En un giro irónico, el carbón es responsable de la aparición de cenizas volantes de hormigón, un material de construcción ecológico que podría ayudar reducir las emisiones de carbono en la industria de la construcción. Ver más fotos de construcción de viviendas. Cuando piensa en materiales de construcción ecológicos, el carbón es probablemente lo último que le viene a la mente. El carbón, en la mayoría de las aplicaciones prácticas, no es verde ni es un material de construcción. Por el contrario, el carbón es responsable de una gran parte de las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación del aire que se produce en todo el mundo. Pero irónicamente, el carbón también es responsable de la aparición del hormigón con cenizas volantes, un nuevo material de construcción que podría ayudar a reducir las emisiones de carbono en la industria de la construcción.
Las cenizas volantes se producen cuando se quema el carbón, y las leyes ambientales en los Estados Unidos exigen que las compañías eléctricas las recojan y las eliminen adecuadamente. La eliminación presenta un desafío debido a la gran cantidad de cenizas de carbón producidas por las centrales eléctricas de carbón, y también porque los metales pesados del carbón hacen que las cenizas volantes sean una sustancia potencialmente peligrosa. Las plantas de carbón en los EE. UU. tampoco tienen exactamente el historial más limpio en el manejo de la eliminación de cenizas de carbón, ya que se han informado varios derrames importantes de cenizas de carbón en los últimos años.
Para lidiar con ambos problemas, la industria de la construcción tuvo la inteligente idea de comenzar a formular concreto a partir de cenizas volantes, sustituyendo las cenizas volantes por cemento Portland (el ingrediente principal en la mayoría del concreto). Sorprendentemente, las cenizas volantes tienen varias características que las convierten en un ingrediente perfecto para el concreto:tienen una gran resistencia y durabilidad (aunque todavía estamos esperando ver cómo se comporta a largo plazo) y, por supuesto, son económicas. Y debido a que es un material reciclado, ayuda a evitar que las empresas de concreto extraigan innecesariamente otros materiales para hacer concreto.
Todo el mundo gana, ¿verdad? En muchos sentidos, el hormigón con cenizas volantes parece un ganador, pero todavía existen algunas preocupaciones persistentes sobre la seguridad de rodearnos de demasiadas cenizas volantes. El carbón es un material que está lleno de sustancias nocivas, y todavía hay algunas dudas sobre si los metales pesados podrían lixiviarse del hormigón hecho con cenizas de carbón. También se han planteado preocupaciones sobre si el uso de cenizas volantes expondría a los constructores a demandas y los eximiría de la cobertura del seguro. Continúe leyendo para obtener más información sobre cómo se fabrica el hormigón con cenizas volantes y para averiguar si es realmente seguro.
Contenido- ¿Qué son las cenizas volantes?
- Cómo se usa la ceniza volante
- Beneficios ambientales del hormigón con cenizas volantes
- Peligros potenciales de las cenizas volantes
- Nota del autor
¿Qué son las cenizas volantes?
En Estados Unidos, más del 50 por ciento de nuestra electricidad proviene de centrales eléctricas de carbón, donde el carbón se muele en un polvo fino, se coloca en una caldera y se quema a temperaturas muy altas. El calor de la caldera produce vapor, que se utiliza para hacer girar una turbina y producir electricidad. Quemar carbón es un proceso muy sucio, pero las plantas de carbón modernas tienen equipos de control de la contaminación que evitan que todas las partículas salgan de las chimeneas. Cuando se limpia ese equipo, nos quedan cenizas de carbón [fuente:Dewan].
Debido a que la energía del carbón se usa tanto, las cenizas volantes son uno de los subproductos industriales más abundantes en la Tierra. Por lo tanto, en lugar de ponerlo en estanques de almacenamiento que están a la espera de derramarse, tiene sentido que las empresas le den un buen uso como material de construcción. El uso de cenizas volantes en el hormigón no solo evita que esos metales pesados se liberen de nuevo en el medio ambiente, sino que también evita que los fabricantes de cemento extraigan nuevas materias primas.
