciones de emisiones de CO₂ en al menos 50%, lo cual es muy significativo.

Conoce más sobre este proyecto en el reportaje: Fabricación de cemento con dióxido de carbono (CO2) de alta pureza, hidrógeno verde y oxígeno como subproductos, ¿es posible?

Dentro de la colaboración internacional, el PhD. Marcelo González junto al equipo de investigación del PhD. Martin Nöel, lograron implementar dos reactores electroquímicos de manera simultánea tanto en Santiago como en Ottawa. 

“El trabajo se centró en comparar el proceso electroquímico que estábamos investigando en Chile, y validarlo con el uso de calizas que se producen en Canadá. Los objetivos fueron verificar si el proceso electroquímico era reproducible empleando calizas de la región geográfica en la que nos encontremos, es decir, con distintas propiedades físicas y composición química. Así mismo, se determinaron las propiedades físicas y químicas de los materiales obtenidos del proceso electroquímico con el propósito de discutir sobre su idoneidad como precursor del cemento, y como un producto final de cal hidratada.

 

Entre los resultados destaca que las características del material precursor que se fabrica en el reactor electroquímico presentaron propiedades similares, por lo que el proceso puede funcionar con materias primas de distinta procedencia, siendo un aporte relevante hacia la escalabilidad de esta tecnología a nivel global. Un primer paper de la colaboración ya fue publicado hace unas semanas en Journal of Cement and Concrete Research y esperamos publicar esos últimos hallazgos en los próximos meses".

Marcelo González

Académico UC

Resultados del paper: Proyecto sobre descarbonatación de calizas naturales mediante proceso electroquímico muestra resultados favorables para la industria del cemento

Basado en esta colaboración binacional y el interés que tienen ambas partes de seguir contribuyendo en la temática, los académicos Martin Nöel y Marcelo González, se adjudicaron un proyecto NSERC (“Natural Science and Engineering Research Council of Canada”) Alliance International, que busca fortalecer esta colaboración con el objetivo de generar la escalabilidad del reactor electroquímico y de ese modo poder implementar el proceso en plantas de cemento existentes.  

“La idea es poder generar un reactor electroquímico a escala industrial. A partir de septiembre de este año, logramos sumar al equipo de investigación a un estudiante de doctorado, Alejandro Ríos Jaqui (Ex alumno UC), que comenzó a investigar en la Universidad de Ottawa, con el objetivo preliminar de escalar el reactor electroquímico para poder insertarlo en plantas de cemento de modo de aprovechar la infraestructura existente y contribuir con un cambio gradual".

Marcelo González

Académico UC

Fotografía: PhD Susan Tighe, junto al PhD. Marcelo González y su familia.

Las complejidades del camino hacia la carbono neutralidad

A pesar de los avances que se han desarrollado, aún existen desafíos significativos en el camino hacia la carbono neutralidad en la industria de la construcción con cemento y hormigón. Existen brechas importantes que se deben superar y resolver de manera colaborativa, tales como incertidumbre en los costos finales de los productos, la necesidad de validar nuevas tecnologías y acelerar los cambios normativos que permitan implementarlas y adoptarlas en el sector productivo, entre otros desafíos.

“En estos momentos no tenemos una receta única para alcanzar la carbono neutralidad, por lo tanto, necesitamos seguir investigando y desarrollando innovaciones para alcanzar esta meta. Las rutas hacia la carbono neutralidad propuestas por diversos países, plantean que se requieren varios años para esta transición. Sin embargo, el desafío es mayor porque todavía existen distintas condiciones de borde y limitaciones que no podemos eliminar en el corto plazo. De alguna forma el mercado va a tener que responder y adaptarse a estas condiciones".

Marcelo González

Académico UC

Una realidad innegable es que, pese a los avances que se han logrado, aún existe un remanente de emisiones de gases de efecto invernadero. Una solución para este remanente es su captura y almacenamiento, proceso que es factible de realizar, pero que requiere un esfuerzo significativo para su implementación a escala industrial. A modo de ejemplo en pocos años se construirá en Canadá la primera planta de cemento carbono neutral de Norteamérica que utiliza CCUS, sin embargo, la tecnología que se utilizará en esa planta no necesariamente es replicable en cualquier parte del mundo.  

“Como no tenemos una solución mágica, lo más probable es que apliquemos diferentes estrategias que de manera sinérgica logren un cemento y un hormigón con baja huella de carbono; las emisiones remanentes deberán ser capturadas para lograr emisiones netas iguales a cero. Para lograr comprender y desarrollar tecnologías en este último ámbito, la profesora Elodie Blanco, miembro del Centro de Innovación del Hormigón y académica de la Pontificia Universidad Católica de Chile, investiga métodos de captura de estos gases, que se almacenan, e inmovilizan y de esa forma logramos el neto cero.

Si bien es cierto, hay empresas en países desarrollados que están exigiendo materialidades de baja huella de carbono, en la actualidad no es algo transversal a todos los países, sobre todo con proyectos cuyo mandante es el Estado. Tendremos que hacer una evolución en términos de lo que el mercado requiere versus lo que los proveedores logran suministrar. Necesitamos pasar por validaciones, y probablemente por nuevas especificaciones técnicas, y eso va a significar tiempo y recursos".

Marcelo González

Académico UC

Conoce más sobre el proyecto de la profesora Elodie Blanco, sobre la captura de C02 en cementeras chilenas existentes a través de materiales sorbentes sólidos

Educación y aprendizaje activo

El académico Marcelo González, durante su sabático también se enfocó en estudiar métodos  innovadores de enseñanza en las áreas STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics), particularmente con foco en Ingeniería Civil. Durante más de 10 años, ha sido voluntario del Transportation Research Board (TRB), organización que forma parte de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos. Ese voluntariado le ha permitido, entre otras cosas, detectar la relevancia de STEM, lo cual motivó su incursión en este tema. Particularmente, el PhD. Marcelo González se enfocó en escribir un libro que tiene como objetivo proponer experimentos tipo “hands on” para fortalecer la docencia en cursos de materiales para ingenieros civiles, sin embargo, el libro también describe las metodologías de aprendizaje activo que pueden ser aplicables a cualquier tipo de cursos.  

Fotografía: PhD. Marcelo González en el STEM Complex de la Universidad de Ottawa, Canadá.

Basado en un aprendizaje activo, los estudiantes podrán entender comportamientos fundamentales de diferentes materiales, tales como el hormigón, el acero, el FRP, entre otros, desarrollando experimentos prácticos que permitan mejorar y fortalecer sus aprendizajes, pero también dependiendo de la metodología aplicada se puede fortalecer otras habilidades como su capacidad de trabajo en equipo. Para el académico González, esta habilidad es fundamental para el futuro, ya que los desafíos complejos que estamos enfrentando requieren de una solución a través de un trabajo conjunto. La propuesta de libro pasará a revisión de una editorial en los próximos meses por lo cual espera que pueda estar publicado durante el año 2024.

A continuación, los invitamos a participar del Seminario Cierre FONDEF ID21|10323 sobre Cemento Electroquímico, donde el académico Marcelo González expondrá sobre la vinculación entre la academia, la ciencia y la industria, colaboración fundamental para la escalabilidad de este innovador proyecto.

Autora: Valeria F. Moraga. D.