Buscando La Historia Del Cemento Del Mañana

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Los ingenieros de drexel desarrollan cemento que reduce drásticamente el dióxido de carbono y la huella energética.

Este artículo de Detrás de las escenas se proporcionó a WordsSideKick.com en colaboración con la National Science Foundation.

Si desea cocinar un poco de cemento respetuoso con el medio ambiente, simplemente mezcle dos tazas de piedra caliza de jardín granulada, una taza de escoria de alto horno granulada molida y tres cucharadas de ceniza de soda (es decir, carbonato de sodio). Lo que resulta es una alternativa sólida, sostenible y económica al cemento Portland ordinario (OPC), el líder de la industria en cemento. Los investigadores del grupo de Michel Barsoum en la Universidad de Drexel han estado cocinando esta tecnología aparentemente nueva en los últimos años, pero sus orígenes se remontan mucho más allá de lo que uno puede imaginar.

A las grandes pirámides de Egipto, de hecho. El grupo de Barsoum había realizado una investigación que parecía probar que algunas de las piedras de las pirámides se habían moldeado utilizando una forma temprana de cemento, en lugar de excavarlas en piedra caliza. Si algunos de los materiales utilizados para construir las pirámides fueron efectivamente fundidos, y han durado 4.500 años, ¿por qué no usarlos en los materiales de construcción de hoy en día, se preguntó?

"OPC es responsable del 5 al 8 por ciento de la CO del mundo y consume una enorme cantidad de energía", dice Alex Moseson, un colega que ahora toma la iniciativa de llevar la alternativa de Barsoum al mercado.

Una acera piloto de AAC se vertió en el campus de IIT Bombay,

Una acera piloto de AAC se vertió en el campus de IIT Bombay,

Crédito: Alexander J. Moseson, Universidad de Drexel

Ingredientes de cemento de piedra verde

La diferencia entre el cemento "Greenstone" creado por Drexel, como se le llama, y ​​el cemento Portland común se encuentra en los ingredientes y métodos utilizados. Greenstone es un cemento activado con álcali (AAC) que no requiere calentamiento cuando se fabrica. Más bien, el AAC se basa en ingredientes reciclados que están fácilmente disponibles, en su mayoría productos de desecho de la industria que ya se han calentado. Estos incluyen cenizas volantes, hollín de la chimenea capturado de las centrales eléctricas de carbón y escoria, que es un subproducto del proceso que convierte el mineral de hierro en hierro.

Como resultado, el perfil de impacto ambiental de Greenstone es dramáticamente diferente al de los OPC, mostrando un 97 por ciento menos de energía consumida y también CO2 producido. Además, la disponibilidad inmediata de materias primas eleva el costo de fabricación de $ 75 por tonelada a aproximadamente $ 50 por tonelada. Con los créditos de carbono anticipados, Greenstone produce un beneficio adicional de $ 5 a $ 20 por tonelada.

Universidad de Drexel

El "cemento verde" de la Universidad de Drexel es literalmente verde cuando se vierte, y se vuelve blanco en pocos días.

Crédito: Alexander J. Moseson, Universidad de Drexel

Pero, ¿cómo se compara con OPC en el rendimiento? "Nuestros resultados y la literatura confirman que se desempeña tan bien o mejor que el OPC", dice Barsoum. El grupo está cerca de ver las pruebas de la industria del paso de cemento que establecen puntos de referencia para la resistencia, el tiempo establecido y la estabilidad volumétrica.

Lo más importante, dice Moseson, "Siempre hemos trabajado para lograr un cemento que funcione en el mundo real, no solo en el laboratorio. Eso significa estabilidad en los estantes, trabajabilidad, curado a temperatura ambiente, fácil transporte y más".

Moseson persiguió dicha aplicación en el mundo real mientras estaba en IIT Bombay en Mumbai, realizando una investigación para su disertación. Trabajó con investigadores locales para desarrollar un AAC que cumplía con los estándares establecidos en India para el cemento e investigó cómo la producción de Greenstone podría empoderar a las personas que viven en barrios marginales. Hoy, tres productos hechos de materiales locales, utilizando herramientas y mano de obra locales, están actualmente bajo consideración por parte de un importante fabricante de cemento allí.

Alexander J. Moseson (hat) de la Universidad de Drexel y estudiantes de pregrado presentan AAC en la Exposición Nacional de Diseño Sostenible EPA P3 en Washington, DC.

Alexander J. Moseson (hat) de la Universidad de Drexel y estudiantes de pregrado presentan AAC en la Exposición Nacional de Diseño Sostenible EPA P3 en Washington, DC.

Crédito: Alexander J. Moseson, Universidad de Drexel

El grupo tomó Greenstone y formó una compañía, Greenstone Technologies, Inc. Comenzaron a publicar resultados científicos sobre sus hallazgos en 2009 y una publicación de noviembre de 2011 en Compuestos de cemento y concreto Discutió el potencial práctico del cemento verde Drexel. Los investigadores están actualmente hablando con inversores y posibles socios. Con el reclamo de beneficios por costos reducidos, contaminación reducida y desempeño mejorado, ¿existen obstáculos para sacar el cemento de Drexel al mercado? "Los desafíos para llevar esto al mercado incluyen la variación entre las materias primas... y el tiempo que lleva validar un nuevo material", dice Moseson. "Si bien nuestra investigación nos permite compensar la variación, ayudaría si los procesadores consideraran las cenizas volantes y la escoria [materia prima] como co-productos en lugar de subproductos para ayudar a estandarizar estos materiales para su uso en el cemento.

Alexander J. Moseson (izquierda) y Michel W. Barsoum (centro) visitan una planta de hormigón prefabricado.

Alexander J. Moseson (izquierda) y Michel W. Barsoum (centro) visitan una planta de hormigón prefabricado.

Crédito: Alexander J. Moseson, Universidad de Drexel

"También tenemos que superar las poderosas fuerzas del mercado. OPC es un mercado global de $ 300 mil millones y convencer a los constructores e industrias a usar otra cosa es difícil. Convencer a la gente de que nuestro cemento durará tanto como OPC cuando sea más nuevo también es un desafío". Además, su producto no es patentable debido a una gran cantidad de técnica anterior (o conocimientos previos relacionados con la tecnología) desde principios de la década de 1950, lo que a veces es un elemento disuasivo para los inversores. A pesar de estos obstáculos, el interés en su trabajo está aumentando.

Curiosamente, AAC no es totalmente nuevo. En las décadas de 1950 y 1960, se utilizó con éxito una forma de AAC en algunos edificios de la antigua Unión Soviética.Además de las grandes pirámides de Egipto, gran parte de la inspiración para esta investigación provino de la antigua Roma. "Todo lo que construyeron los romanos estaba hecho de ingredientes similares", dice Moseson. "Aunque no sabremos durante 2,000 años si los nuestros tienen la longevidad de los edificios romanos, nos da una idea del poder de permanencia de estas cosas".

Nota del editor: Los investigadores descritos en los artículos de Detrás de escena han sido apoyados por el Fundación Nacional de Ciencia, la agencia federal encargada de financiar la investigación básica y la educación en todos los campos de la ciencia y la ingeniería. Todas las opiniones, hallazgos y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material son las del autor y no necesariamente reflejan los puntos de vista de la National Science Foundation. Ver el Detrás del archivo de escenas.


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