La intrincada reinvención sostenible del material que construye el mundo

La producción y consumo de cemento es ingente en el planeta. Se estima que se utilizan más de 4.000 millones de toneladas al año de este material. Y eso crecerá en el futuro a medida que aumente la población y sobre todo, porque se prevé que cada vez mayor número de personas se instalen en las grandes ciudades. Con lo cual habrá más necesidad de cemento y con ello las emisiones también crecerán. Algo incompatible con la economía descarbonizada que pretende liderar Europa para 2050 y a la que aspiran otros muchos países.

Por eso, la Asociación Mundial de Productores de Cemento y Hormigón (GCCA, por sus siglas en inglés), que reúne al 80% del sector a nivel mundial, ya ha marcado una hoja de ruta para descarbonizar el sector, acorde con la que también sigue la patronal española Oficemen: la intención es reducir en un 43% las emisiones en toda la cadena de valor, de tal forma que en 2050 la industria cementera sea neutra en carbono.

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Y aunque «no hay una solución única ni sencilla para reducir las emisiones», como apunta Aniceto Zaragoza, director general de Oficemen, la propia industria y centros de investigación están poniendo el foco, con gran interés, en desarrollar nuevos cementos verdes o bajos en carbono. Productos que ya hace más de una década el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) consideró como uno de los grandes retos tecnológicos de nuestra sociedad.

«El cemento verde es el mascarón de proa de nuestra transformación», afirma Zaragoza. Sin embargo, mientras se avanzan en nuevas líneas de investigación para conseguirlo, también es necesario construir su escenario. «Los cementos verdes hay que fabricarlos y llevarlos al mercado. Demandamos que el sistema de compra pública y privada solicite este tipo de productos porque todo el proceso de transformación e innovación da lugar a una estructura de costes diferente y si no tiene incentivos en el mercado nadie lo va a comprar», explica Zaragoza. Además, hay que atar otros flecos: «Tenemos que adaptar las normas europeas -añade- para fabricar nuevos cementos y hormigones. Hay que acompañar el desarrollo tecnológico al normativo. Los nuevos cementos no son iguales a los de ahora. Existe una amplia gama y será mayor en el futuro, porque fabricaremos cementos más específicos. Gracias a la digitalización podremos dar soluciones ad hoc para cada cliente».

Para fabricar cemento existe una fase crítica donde se genera el 60% de las emisiones de todo el proceso. Al descarbonatar la piedra caliza (también hay arcilla y otros minerales) en hornos rotatorios a casi 1.500ºC se produce una reacción química (calcinación) responsable de esas emisiones de CO2. Se obtiene así un producto intermedio denominado clínker, que son pequeñas canicas de entre 5 y 25 mm. Estos gránulos se trituran y mezclan con otros aditivos para fabricar distintos tipos de cemento, cuyas composiciones están reguladas a razón de la aplicación que van a tener.

Así se fabrica el cemento actual denominado Portland desde mediados del siglo pasado. «En Europa aproximadamente el 70% del cemento que consumimos es Portland que contiene entre un 65 y 94% de clínker. El cemento es un material complejo que necesita otros productos para controlar el tiempo de endurecimiento, para que se amase bien en las obras y se mantenga líquido durante el tiempo suficiente para encajar en los moldes. El clínker le da resistencia, es el producto clave, pero es insostenible», considera Ángel Palomo, profesor de investigación del Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja-CSIC.

Para producir clínker más bajo en emisiones se están utilizando ya otros materiales descarbonatados (no contienen CO2 y por tanto no lo emiten) que sustituyen parte de la caliza en el proceso de calcinación. Esos materiales provienen de residuos y subproductos de otros procesos industriales. Ya hay cementos que contienen determinados porcentajes de escorias de los hornos de acerías, de cenizas volantes de centrales térmicas, hasta de residuos de demolición y de construcción, cenizas volcánicas, arcillas calcinadas... De esta forma la industria prevé una reducción de hasta el 5% de sus emisiones de proceso para 2030 y de un 8% en 2050.

La empresa HeidelbergCement Hispania dispone de una línea de cementos y hormigones con un 40% de material reciclado, lo que supone entre un 30 y 40% menos de emisiones. En la fabricación de clínker «sustituimos parte de las rocas por materia prima descarbonatada que proviene de las cenizas de la combustión de las basuras urbanas de todo el área de San Sebastián (Guipúzcoa). También aprovechamos escorias de las acerías de horno de arco eléctrico», dice José Antonio Hurtado, director comercial Norte de la compañía.

En una segunda fase también reducen la cantidad de clínker para producir el cemento incrementando adiciones que proviene, por ejemplo, de residuos más depurados de la acerías, de escorias blancas de altos hornos y de cenizas volantes de centrales térmicas. «Estas adiciones ya son parte de la composición del cemento y su uso está absolutamente normalizado», afirma Hurtado.

Pero reducir la cantidad de clínker en los cementos (alguno puede llevar solo hasta un 5%) tiene su contrapartida. «Cuanto más disminuyamos el clínker a veces es más complicado darle prestaciones a ese cemento. El reto es poner en el mercado productos de baja huella de carbono para usos tradicionales sin perjudicar los valores del cemento: la fiabilidad estructural, las prestaciones mecánicas y la durabilidad», estima Hurtado.

