El papel del hormigón en la reducción de emisiones de edificios y pavimentos.

El papel del hormigón en la reducción de emisiones de edificios y pavimentos.

septiembre 16, 2021 0 Por RenzoC

El encuentro con el hormigón es un hecho común, incluso rutinario. Y esto es exactamente lo que hace que el hormigón sea excepcional..

Como el material más consumido después del agua, el hormigón es indispensable para los muchos sistemas esenciales, desde carreteras hasta edificios, en los que se utiliza.

Pero debido a su uso extensivo, la fabricación de hormigón también contribuye con alrededor del 1% de las emisiones en los Estados Unidos y sigue siendo una de varias industrias intensivas en carbono a nivel mundial. Enfrentar el cambio climático, por lo tanto, significará reducir los impactos ambientales del hormigón, aun cuando su uso continúe aumentando.

En un nuevo artículo de las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, un equipo de investigadores actuales y anteriores del MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub) describe cómo lograrlo.

Presentan una evaluación integral del ciclo de vida de los sectores de la construcción y los pisos que estima cómo las estrategias de reducción de gases de efecto invernadero (GEI), incluidas las del hormigón y el cemento, podrían minimizar las emisiones acumuladas de cada sector y cómo tales reducciones serían comparables a la reducción nacional de la meta. gases de invernadero.

El equipo descubrió que si se implementaran estrategias de reducción, las emisiones de aceras y edificios entre 2016 y 2050 podrían disminuir hasta en un 65 por ciento y 57 por ciento, respectivamente, aunque el uso de concreto se aceleró significativamente en ese período. Estos están cerca de los objetivos de reducción de Estados Unidos establecidos como parte de los acuerdos climáticos de París. Las soluciones consideradas también permitirían que la producción de hormigón para ambos sectores alcance la neutralidad de carbono para 2050.

A pesar de la descarbonización continua de la red y el aumento de la eficiencia del combustible, encontraron que la gran mayoría de las emisiones de gases de efecto invernadero de los nuevos edificios y aceras durante este período provendrían del consumo de energía operativa en lugar de las llamadas emisiones integradas, las emisiones de la producción de materiales y construcciones.

Fuentes y soluciones

Se espera que el consumo de hormigón, debido a su versatilidad, durabilidad, edificabilidad y papel en el desarrollo económico, aumente en todo el mundo.

Si bien es esencial considerar los impactos concretos de la producción de concreto en curso, es igualmente esencial ubicar estos impactos iniciales en el contexto del ciclo de vida del material.

Debido a las características únicas del hormigón, puede afectar el rendimiento de sostenibilidad a largo plazo de los sistemas en los que se utiliza. Los pavimentos de hormigón, por ejemplo, pueden reducir el consumo de combustible de los vehículos, mientras que las estructuras de hormigón pueden soportar los peligros sin la necesidad de reparaciones intensivas en energía y materiales.

Los impactos del hormigón, por tanto, son tan complejos como el propio material: una mezcla cuidadosamente proporcionada de polvo de cemento, agua, arena y áridos. Desenredar la contribución del hormigón a los impactos operativos y concretos de los edificios y las aceras es fundamental para planificar las reducciones de gases de efecto invernadero en ambos sectores.

Conjunto de escenarios

En su artículo, los investigadores de CSHub predicen las posibles emisiones de gases de efecto invernadero de los sectores de la construcción y los pisos a medida que se introdujeron numerosas estrategias de reducción de emisiones entre 2016 y 2050..

Como ambas industrias son inmensas y evolucionan rápidamente, su modelado requería un marco intrincado.

«No tenemos detalles sobre cada edificio y pavimento en los Estados Unidos», dice Randolph Kirchain, investigador del Laboratorio de Investigación de Materiales y codirector de CSHub.

“Por lo tanto, comenzamos desarrollando diseños de referencia, que pretenden ser representativos de los edificios y pisos actuales y futuros. Estos se han adaptado para ser apropiados para 14 zonas climáticas diferentes en los EE. UU. Y luego se han distribuido en los EE. UU. Según los datos del Censo de EE. UU. Y la Administración Federal de Carreteras «.

Para reflejar la complejidad de estos sistemas, sus modelos debían tener las resoluciones más altas posibles.

«En la industria de los pisos, hemos recopilado las existencias actuales de la red de EE. UU. En función de segmentos de 10 millas de alta precisión, junto con el estado de la superficie, el tráfico, el grosor, el ancho de los carriles y la cantidad de carriles para cada segmento», dice Hessam AzariJafari. , postdoctorado en CSHub y coautor del artículo.

“Para modelar futuras acciones de pavimentación en el período de análisis, planteamos la hipótesis de cuatro condiciones climáticas; cuatro tipos de carreteras; estructuras de asfalto, hormigón y pavimentos compuestos; así como actuaciones de pavimentación y reconstrucción mayores y menores especificadas para cada condición climática ”.

Utilizando este marco, analizaron un «proyecto» y un escenario «ambicioso» de estrategias de reducción y atributos del sistema para edificios y pavimentos durante el período de análisis de 34 años. Los escenarios se definieron por el momento y la intensidad de las estrategias de reducción de gases de efecto invernadero.

