miniaturadeimagen| Demolición de las torres de refrigeración de la central eléctrica de Athlone, Ciudad del Cabo, Sudáfrica, 2010
El impacto ambiental del hormigón, su fabricación y sus aplicaciones es complejo de valorar y depende, por un lado, de los impactos directos de lo construido con ese hormigón, y por otro lado, de las emisiones de CO2. Entre el 4 y el 8% de las emisiones mundiales totales de CO 2 provienen del hormigón. Muchos impactos dependen de las circunstancias. Un componente importante es el cemento, que tiene sus propios impactos ambientales y sociales, y contribuye en gran medida a los del hormigón.
Debe tenerse en cuenta que existen muchos tipos de hormigón, con diferentes composiciones y usos (para uso normal, de alta resistencia, ligero, autocompactante, etc.).
La industria del cemento es uno de los principales productores de dióxido de carbono, un gas de efecto invernaderoThe Cement Sustainability Initiative: Our agenda for action, World Business Council for Sustainable Development, página 20, publicado el 1 de junio de 2002 que causa el calentamiento mundial. El hormigón también provoca daños en la capa más fértil de la tierra, la capa superficial del suelo, porque se utiliza para crear superficies duras que contribuyen a la escorrentía superficial, que puede causar erosión en el suelo, contaminación del agua e inundaciones. De forma totalmente opuesta, el hormigón es una de las herramientas más poderosas para el control adecuado de las inundaciones, mediante la construcción de represas y el desvío de las aguas pluviales, los flujos de lodo y similares.
El hormigón de color claro puede reducir el efecto isla de calor, debido a su mayor albedo. Sin embargo, si se puede hacer, es preferible dejar la vegetación original, que genera fresco, retiene el agua y actúa como sumidero de carbono. Por otra parte, el polvo de hormigón liberado por la demolición de edificios y los desastres naturales puede ser una fuente importante de peligrosa contaminación atmosférica.
La presencia de algunas sustancias en el hormigón puede causar problemas de salud debido a su toxicidad y, en algunos casos, a su radiactividad (que suele producirse de forma natural). El hormigón húmedo es altamente alcalino y siempre debe manipularse con el equipo de protección adecuado. El reciclaje de hormigón está aumentando como respuesta a una mayor conciencia ambiental, legislación y consideraciones económicas. En sentido contrario, el uso de hormigón reduce el empleo de materiales de construcción alternativos como la madera, que es una forma natural de secuestrar carbono.
Polvo de hormigón La demolición de edificios y los desastres naturales como los terremotos a menudo liberan una gran cantidad de polvo de hormigón a la atmósfera local. Tras el Gran terremoto de Hanshin-Awaji, se concluyó que el polvo de hormigón era la principal fuente de contaminación atmosférica peligrosa.
Contaminación tóxica y radiactiva La presencia de algunas sustancias en el hormigón, incluidos aditivos, tanto útiles como indeseados, puede provocar problemas de salud. Isótopos radiactivos naturales de los elementos químicos potasio, uranio, torio y radón (K, U, Th y Rn) pueden estar presentes en distintas concentraciones en las viviendas construidas con hormigón, dependiendo de la fuente de las materias primas utilizadas. Por ejemplo, algunas piedras emiten radón de forma natural, y el uranio alguna vez fue común en los desechos de las minas. También pueden utilizarse sustancias tóxicas de forma no intencionada como resultado de la contaminación procedente de un accidente nuclear.
El polvo de los escombros o del hormigón fragmentado tras la demolición o el desmoronamiento de edificaciones puede provocar graves problemas de salud, dependiendo también de lo que se haya incorporado al hormigón. Sin embargo, en algunos casos incluir en el hormigón materiales a priori nocivos puede resultar beneficioso. En algunos casos, la incorporación de ciertos compuestos, como metales, en el proceso de hidratación del cemento, los inmoviliza en un estado inofensivo y evita que se liberen.P.K. Mehta: Concrete technology for sustainable development – overview of essential elements, O.E. Gjorv, K. Sakai (Eds.), Concrete technology for a sustainable development in the 21st century, E&FN Spon, London (2000), pp. 83–94
Emisiones de dióxido de carbono y cambio climático La industria del cemento es uno de los 2 mayores productores de dióxido de carbono (CO2), generando hasta el 5% de las emisiones mundiales de este gas, de las cuales el 50% proviene de las reacciones químicas que dan lugar al cemento y el 40%, de la quema de combustible para proporcionar el calor que necesitan estas reacciones.The Cement Sustainability Initiative: Our agenda for action, World Business Council for Sustainable Development, página 20, publicado el 1 de junio de 2002 Se estima que el producido para la fabricación de hormigón estructural (que utiliza un 14% de cemento) es de 410 kg/ m³ (~180 kg/tonelada considerando una densidad de 2,3 g/cm3). Estos 410 kg/ m³ se pueden reducir a 290 kg/m3 si un 30% del cemento se sustituye por cenizas volantes en el cemento.
La emisión de CO2 de la producción de hormigón es directamente proporcional al contenido de cemento utilizado en la mezcla de hormigónː por cada tonelada de cemento se emiten 900 kg de CO2, lo que representa el 88% de las emisiones asociadas a la mezcla de hormigón promedio.
La fabricación de cemento contribuye a la emisión de gases de efecto invernadero, tanto directamente a través de la descomposición térmica del carbonato de calcio en cal y dióxido de carbono, como a través del uso de energía, en particular de la quema de combustibles fósiles. Si toda la energía utilizada en la fabricación de cemento proviniera de fuentes renovables, las emisiones se reducirían sustancialmente.