Como era de esperar, la ceniza de carbón es un cóctel de sustancias químicas tóxicas:contiene los mismos metales pesados que se encuentran en el carbón, solo que en concentraciones más altas. Las cenizas volantes generalmente contienen metales pesados como arsénico, plomo y selenio que se sabe que causan cáncer y otros problemas de salud. Debido a los riesgos conocidos, los ambientalistas han luchado durante mucho tiempo para que las cenizas volantes se clasifiquen como material peligroso, pero se han enfrentado a una fuerte resistencia por parte de la industria energética y ahora de la industria de la construcción.
Debido a que contiene metales pesados, el almacenamiento y la eliminación segura de las cenizas volantes presenta un gran desafío para las compañías eléctricas. Por lo general, se mezcla con agua y se almacena en estanques de cenizas que pueden estar expuestos a tormentas y causar derrames. Actualmente hay alrededor de 600 sitios de cenizas de carbón en 35 estados de todo el país, y muchos de ellos han experimentado derrames en los últimos años [fuente:Merchant]. El derrame de cenizas volantes más grande en la historia de los EE. UU. tuvo lugar en 2008 en Kingston Fossil Plant, que se encuentra a unas 40 millas al oeste de Knoxville, Tennessee. una catástrofe ambiental [fuente:Living on Earth].
Una posible solución al problema de almacenamiento y eliminación que podría ayudar a prevenir derrames como el de Tennessee es usar cenizas volantes como material de construcción. Cuando se usa en concreto, generalmente se cree que las cenizas volantes son bastante seguras. Aunque a menudo contiene carcinógenos conocidos, se cree que los efectos dañinos se neutralizan cuando se agregan cenizas volantes a las mezclas de concreto.
Cómo se utilizan las cenizas volantes
Más del 50 por ciento de nuestra electricidad proviene de centrales eléctricas alimentadas con carbón. Cuando se limpia ese equipo, nos quedan cenizas de carbón. OK, pongámonos nuestras batas de laboratorio por un minuto y analicemos la química de cómo funcionan las cenizas volantes y qué las hace especiales. Seguimos diciendo que las cenizas volantes son un buen sustituto del cemento Portland, pero ¿qué es exactamente el cemento Portland? Es gracioso que deberías preguntar. Es solo el tipo de cemento más común en uso en todo el mundo y el ingrediente principal en la mayoría de los tipos de concreto. La cal y la sílice constituyen la mayor parte del cemento Portland, y también incluye aluminio y hierro. La mayoría de los tipos de cemento Portland contienen una mezcla de piedra caliza, tiza, conchas y una variedad de arcilla, esquisto y arena. Producir cemento Portland es un proceso que consume mucha energía y recursos, por lo que tiene sentido buscar un buen sustituto [fuente:Portland Cement Association].
El hormigón geopolímero es el nombre técnico de las cenizas volantes o cualquier otro tipo de hormigón elaborado a partir de materiales sintéticos de aluminosilicato (materiales elaborados con aluminio, silicio y oxígeno). Cuando se agrega ceniza volante a una mezcla de cemento, no es solo un relleno, sino que en realidad reacciona con los otros compuestos que se encuentran en el cemento Portland y se convierte en parte de la matriz. Es rico en alúmina y silicato, lo que hace que reaccione con soluciones alcalinas para producir un gel de aluminosilicato aglutinante. El producto resultante es un excelente sustituto del cemento Portland ordinario tradicional [fuente:van Riessen].
Hoy en día, las mezclas de concreto en las que hasta el 25 por ciento del cemento se reemplaza con cenizas volantes son comunes, y algunos fabricantes de concreto están reemplazando hasta el 50 por ciento. Pero las concentraciones más altas de cenizas volantes requieren más pruebas, porque los resultados pueden variar.
Desde el punto de vista de un constructor, lo más importante del hormigón con cenizas volantes es su rendimiento, y no defrauda. Agregar cenizas volantes a la mezcla tiene la capacidad de mejorar el concreto, porque cambiar la composición del concreto puede agregar resistencia y durabilidad. El material resultante es menos poroso que el cemento Portland típico y es más resistente a la corrosión y al deterioro prematuro [fuente:Ideker]. Además de ser más duradero que el cemento Portland común, el hormigón con cenizas volantes es más resistente a los ácidos y al fuego, y demostró una mayor resistencia a la compresión y a la tracción (estiramiento).
