La absorción de carbono en pavimentos de hormigón

Esto se debe a que el carbonato de calcio se forma cuando el CO2 del aire reacciona con el agua en los poros del concreto y luego con los compuestos de calcio en el concreto, lo que significa que el concreto es un potencial sumidero de carbono. Sin embargo, ha resultado difícil estimar el alcance de su absorción de carbono a escala.

En un nuevo artículo, los investigadores del MIT investigan la absorción de carbono de todos los pavimentos en los Estados Unidos. El estudio encuentra que el proceso de carbonatación podría compensar el 5 por ciento de las emisiones de CO2 generadas por el cemento utilizado en los pavimentos de Estados Unidos. Muchos de esos desplazamientos, según los investigadores, podrían ocurrir años después de que se demolieran los pavimentos, especialmente en los estados que utilizan diseños de pavimentos compuestos.

Postdoc Hessam AzariJafari, que trabaja dentro del MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub), es el primer autor del nuevo artículo, que se publicó en línea en Resources, Conservation and Recycling. Los coautores del trabajo incluyen un graduado en ingeniería civil y ambiental. el estudiante Fengdi Guo y el director de CSHub Jeremy Gregory, así como Randolph Kirchain del Laboratorio de Investigación de Materiales del MIT.

Pesaje de la absorción

Aunque todo el hormigón experimenta carbonatación hasta cierto punto, la magnitud depende de qué tan grande sea la superficie del hormigón expuesta al aire. Eso puede dificultar la estimación de la absorción de carbono. Si bien muchos edificios usan concreto, la exposición de ese concreto varía mucho según el diseño. En las aceras, es una historia diferente.

"Existe una gran oportunidad de [absorción de carbono] en los pavimentos de hormigón", dice AzariJafari, "porque normalmente la relación superficie-volumen de los pavimentos de hormigón es 10 veces mayor que la relación superficie-volumen de los elementos de hormigón en un edificio. "

Pero el hecho de que sea más fácil que ocurra esa captación no significa que sea fácil de estimar. Numerosos factores como la geometría y el mantenimiento del pavimento, el clima y los ingredientes determinan la absorción de carbono de un pavimento. Además, la absorción de carbono continuará incluso después de la demolición de ese pavimento, dependiendo de cómo se almacenen los residuos de hormigón.

Las investigaciones anteriores sobre la carbonatación han tenido problemas para manejar estas variables inciertas. Para simplificar los cálculos, la mayoría de los enfoques tienden a inferir las propiedades del pavimento y no incorporan parámetros desafiantes pero importantes, como las acciones de mantenimiento, que pueden "restablecer" el proceso de carbonatación.

En su trabajo, AzariJafari y sus colegas amplían el alcance de la investigación de carbonatación de pavimentos mediante el desarrollo de un modelo extenso de gestión de pavimentos que puede estimar la absorción de carbono en alta resolución.

"Los modelos de gestión de pavimentos son un tipo de herramienta que las agencias de transporte pueden utilizar para predecir y decidir dónde y cuándo implementar determinadas acciones de tratamiento en función de un presupuesto disponible", explica AzariJafari. "Desarrollamos este tipo de modelo de sistema de gestión de pavimentos para toda la red estadounidense".

Antes de que pudiera ejecutar el modelo, cuantificó varias incertidumbres que podrían conducir a variaciones en la absorción de carbono.

La mayor incertidumbre en su modelo fue el clima. Existen varias zonas climáticas diferentes en los Estados Unidos, y cada zona afectará la carbonatación de manera diferente. En áreas con más precipitación, la carbonatación puede ocurrir a mayor profundidad en el concreto, pero también ocurrirá en menor magnitud que en áreas más secas.

La variación material también introduce incertidumbre. Ciertos aglutinantes en el concreto pueden poseer diferentes concentraciones de óxido de calcio, el ingrediente que reacciona con el CO2, y la disponibilidad y el uso de esos aglutinantes varían ampliamente en los Estados Unidos. Además, cada vez que un pavimento recibe un tratamiento, la nueva superficie de hormigón sufrirá una carbonatación más intensa, lo que complica aún más las estimaciones de absorción.

Quizás el factor más incierto es el tamaño de los escombros de hormigón después de la demolición. Una vez que un pavimento ha recibido una acción de mantenimiento, los residuos de concreto de esas acciones se depositarán en los vertederos, donde continúa el proceso de carbonatación. Dependiendo de cómo se organizan esos desechos, cuanto más dispersos, mejor, pueden tener una mayor absorción.

Captura de carbono

Al ejecutar miles de simulaciones, AzariJafari pudo predecir cómo se desarrollarían las incertidumbres durante el período de análisis de 30 años de su estudio. Luego usó estas predicciones para calcular la absorción potencial de carbono en cada estado en función de las condiciones de la carretera, las acciones de mantenimiento, los presupuestos y la longitud de las carreteras de su modelo.

"Descubrimos que después de este período de análisis de 30 años, esperamos tener una asimilación similar de las fases de uso y final de la vida", dice AzariJafari. "En total, encontramos que se podrían secuestrar 5,8 TM [millones de toneladas] de CO2, con 2,8 TM de CO2 provenientes de la fase de uso y 3 TM de CO2 provenientes del final de su vida útil".

Encontró que los estados con grandes redes con muchos pavimentos de concreto, como Texas y California, vieron una mayor absorción durante la fase de uso, mientras que los estados que pavimentaron con diseños compuestos (una capa de asfalto sobre una capa de concreto) vieron una mayor absorción de carbono durante el final. de vida.

Dado que estos diseños compuestos requieren más acciones de mantenimiento, podrían generar más residuos de hormigón que, a su vez, llevaron a una absorción significativa de carbono al final de su vida útil. De hecho, Massachusetts, que depende en gran medida de los diseños compuestos, podría ver una mayor aceptación al final de su vida útil que California.

Es importante señalar que la absorción al final de la vida útil también experimentó una mayor variación debido a la incertidumbre en las prácticas de los vertederos, como la geometría de las pilas de desechos.

"También debe tenerse en cuenta que algunos países, como los Países Bajos o Singapur, pueden no tener suficiente espacio para esparcir todos estos materiales demolidos", señala AzariJafari. Sin embargo, estos países podrían reciclar esos desechos para usarlos en la producción de concreto en el futuro, incluso si eso excluye el potencial de absorción de carbono.

Aunque persisten las incertidumbres inherentes al vertido al final de su vida útil, AzariJafari ha descubierto que el vertido es una forma más rentable de absorción de carbono que la captura y el secuestro de carbono artificial, al menos hasta que las tecnologías de captura de carbono se vuelvan más sólidas.

Referencia

Carbon uptake of concrete in the US pavement network. Hessam Azari, Jafaria Fengdi, Guoa Jeremy Gregorya and Randolph Kirchainb. Science.
https://www.sciencedirect.com/...

https://www.spacedaily.com/rep...