Proyecto I+D+i «Prueba de Concepto» 2021: REVERDECE: Residuos procedentes de vertedero para sustituir eficazmente al cemento portland.

January 5, 2023

“Las minas del rey Salomon” es el título de una novela clásica que narra las aventuras de unos exploradores que buscan, en el sur de África, las riquezas ocultas del legendario rey Salomón. El mundo globalizado del siglo XXI invita a pensar que ya no quedan lugares remotos que explorar ni nuevos tesoros por descubrir. Pero nada más lejos de la realidad. Ante nuestros ojos, a lo largo y ancho del planeta se alzan grandes fuentes de riqueza camufladas en forma de incomodas “montañas de desperdicios” (vertederos) que ciertamente y entre otras cosas esconden un importante patrimonio mineral. En este contexto los exploradores del pasado son los científicos del presente, grupos de investigación que se esfuerzan por dar cobertura al desarrollo de la economía circular (concepto asociado al aprovechamiento y la valorización de los residuos generados por el ser humano en sus actividades industriales, agrícolas, etc.) en aras de mejorar la calidad de vida de todos los seres vivos, incluyendo la de las generaciones futuras. Si a este reto, de valorizar los residuos, añadimos el compromiso de la sociedad actual para luchar contra el cambio climático y las emisiones de gases de efecto invernadero, nos encontramos ante un doble desafío.

El proyecto REVERDECE plantea como principal objetivo, valorizar los residuos de los vertederos de centrales térmicas mediante la transformación “químico-mecánica” de los mismos en conglomerantes de uso en la construcción (en productos alternativos al cemento Portland tradicional). El grupo científico del Instituto Eduardo Torroja de Ciencias de la Construcción (IETCC) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, autor de la propuesta (un grupo con reconocido prestigio nacional e internacional en el área de los cementos para la construcción) ha elaborado un plan detallado para culminar con éxito el objetivo fundamental del proyecto. Dicho plan conlleva una hoja de ruta ineludible y necesaria para implementar un nuevo producto en el mercado (un material cementante) que reunirá las ventajas de la excelencia técnica y de la economía circular, además de abrir una ventana a la necesaria sostenibilidad al sector de la construcción.

Una de las estrategias oficiales de los productores de cemento para reducir sus emisiones de CO2 (https://cembureau), consiste en reducir el porcentaje de clinker en el cemento (el clinker es un aglomerante hidráulico que se obtiene de la calcinación de arcilla y calcita y constituye el componente principal del cemento Portland) al tiempo que incrementar el contenido de adiciones minerales. Entre las principales adiciones minerales empleadas por la industria están las cenizas volantes provenientes de centrales térmicas de carbón; pero este producto se prevé que escaseará en un futuro próximo, ya que la lucha contra el cambio climático exige el cierre de muchas centrales térmicas de carbón. Actualmente el valor medio de sustitución de estas cenizas en los cementos, ronda entre el 15 % - 20 %.

De aquí se desprenden las dos principales novedades del proyecto REVERDECE:

  • Si mañana mismo se cerraran todas las centrales térmicas de carbón del mundo, aun quedarían los vertederos de cenizas (enormes volúmenes de material), como fuente de “adición mineral” a consumir por el sector cementero en un futuro próximo; solo en España los vertederos de ceniza pueden estar albergando cantidades de material por encima de los 100 millones de toneladas.
  • La necesidad de operar en los vertederos es una oportunidad para transformar (mejorar) la calidad de las cenizas y finalmente aumentar sensiblemente los contenidos de este producto en cementos y hormigones, por no hablar de las ventajas medioambientales de eliminar estos vertederos de residuos.

En resumen, alcanzar el objetivo principal del proyecto REVERDECE, permitiría a la sociedad:

1) Eliminar los riesgos ambientales y de salud dado que las cenizas depositadas en los vertederos, contienen un amplio espectro de metales pesados, productos orgánicos, isótopos radiactivos y material inquemado, que pueden suponer un grave riesgo ambiental para las regiones que los alojan, en términos de salud humana y de agresión a la fauna y la flora en los alrededores de las centrales térmicas; y 2) Contribuir a la lucha contra el cambio climático por estimular significativamente la reducción de emisiones de CO2 en la fabricación del cemento Portland (en este sentido conviene recordar que la industria cementera mundial es responsable, aproximadamente, del 10 % de las emisiones globales de CO2 a la atmosfera).