Beneficios ambientales del hormigón con cenizas volantes
En muchos sentidos, el hormigón con cenizas volantes es la paradoja definitiva. Las cenizas volantes provienen de una de las mayores fuentes de contaminación del aire y emisiones de dióxido de carbono en la Tierra y, sin embargo, se considera un material verde. ¿Cual es el trato? La razón principal por la que las cenizas volantes se consideran ecológicas cuando se utilizan en la construcción es porque se trata de un material reciclado. Si las compañías eléctricas van a quemar carbón y producir cenizas volantes de todos modos, tiene sentido darle un buen uso, especialmente si puede ahorrar dinero y energía en el sector de la construcción.
Hacer cemento desde cero es un proceso que consume mucha energía. Las estimaciones conservadoras dicen que la producción de concreto contribuye entre el 5 y el 8 por ciento de las emisiones de gases de efecto invernadero en todo el mundo, pero podría ser incluso mayor. Actualmente producimos más de 2600 millones de toneladas de cemento Portland al año, y se prevé que esa cifra aumente a medida que aumenta la población, a menos que surja alguna opción más ecológica para reemplazarla.
Ahí es donde entra en juego el hormigón con cenizas volantes. El hormigón con cenizas volantes tiene la capacidad de frenar simultáneamente las emisiones globales de carbono mientras desarrolla una infraestructura mejor y más duradera que no necesitaría ser reconstruida con tanta frecuencia. De hecho, un estudio incluso señaló que los ladrillos de cenizas volantes también tienen la capacidad de almacenar dióxido de carbono del medio ambiente, lo que agrega otro beneficio ecológico [fuente:Liu].
El U.S. Green Building Council parece estar de acuerdo con la credibilidad ecológica de las cenizas volantes; el árbitro preeminente de todos los asuntos relacionados con la construcción ecológica, Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental (LEED), acredita la sustitución del concreto con cenizas volantes por al menos el 40 por ciento del cemento Portland común [fuente:Portland Cement Association]. Una evaluación del ciclo de vida, que es un análisis de cada etapa de producción desde la cuna hasta la tumba, muestra que reemplazar el cemento Portland común con concreto con cenizas volantes puede reducir las emisiones de carbono hasta en un 90 por ciento. Esto se debe en gran parte a que las cenizas volantes son un material reciclado, y reemplazar el cemento Portland nuevo con cenizas volantes evita emisiones innecesarias de dióxido de carbono, y debido a que es más duradero, no es necesario romperlo y reemplazarlo con tanta frecuencia [fuente:Salton].
Peligros potenciales de las cenizas volantes
Por supuesto, las cenizas volantes no están exentas de controversia. Debido a que las cenizas volantes son un subproducto del carbón, que en sí mismo está lleno de metales pesados y toxinas que pueden ser peligrosas, ha surgido la preocupación de que los edificios hechos con concreto de cenizas volantes podrían ser dañinos para las personas.
El mayor desafío para las cenizas volantes se presentó en 2008, luego del derrame masivo de cenizas volantes en Kingston Fossil Plant en Tennessee (ver recuadro). Luego, unas semanas más tarde, hubo otro derrame más pequeño de cenizas volantes en Alabama que mantuvo a las cenizas volantes en las noticias. Esos derrames y la limpieza resultante y la cobertura de noticias pusieron cenizas volantes en el radar de la Agencia de Protección Ambiental (EPA) y llevaron a los activistas ambientales a pedir regulaciones más estrictas. Desde entonces, la EPA ha estado sopesando si clasificar o no las cenizas volantes como desechos peligrosos, y aunque la agencia ha declarado que tal clasificación no afectaría a las cenizas volantes que se usan para hacer concreto, los observadores de la industria de la construcción se han mostrado escépticos [ fuente:Purdy].
Pero, ¿es realmente seguro vivir en un edificio hecho de carbón? La seguridad de las cenizas volantes en el hormigón ha sido objeto de acalorados debates. Si bien se ha demostrado que el hormigón de geopolímero lixivia elementos peligrosos como el arsénico, el cromo y el selenio, al menos un estudio ha demostrado que agregar calcio puede ayudar a reducir la lixiviación de los metales pesados [fuente:Sanusi]. Sin embargo, aún quedan muchas preguntas sobre qué sucederá con los metales pesados y otras sustancias en las cenizas volantes una vez que el concreto se descomponga y se elimine [fuente:publicación].