Un aspecto del ciclo de vida del hormigón que merece la pena destacar es su muy bajo contenido energético (energía necesaria para fabricarlo) por unidad de masa. Esto se debe principalmente a que los materiales utilizados en la construcción con hormigón, como los áridos (arena), las puzolanas (piedras) y el agua, son relativamente abundantes y, a menudo, pueden obtenerse de fuentes locales.Building Green. (1993). Cement and Concrete: Environmental Considerations. Consultado el 2 de noviembre de 2015|url=http://www.wbcsdcement.org/pdf/tf2/cementconc.pdf Esto significa que el transporte sólo representa el 7% de este contenido energético del hormigón, mientras que la producción de cemento representa el 70%.
El hormigón tiene un contenido energético total de 1,69 gigajulios por tonelada, menor por unidad de masa que la mayoría de los materiales de construcción comunes, aparte de la madera. Sin embargo, las estructuras de hormigón suelen tener masas elevadas, por lo que esta comparación no siempre es directamente relevante para la toma de decisiones. Además, este valor se basa únicamente en proporciones de mezcla de hasta un 20% de cenizas volantes. Se estima que una sustitución del 1% del cemento por cenizas volantes representa una reducción del 0,7% en el consumo energético. Algunas mezclas propuestas contienen hasta un 80% de cenizas volantes, lo que podría representar un ahorro considerable de energía.
Un informe de 2022 del Boston Consulting Group concluyó que las inversiones en formas más ecológicas de cemento conducirían a mayores reducciones de gases de efecto invernadero, por dólar invertido, que las inversiones en muchas otras tecnologías ecológicas, aunque las inversiones en sucedáneos vegetales de carne animal generarían reducciones considerablemente mayores.
miniaturadeimagen| La rehabilitación de este edificio en en Hong Kong emite una cantidad sustancial de polvo de construcción.
Mitigación
Mejoras de diseño Existe un creciente interés en reducir las emisiones de dióxido de carbono relacionadas con el hormigón, tanto en el sector académico como en el industrial, especialmente con la posibilidad de una futura introducción de un impuesto sobre el carbono. Se han sugerido varios enfoques para reducir las emisiones.
Producción y utilización del cemento Una razón por la que la fabricación de cemento produce tantas emisiones es porque la mezcla precursora del cemento debe calentarse a temperaturas muy elevadas para que se forme el clínker. En esto tiene una gran responsabilidad la alita (Ca3SiO5), un mineral presente en el hormigón que se cura —es decir, que alcanza un alto grado de dureza; ver reticulación y reacción de hidratación, no se está hablando de curar una enfermedad— en cuestión de horas después de su vertido (vertido del hormigón en un encofrado) y, por lo tanto, es responsable de gran parte de su resistencia inicial. Sin embargo, la alita también debe calentarse a 1 500 °C en el proceso de formación de clínker.
Algunas investigaciones sugieren que la alita puede ser reemplazada por un mineral diferente, como la belita (Ca2SiO4). La belita también es un mineral ya utilizado en el hormigón. Tiene una temperatura de tostado de 1 200 °C, significativamente inferior a la de la alita. Además, la belita es más fuerte una vez que el hormigón se cura. Sin embargo, la belita tarda días o meses en fraguar completamente, lo que hace que el hormigón se debilite durante más tiempo. La investigación actual se centra en encontrar posibles aditivos, como el magnesio, que podrían acelerar el proceso de curado. También debe considerarse que la belita requiere más energía para molerla, lo que puede hacer que el impacto de todo su ciclo de vida sea similar o incluso mayor que el de la alita.
Otro enfoque ha sido la sustitución parcial del clínker convencional por alternativas como cenizas volantes, cenizas sólidas y escorias, todos ellos subproductos de otras industrias que de otro modo acabarían en vertederos. Las cenizas volantes y las sólidas proceden de las centrales termoeléctricas de carbón, mientras que la escoria es un residuo de los altos hornos de la industria siderúrgica. Estos materiales están ganando popularidad lentamente como aditivos, especialmente porque pueden aumentar potencialmente la resistencia, disminuir la densidad y prolongar la durabilidad del hormigón.
El principal obstáculo para mezclar en el hormigón más cenizas volantes y escorias puede ser el riesgo de construir con tecnología nueva que no haya sido expuesta a pruebas de campo prolongadas. Hasta que se introduzca un impuesto al carbono, las empresas no están dispuestas a correr el riesgo de utilizar nuevas recetas de mezclas de hormigón, aunque reduzcan las emisiones. Sin embargo, existen algunos ejemplos de hormigón “verde” y su implementación. Un ejemplo es una empresa de hormigón llamada Ceratech que ha comenzado a fabricar hormigón con un 95% de cenizas volantes y un 5% de aditivos líquidos. Otro es el puente I-35W Saint Anthony Falls, que se construyó con una novedosa mezcla de hormigón que incluía diferentes composiciones de cemento Portland, cenizas volantes y escoria según la parte del puente y los requisitos de propiedades del material.
Varias empresas emergentes están desarrollando y probando métodos alternativos de producción de cemento. Por ejemplo Sublime de Somerville (Massachusetts), utiliza un proceso electroquímico sin horno, y Fortera captura dióxido de carbono de plantas convencionales para fabricar un nuevo tipo de cemento. Blue Planet, de Los Gatos (California), captura el dióxido de carbono emitido para producir con él hormigón sintético. CarbonCure Technologies de Halifax, Nueva Escocia, ha modernizado sus sistemas de mineralización de carbono en cientos de plantas de hormigón en todo el mundo, inyectando y almacenando permanentemente dióxido de carbono en el hormigón mientras se mezcla.