Como sugiere el nombre, el escenario esperado reflejaba las tendencias actuales. Para el sector de la construcción, las soluciones incluyeron la descarbonización planificada de la red y mejoras a los códigos de construcción y eficiencia energética que se están implementando actualmente en todo el país. En el caso de las aceras, la única solución prevista era mejorar la economía de combustible del vehículo. Esto se debe a que a medida que la eficiencia del vehículo continúa aumentando, también disminuirá el exceso de emisiones de los vehículos debido a la mala calidad de las carreteras.

Tanto el escenario de construcción como el de pavimento presentaron la introducción gradual de estrategias de concreto bajo en carbono, como el contenido reciclado, la captura de carbono en la producción de cemento y el uso del carbono capturado para producir agregados y polimerizar el concreto.

«En el ambicioso escenario», explica Kirchain, «fuimos más allá de las tendencias anticipadas y exploramos cambios razonables que superan las políticas y [industry] compromisos «.

Aquí, las estrategias de la industria de la construcción han sido las mismas, pero implementadas de manera más agresiva. La industria de la pavimentación también se ha adherido a objetivos más agresivos e incorporó varias estrategias nuevas, que incluyen invertir más para lograr carreteras más suaves, aplicar selectivamente capas de concreto para producir pavimentos más rígidos e introducir pavimentos más reflectantes, que pueden cambiar el equilibrio energético de la Tierra enviando más energía. que la atmósfera.

Resultados

A medida que la red se vuelve más ecológica y los nuevos hogares y edificios se vuelven más eficientes, muchos expertos han predicho que los impactos operativos de los nuevos proyectos de construcción disminuirán en relación con sus emisiones incorporadas.

«Lo que encontró nuestra evaluación del ciclo de vida», dice Jeremy Gregory, director ejecutivo del MIT Climate Consortium y autor principal del artículo, «es que [this prediction] no es necesariamente así «.

«En cambio, encontramos que más del 80% de las emisiones totales de nuevos edificios y aceras entre 2016 y 2050 provendrían de su operación».

De hecho, el estudio encontró que las operaciones generarán la mayor cantidad de emisiones para 2050 a menos que todas las fuentes de energía, eléctricas y térmicas, sean neutras en carbono para 2040. Esto sugiere que las intervenciones ambiciosas a la red eléctrica y a otras fuentes de emisiones operativas pueden tener el mayor impacto. impacto.

Sus pronósticos de reducción de emisiones generaron más conocimientos.

Para el sector de la construcción, encontraron que el escenario proyectado conduciría a una reducción del 49 por ciento con respecto a los niveles de 2016 y que el ambicioso escenario contemplaba una reducción del 57 por ciento.

Como la mayoría de los edificios durante el período de análisis eran existentes en lugar de nuevos, el consumo de energía dominó las emisiones en ambos escenarios. En consecuencia, descarbonizar la red eléctrica y mejorar la descubrieron que la eficiencia de los electrodomésticos y la iluminación condujo a las mayores mejoras para los edificios.

A diferencia del sector de la construcción, los escenarios de pisos tuvieron una brecha significativa entre los resultados: el escenario pronosticado solo condujo a una reducción del 14% mientras que el escenario ambicioso tuvo una reducción del 65%, suficiente para cumplir con los objetivos del Acuerdo de París de los Estados Unidos. Estados para ese sector. Esta brecha se debe a la falta de estrategias de reducción de gases de efecto invernadero que se persigan de acuerdo con las proyecciones actuales.

«La brecha entre los escenarios del pavimento muestra que debemos ser más proactivos en la gestión de los impactos de los gases de efecto invernadero de los pavimentos», explica Kirchain. «Hay un gran potencial, pero ver esos avances requiere acción ahora».

Estos beneficios de ambos escenarios ambiciosos también podrían ocurrir si el uso de concreto se ha triplicado durante el período de análisis en comparación con los escenarios esperados, un reflejo no solo de la creciente demanda de concreto, sino también de su papel potencial en la descarbonización de ambos sectores.

Aunque solo uno de sus escenarios de reducción (el ambicioso escenario del pavimento) ha logrado los objetivos del Acuerdo de París, esto no impide el logro de esos objetivos: hay muchas otras oportunidades.

“En este estudio, nos enfocamos principalmente en reducciones integradas para concreto”, explica Gregory. “Pero otros materiales de construcción podrían recibir un tratamiento similar.

«Otras reducciones también podrían provenir de la modernización de edificios existentes y el diseño de estructuras teniendo en cuenta la durabilidad, la resistencia al riesgo y la adaptabilidad para minimizar la necesidad de reconstrucción».

Este estudio responde a una paradoja en el campo de la sostenibilidad. Para que el mundo sea más justo, se necesita más desarrollo. Aún así, ese mismo desarrollo podría presagiar emisiones más altas.

El equipo del MIT descubrió que este no es necesariamente el caso. A pesar de que Estados Unidos continúa utilizando más concreto, los beneficios del material en sí y las intervenciones realizadas pueden hacer que los objetivos climáticos sean más alcanzables.

El MIT Concrete Sustainability Hub es un equipo de investigadores de diferentes departamentos del MIT que trabajan en la ciencia, la ingeniería y la economía del hormigón y la infraestructura. Su investigación es apoyada por la Portland Cement Association y la Ready Mixed Concrete Research and Education Foundation.