La industria del concreto está preocupada de que incluso una ley híbrida que clasifique solo las cenizas volantes almacenadas como material peligroso todavía estigmatizaría el concreto con cenizas volantes, colocándolo en un nivel similar al asbesto o la pintura con plomo. Incluso si es seguro en aplicaciones de hormigón, la clasificación peligrosa de las cenizas volantes podría hacer que las empresas de construcción sean más vulnerables a las demandas.
Derrame de TennesseeEn diciembre de 2008, un dique falló en TVA Kingston Fossil Plant en el condado de Roane, Tennessee, liberando más de 5,4 millones de yardas cúbicas de cenizas volantes del vertedero en el sitio. El derrame cubrió más de 300 acres de tierra y agua. El Departamento de Medio Ambiente y Conservación de Tennessee y la Agencia de Protección Ambiental han estado trabajando desde entonces para limpiar las áreas afectadas.
Nota del autor
He escrito bastante sobre edificios ecológicos y construcción a lo largo de los años, pero debo admitir que cuando vi las palabras "cenizas volantes" en la pantalla cuando recibí esta tarea, me quedé en blanco. Estoy interesado en ver qué sucederá con estas cosas. Por ahora, el concreto parece ser un uso perfectamente bueno para las cenizas volantes, pero en el mejor de los casos, continuaremos dejando de lado el carbón hasta el punto en que la eliminación de las cenizas volantes no sea un problema tan grande.
Fuentes
- Dewan, Shaila. "El derrame de cenizas de carbón revive el problema de sus peligros". Los New York Times. 24 de diciembre de 2008. (16 de abril de 2012) http://www.nytimes.com/2008/12/25/us/25sludge.html?_r=2&adxnnl=1&pagewanted=all&adxnnlx=1334958981-VtR/zjO22tyxyKDYyqjSWA
- Duxson, Peter, et al. "El papel de la tecnología de polímeros inorgánicos en el desarrollo de 'concreto verde'". Investigación de cemento y concreto. 20 de septiembre de 2007. (20 de abril de 2012) http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008884607002001
- Ideker, Jason. "Las nuevas regulaciones sobre las cenizas volantes amenazan el hormigón sostenible". 2 de agosto de 2010 (17 de abril de 2012) http://www.sustainablebusinessoregon.com/columns/2010/08/new_fly_ash_regulations_threaten_sustainable_concrete.html
- Liu, et al. "Propiedades ambientales de los ladrillos de cenizas volantes". 2009 Conferencia Mundial de Cenizas de Carbón (WOCA). 4 de mayo de 2009. (6 de abril de 2012)
- Vivir en la Tierra. "¿Subproducto del carbón, residuos peligrosos?" 9 de diciembre de 2011. (20 de abril de 2012) http://www.loe.org/shows/segments.html?programID=11-P13-00049&segmentID=6
- Comerciante, Brian. "Se encontraron 600 vertederos de cenizas de carbón en 35 estados:¿hay uno cerca de usted?" TreeHugger.com. 10 de septiembre de 2009. (18 de abril de 2012) http://www.treehugger.com/corporate-responsibility/600-coal-ash-dump-sites-found-in-35-states-is-there-one-near -usted.html
- Asociación de Cemento Portland. "Cómo se hace el cemento Portland". (20 de abril de 2012) http://www.cement.org/basics/howmade.asp
- Post, Nadine M. "Fly Ash Looms As The 'New Asbestos". ENR.com. 15 de abril de 2010. (16 de abril de 2012) http://greensource.construction.com/news/2010/100415Fly_ash-1.asp
- Salton, Jeff. "El nuevo hormigón de geopolímero 'verde' ofrece beneficios mutuos para la industria y el planeta". www.gizmag.com. 2 de octubre de 2009. (16 de abril de 2012) http://www.gizmag.com/green-geopolymer-concrete-technology/13016/
- van Riessen, Arie. “Programa de Geopolímeros”. Universidad Tecnológica de Curtin. (16 de abril de 2012) http://www.csrp.com.au/projects/geopolymers.html