Para lograr el objetivo fundamental mencionado el equipo de investigación propone recuperar las cenizas del vertedero de una central térmica española para posteriormente someterlas a un tratamiento fisicoquímico, escalable a nivel industrial, que permitirá dotar a dichas cenizas de unas “propiedades cementantes singulares”. Con las cenizas recuperadas y fisicoquímicamente transformadas, se fabricará industrialmente un conglomerante que se caracterizará por poseer una baja huella de carbono (muy inferior a la huella de carbono del cemento Portland tradicional) y por su capacidad para reemplazar fracciones significativas de clinker en el cemento (50% o más) sin comprometer el desarrollo mecánico del conglomerante resultante, ni las propiedades durables del mismo, ni por supuesto la seguridad de las construcciones ejecutadas con dicho conglomerante.

Figura 1
Figura 1. Microfotografía de ceniza de un vertedero de central térmica

Por último, pero no menos importante, el proyecto REVERDECE pone de manifiesto que una situación social complicada, como es el cierre de una instalación industrial que da empleo (directo e indirecto) a muchas personas, puede mitigarse (al menos parcialmente) con la creación de otra industria transformadora de las cenizas, que creará puestos de trabajo, al tiempo que instituir un modelo de negocio arquetipo de la sostenibilidad y por lo tanto coherente con el estímulo a la economía circular; y todo ello sin menospreciar la revalorización de los terrenos ocupados por los vertederos.

Nota de los investigadores
En estos momentos está teniendo lugar una devastadora guerra en Ucrania con terribles consecuencias para la población en general; pero también para la comunidad científica y para quienes aspiramos a proteger el planeta de su particular amenaza ambiental y para quienes aspiramos a entregar a las futuras generaciones un legado universal libre de cargas y/o dramas climáticos. Mariupol, una ciudad cuya destrucción fue televisada en directo, albergaba una gran cantidad de edificios que fueron construidos, hace 50 años, utilizando materiales con baja huella de carbono (el cemento tradicional escaseaba en esa época de la URSS y los científicos ucranianos suplieron con ingenio la carencia de materiales de construcción). Las técnicas de trabajo propuestas en el proyecto REVERDECE están sustentadas sobre unas bases científico‐ técnicas similares a las empleadas por los científicos ucranianos para desarrollar los materiales con los que se erigieron muchos de los edificios que ahora destruyen las bombas.

Investigadores/as Principales del proyecto
Ana Fernández Jiménez

Ana Fernández Jiménez, Dra. CC. Químicas, investigadora científica en el Instituto Eduardo Torroja de Ciencias de la Construcción (IETccCSIC). Principales líneas de investigación: Química de los cementos (cemento Pórtland, cemento belítico, cemento de aluminato de calcio y sulfobelítico); Desarrollo de conglomerantes más sostenibles (cementos alcalinos, cementos híbridos, cementos LC3); Valorización de residuos en la construcción; Elaboración de morteros y hormigones; Caracterización de materiales; Durabilidad; Aplicación de conceptos de economía circular al desarrollo de materiales. Ha participado en más de 20 proyectos de investigación y más de 22 contratos con empresas. Directora de 7 tesis doctorales y autora de más de 150 articulos (más de 18.000 citas, índice h > 62 (Scopus), código Orcid: 0000-0002-5721-2923.

Vídeos relacionados
REVERDECE: transformando residuos en innovación sostenible en la industria de la construcción
El proyecto REVERDECE surge como una respuesta audaz a estos desafíos al proponer la valorización de residuos de vertederos, específicamente cenizas de centrales térmicas, para crear un nuevo material de construcción sostenible.

Los científicos del Instituto Eduardo Torroja de Ciencias de la Construcción (IETCC) se embarcan en esta misión para transformar estos residuos en conglomerantes de construcción, reduciendo así la huella de carbono y contribuyendo a la lucha contra el cambio climático.

Además, este proyecto tiene el potencial de eliminar riesgos ambientales y de salud asociados con los vertederos y crear empleos sostenibles. En un mundo donde la innovación sostenible es esencial, REVERDECE representa un paso audaz hacia un futuro más limpio y responsable.

Referencia: PDC2021-120771-I00
Programa: Programa Estatal de I+D+i Orientado a los Retos de la Sociedad «Prueba de Concepto» 2021 – Agencia Estatal de Investigación (AEI).
Título: Proyecto I+D+i «Prueba de Concepto» 2021: REVERDECE: Residuos procedentes de vertedero para sustituir eficazmente al cemento portland.
Investigador: Ana Fernández Jiménez. Grupo Investigador: Ángel Palomo, Mar Alonso, José Luis García Calvo.
Entidad beneficiaria: Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Científicas – Instituto Eduardo Torroja de Ciencias de la Construcción (CSIC-IETCC).
Área temática: Producción industrial, ingeniería civil e ingenierías para la sociedad (PIN).
Duración: 2 años.