Un equipo de científicos, liderado por el Doctor Qi Zheng de la Universidad de Stanford, desarrolló un nuevo método para producir clinker sin utilizar combustibles fósiles en los hornos cementeros: uso de electricidad para calentar plasma a través de gas ionizado. El proceso sería 100 veces más rápido que el método tradicional para producir la materia prima del cemento.
Fuente: American Chemical Society
Uno de los aspectos de la industria del cemento que mayor impacto genera -probablemente, el principal- en el medio ambiente, se relaciona de manera directa con la producción del clinker, materia prima para, valga la redundancia, producir el cemento que, a su vez, es uno de los materiales principales para fabricar el hormigón.
El clinker se obtiene al someter piedra caliza, arcillas u otros elementos a un calor extremo (aproximadamente a unos 1.400°C) dentro de un horno, lo que provoca que todos estos materiales se fusionen y se transformen en una suerte de grumos del tamaño de guijarros. Este producto, al que se denomina clinker, luego entra a una molienda para convertirlos en un polvo fino, que finalmente, es el cemento tradicional que se utiliza en todo el mundo.
Para alcanzar esas temperaturas, la industria de manera intensiva utiliza combustibles fósiles, lo que se traduce directamente en el impacto que tiene en el medio ambiente, especialmente en lo que se refiere a la producción de gases de efecto invernadero. Debido a esto, la propia industria inició un camino hacia el uso de combustibles alternativos y, en paralelo, la academia comenzó el desarrollo de diversas investigaciones apuntando a esta parte del proceso de producción del cemento ya que es, en definitiva, la que mayor impacto tiene.
En ese sentido, científicos de la Universidad de Stanford, presentaron una investigación que apunta precisamente a la producción del clilnker y su uso intensivo de energía: un enfoque basado en el uso de electricidad para el calentamiento del material por plasma, lo que produciría cemento de manera rápida y eficaz.
Electricidad para calentar plasma y producir cemento bajo en carbono
Qi Zheng, Ph.D e investigador postdoctoral de la Universidad de Stanford, en conjunto con Yi Cui (Ph.D de la misma casa de estudios) y Paolo Monteiro (Ph.D en Ingeniería Civil de la Universidad de Berkeley, California), desarrolló una técnica en la que el uso de electricidad para calentar plasma y utilizar ese elemento para la producción del clinker, resultaría clave en la reducción de emisiones de la industria.
Uno de los aspectos clave para esta nueva metodología tiene que ver con la manera en que se calientan las materias primas para el clinker, ya que estas se introducen todas juntas en un horno de gran tamaño, el que se calienta con combustible fósil. “También, hay muchos pasos intermedios que generan una gran cantidad de calor residual”, comentó Zheng.
Para mitigar las emisiones, tanto de los hornos como las residuales, los investigadores idearon una manera de utilizar electricidad en lugar de combustibles fósiles para calentar de manera directa la materia prima y así, eliminar los pasos intermedios. Lo que hace este nuevo método, de acuerdo con la investigación de Zheng, es reemplazar el uso de hornos activados por combustibles fósiles por plasma calentado, proceso que involucra el uso de electricidad de manera directa, a través de gas ionizado.
Este proceso, genera temperaturas sobre los 2.400°C, acelerando la formación del clinker. En ensayos de laboratorio, Zheng junto a los otros investigadores descubrió que el plasma calentado bajo esta técnica -electricidad vía gas ionizado- puede fusionar las materias primas para producir el clinker en segundos, siendo unas 100 veces más rápido que el método tradicional para la fabricación del cemento. Además, otro de los hallazgos de esta técnica es que se reduce el calor residual, ya que cerca del 80% del calor generado durante el calentamiento del plasma, se canaliza directo a la producción del cemento.
Incorporando aspectos de circularidad en este nuevo método de producción de cemento
De acuerdo con los ensayos efectuados en laboratorio, este nuevo tipo de cemento de “bajo carbono”, como lo denominaron, tendría propiedades mecánicas similares a las del cemento tradicional, tales como durabilidad y trabajabilidad. También, al analizar muestras de este cemento de “bajo carbono” bajo el microscopio electrónico, observaron que el nuevo método introdujo defectos a nivel nanoescala que se disolvían rápidamente en el agua, acelerando el fraguado del cemento y mejorando así su resistencia, en comparación con el cemento tradicional.
Asimismo, el trabajo en laboratorio probó que este nuevo método de calentamiento vía electricidad funcionaría con desechos de cementos que se obtengan de plantas de reciclaje como materia prima. De esta manera, se promovería la circularidad se reducirían aún más las emisiones de CO2 asociadas a la producción del cemento.
En esa línea, el Doctor Zheng comentó que una de las prioridades de esta investigación es analizar si el método de calentamiento de plasma es efectivo en el manejo de diferentes tipos de residuos de cemento como materia prima, ya que este tipo de desechos puede variar dependiendo del lugar y tiempo de recolección. Es necesario comprobar “si esta nueva tecnología es lo suficientemente robusta para gestionar todo tipo de residuos, o si se debe realizar una pequeña selección previa del material antes de introducirlo en la máquina”, puntualizó.
Estos hallazgos se presentaron en el evento ACS Fall 2026, reunión de la American Chemical Society que se realizó en la ciudad de Chicago, Estados Unidos, entre los días 23 al 27 de agosto.
