El hormigón reciclado puede capturar CO₂, pero los científicos descubren que el agua escondida en sus poros limita su eficacia

El hormigón reciclado podría hacer algo más que volver a una obra. También puede reaccionar con dióxido de carbono y dejarlo atrapado en forma de minerales estables, pero un nuevo estudio muestra que el proceso tiene un freno oculto dentro del propio material. Ese freno es el agua.

La investigación revela una paradoja. La carbonatación necesita humedad para avanzar, pero la propia reacción libera agua que puede llenar los poros, dificultar el paso del CO₂ y reducir la velocidad de captura. El hormigón no funciona como una simple esponja de carbono.

Un residuo con potencial

El cemento representa entre el 5 % y el 7 % de las emisiones mundiales de CO₂, mientras que la construcción genera entre el 30 % y el 40 % de los residuos de construcción y demolición. Cada año podrían quedar disponibles entre 2,8 y 5,1 gigatoneladas de hormigón para su reutilización y posible carbonatación.

La idea es triturar el hormigón demolido y recuperar sus áridos, las pequeñas piedras que forman buena parte del material. Estos fragmentos conservan una capa de pasta de cemento antigua, más porosa y reactiva que un árido natural.

Si el material se expone a un gas rico en CO₂, el dióxido de carbono puede reaccionar con compuestos de esa pasta y transformarse principalmente en carbonato de calcio, un sólido estable. Menos escombros, menos extracción de áridos nuevos y una parte del carbono atrapada dentro del material.

El agua marca el límite

La carbonatación acelerada parece sencilla sobre el papel, pero depende de un equilibrio delicado. Si los poros están demasiado secos, falta agua para que se produzcan las reacciones químicas. Si están demasiado húmedos, el CO₂ encuentra el camino bloqueado.

Lo más llamativo es que la reacción modifica ese equilibrio mientras avanza. Al reaccionar con la portlandita y otros hidratos del cemento, el CO₂ libera agua que estaba químicamente unida a la pasta. Esa humedad ocupa parte de la red de poros por la que el gas tendría que seguir entrando.

¿Dónde se almacenó más carbono? No fue justo en la superficie expuesta, sino entre uno y dos milímetros por debajo. La capa exterior se secó con rapidez, mientras que algo más adentro todavía quedaba agua suficiente para que la carbonatación funcionara mejor.

Así miraron dentro

El trabajo de Chakib El Faqir, Alessandro Tengattini y otros investigadores se realizó en el instrumento NeXT del Instituto Laue-Langevin, en Grenoble. El equipo estudió muestras de pasta de cemento endurecida, el componente reactivo que permanece adherido a los áridos de hormigón reciclado.

Las muestras comenzaron con un grado de saturación de agua del 70 %. Una fue expuesta durante diez horas a CO₂ prácticamente puro y otra se utilizó como control con nitrógeno, todo ello a 80 °C y con una humedad relativa del 0 %, condiciones elegidas para aproximarse a determinados procesos industriales.

La clave fue combinar dos técnicas. Los neutrones siguieron el agua porque son especialmente sensibles al hidrógeno, mientras que los rayos X mostraron los cambios de densidad, el avance de la carbonatación y las grietas. El sistema obtuvo una tomografía completa cada 25 minutos.

El CO₂ frenó su avance

Al principio, el frente de carbonatación avanzó como cabría esperar en un proceso controlado por difusión. Pero después de unos 45 minutos la velocidad cayó, justo cuando el agua liberada comenzó a acumularse y el carbonato de calcio fue reduciendo el espacio de los poros.

En la práctica, el CO₂ estaba cambiando el camino por el que tenía que circular. Cuanto más reaccionaba, más variaban la humedad, la porosidad y la facilidad con la que el gas podía penetrar. Y eso se nota.

El resultado cuestiona los modelos que tratan la carbonatación como una difusión constante. Si no incluyen el agua liberada, el secado, la formación de minerales y los cambios internos del material, pueden calcular una captura más rápida o mayor de la que realmente se produciría.

Las grietas también cambiaron

Los rayos X mostraron otro efecto oculto. La muestra expuesta al CO₂ desarrolló grietas de más de 0,21 milímetros de anchura y varios milímetros de longitud en la zona carbonatada, mientras que en la muestra sin CO₂ fueron mucho menores.

El volumen de fisuras alcanzó cerca del 1 % durante las primeras horas y después descendió hasta alrededor del 0,6 %. Algunas grietas se cerraron parcialmente a medida que evolucionaban la humedad y los productos minerales, aunque eso no significa que el material se reparase por completo.

Las fisuras se concentraron en las zonas con menos agua, lo que apunta a la contracción por secado como uno de los motores del daño. Además, pueden facilitar el movimiento del agua, pero no necesariamente mejoran la entrada de CO₂.

Qué cambia para la construcción

El hallazgo puede ayudar a diseñar tratamientos de carbonatación más eficaces para los áridos reciclados. La solución no consiste simplemente en introducir más CO₂, sino en controlar la humedad inicial, la temperatura, el tiempo de exposición y la forma en la que el agua sale o queda atrapada.

Esto importa porque el hormigón reciclado puede reducir residuos y disminuir parte de la demanda de arena y piedra nuevas, al tiempo que almacena una fracción del CO₂ en forma mineral. No es poca cosa.

Pero conviene mantener los pies en el suelo. El experimento se realizó sobre pasta de cemento, a 80 °C y con una concentración de CO₂ mucho mayor que la del aire, por lo que todavía habrá que probar áridos reciclados reales, otras temperaturas y procesos a escala industrial. El equipo plantea futuros ensayos a temperatura ambiente.

El estudio no demuestra que todo el hormigón demolido pueda absorber cantidades ilimitadas de carbono. Sí muestra algo más útil, que el agua controla buena parte del proceso y que ignorarla puede llevar a diseños poco eficientes. Ese conocimiento puede convertir un residuo enorme en una pieza más realista de la construcción circular.

El estudio ha sido publicado en Communications Materials.