Materiales de construcción captadores de CO2 para mitigación del cambio climático

Abstract

La contaminación ambiental, el agotamiento de los recursos no renovables, la gran cantidad de residuos generados, el concepto de “usar y tirar/use and throw” y el aumento de los gases efecto invernadero (GHG), especialmente el CO2 que da lugar al calentamiento global está llevando a adoptar políticas favorables con el medio ambiente en muchos países. La “mitigación” tiene como objetivo reducir las emisiones de GEI y aumentar los sumideros de captura y almacenamiento de estos gases. Uno de los métodos propuestos para reducir el CO2 atmosférico es la captura y almacenamiento de carbono (CCS). Otro método es el desarrollo de tecnologías de captura y uso de carbono (CCU). Una de las ventajas de CCU sobre CCS es que le da un valor añadido al CO2 pudiendo ser considerado como un producto comercial. La industria de la construcción es la mayor fuente de emisiones de CO2. Es por ello que, con objeto de reducir estas emisiones, las investigaciones en materiales de construcción con baja huella de carbono son claves para mitigar el cambio climático. En la presente Tesis Doctoral se estudian varias líneas que permitan dar lugar a nuevos materiales de construcción más sostenibles y amigables con el medioambiente: En primer lugar, se estudia un aditivo captador de CO2 (hidrotalcita de MgAlCO3). Una vez obtenidas todas sus propiedades físicas, químicas, microestructurales y su capacidad de captura de CO2, se mezcló en diferentes porcentajes con un mortero monocapa industrial, ya que con objeto de disminuir el nivel de CO2 en la atmósfera las fachadas de edificios presentan una gran superficie que puede ser idónea para la captura de CO2. En segundo lugar se estudia la fase mortero de un hormigón destinado a productos prefabricados no estructurales (adoquines, bovedillas, mobiliario urbano y otros) usando áridos reciclados mixtos de residuos de construcción y demolición y usando como innovación el curado en CO2 (carbonatación acelerada), promoviendo el concepto de economía circular y dando un valor añadido al CO2 como producto comercial. A continuación se extendió el concepto de carbonatación acelerada a productos de hormigón no estructural fabricado “in-situ”, usando agua carbonatada como agua de amasado, siendo esta una estrategia novedad sin precedentes. Además, con objeto de disminuir costes en adquisición de una cámara de curado de CO2, y facilitar el proceso de la carbonatación acelerada también fue estudiado el curado en agua carbonatada de dichos materiales. Por último se estudió la fase mortero de un hormigón destinado a prefabricados no estructurales, pero en este caso sin usar cemento Portland, mediante el proceso de la activación alcalina y el curado en CO2. Dentro de este material se presentaron dos alternativas, la primera de ellas usando MgO para incrementar la capacidad de captura de CO2 de dicho material y la segunda usó como precursor cenizas de fondo procedentes de la incineración de residuos sólidos urbanos, para dar un uso a estos residuos y maximizar de esta forma el concepto de economía circular. Esta investigación presenta 3 nuevos tipos de materiales de construcción con diferentes finalidades y/o aplicaciones, que contribuirían a la mitigación del cambio climático y por tanto a conseguir una construcción más sostenible y respetuosa con el medio ambiente.

Environmental pollution, the depletion of non-renewable resources, the large amount of waste generated, the "use and throw" concept and the increase of greenhouse gases (GHG), especially CO2 which leads to global warming is leading to the adoption of environmentally friendly policies in many countries. “Mitigation" aims to reduce GHG emissions and increase GHG capture and storage sinks. One of the proposed methods to reduce atmospheric CO2 is carbon capture and storage (CCS). Another method is the development of carbon capture and use (CCU) technologies. One of the advantages of CCU over CCS is that it adds value to CO2 and can be considered as a commercial product. The construction industry is the largest source of CO2 emissions. Therefore, in order to reduce these emissions, research into low carbon footprint building materials is the key to mitigating climate change. In this Doctoral Thesis, several lines of research are studied in order to give rise to new, more environmentally sustainable construction materials: Firstly, a CO2 capturing additive (MgAlCO3 hydrotalcite) is studied. Once all its physical, chemical and microstructural properties and its capacity to capture CO2 were obtained, it was mixed in different percentages with an industrial one-coat mortar, since in order to reduce the level of CO2 in the atmosphere, building façades have a large surface area that may be suitable for CO2 capture. Secondly, the mortar phase of a concrete for non-structural prefabricated products (paving stones, vaults, urban furniture and others) is studied using mixed recycled aggregates from construction and demolition waste and using CO2 curing (accelerated carbonation) as an innovation, promoting the concept of circular economy and giving added value to CO2 as a commercial product. The concept of accelerated carbonation was then extended to non-structural in-situ products, using carbonated water as the mixing water, an unprecedented new strategy. In addition, in order to reduce the cost of acquiring a CO2 curing chamber and to facilitate the accelerated carbonation process, the curing of these materials in carbonated water was also studied. Finally, the mortar phase of a concrete for non-structural precast concrete was studied, but in this case without using Portland cement, by means of the process of alkaline activation and CO2 curing. Within this material, two alternatives were presented, the first using MgO to increase the CO2 capture capacity of the material and the second using bottom ash from municipal solid waste incineration as a precursor, to make use of this waste and thus maximise the concept of circular economy. This research broadly presents 3 new types of building materials with different purposes and/or applications, which would contribute to climate change mitigation and thus to a more sustainable and environmentally friendly construction.