En 2021 Cemex lanzó sus gama de productos Vertua: cementos y hormigones que tiene entre un 30 y 70% menor huella de carbono que los tradicionales. «Estos cementos suponen el 40% de nuestras ventas globales y los hormigones el 30%. Nuestro objetivo es que esas cifras lleguen al 50% en 2025», indica Antonio Cases, director de Asuntos Corporativos en España de Cemex. La compañía trabaja en nuevas recetas tanto en la fabricación de clínker como en adiciones al cemento. «Estamos viendo qué componentes alternativos (áridos reciclados, escorias de acerías u otras materias descarbonatadas) y en qué porcentajes podemos utilizar para mejorar nuestra huella de carbono manteniendo las propiedades del producto. Si utilizamos estas materias alternativas dejamos de extraer de las canteras y consumimos menos recursos naturales», señala Cases.

Votorantim Cimentos también utiliza las escorias de la industria del acero y las cenizas de antiguas plantas de carbón para sustituir las calizas en la producción de clínker y en la de cemento. Y los residuos de demolición y construcción para nuevos hormigones. «Trabajamos en lanzar una marca verde. Ya estamos certificando nuestros cementos como bajos en carbono. Generan entre un 25 y 30% menos de emisiones de CO2», asegura Mario Pinto, director de Sostenibilidad de Votorantim Cimentos.

Por otro lado, comienzan a aparecer cementos verdaderamente disruptivos, como el del proyecto Keops, que se desarrolla desde hace tres años y en el que participa una alianza de cinco empresas (Adec Global, Cromogenia, Cementos Cruz, Prefhorvisa y Extracto) con el apoyo técnico del Centro Tecnológico de Investigación Multisectorial (Cetim). En este caso no se sustituye parte de la caliza para obtener clínker, sino que se ha conseguido una formulación química totalmente diferente al cemento Portland. «No usamos ni un gramo de clínker», afirma Alberto Miguéns, senior Researcher of Advanced Materials Area de Cetim. Se denomina cemento alcalino/geopolimérico. «Usamos residuos de construcción y demolición y las escorias de las acerías de arco eléctrico, que tienen un alto contenido en aluminio y silicio. Para que el cemento frague y se endurezca como el convencional hemos empleado una disolución alcalina», lo describe Miguéns.

Con esta iniciativa se ha conseguido reducir un 70% las emisiones en la producción de cemento. Y además otras ventajas: «A nivel químico y térmico tiene mejores propiedades que el cemento convencional. Aguanta mejor la exposición a ácidos y sales y a temperaturas extremas», sostiene.

Está previsto que este mismo año se pruebe este cemento geopolimérico en un entorno real que será en la autovía Orense-Celanova. Ya hay experiencias en el mundo con este tipo de material como el edificio del Global Change Institute de la Universidad de Queensland y una pista de aterrizaje del aeropuerto Brisbane West Wellcamp, ambos en Australia, así como en el Metro de Nueva Delhi (India).

El investigador del CSIC Ángel Palomo recuerda que en los años 60 y 70 del pasado siglo, en plena Guerra Fría y ante la escasez de cemento, un grupo de científicos ucranianos ya desarrolló un tipo de cemento alcalino con la escoria de los altos hornos de Mariúpol «y construyeron muchos edificios que hoy siguen en pie (si la guerra lo ha permitido) en esta ciudad», asegura.

Pero el cemento geopolimérico «en Europa no se puede utilizar con fines estructurales ni para edificios, pero sí para bordillos de acera, adoquines, medianas de autopista, para aplicaciones de bajas exigencias. De ahí que necesitemos una normativa que acompañe estos nuevos desarrollos e instituciones que lo apoyen», solicita Miguéns.

Desarrollar una formulación química diferente al cemento Portland también es una de las apuesta del Centro Tecnológico Tecnalia que ha patentado un cemento denominado belítico. «Necesita un tercio menos de piedra caliza y por tanto genera menos emisiones en la descarbonatación. Nuestro componente es el silicato bicalcico (donde hemos reducido el calcio de la caliza), en lugar del silicato tricalcico del cemento convencional», indica Juan José Gaitero, investigador de Productos de Construcción y Biobasados en Tecnalia.

Otra de las líneas de investigación que sigue este centro tecnológico son las nanoadiciones para el cemento. «Los nuevos cementos a los que se incorporan nuevos materiales pueden bajar sus prestaciones, por ejemplo fraguar más lentamente, o degradarse más rápido en el mar... Esto hay que estudiarlo y corregirlo. Para ello hemos desarrollado nanoadiciones que corrigen los cementos que reaccionan más despacio. Son partículas nanométricas e inorgánicas que hemos sintetizado a partir de productos industriales como las cenizas volantes de las centrales térmicas», explica el investigador.

Aparte del desarrollo de cementos verdes o bajos en carbono, esta industria también ha activado otras palancas para su descarbonización. Si bien el 60% de las emisiones provienen de la calcinación de la pieza caliza para producir el clínker (el componente básico del cemento), en el proceso se generan también emisiones por la propia combustión en los hornos, que suponen entre el 35 y 40% de toda la fabricación.

Los combustibles fósiles que se utilizan se están sustituyendo por otros basados en biomasa. Actualmente, el 26,5% del poder calorífico de los hornos de cemento españoles procede de combustibles derivados de residuos, un porcentaje inferior a la media de la UE (46%). «Los neumáticos una vez triturados tienen un 30% de biomasa, los lodos de depuradoras, los residuos de poda, orujillos, harinas cárnicas... Hay muchas corrientes que son totalmente o parcialmente biomasa», explica Aniceto Zaragoza.

La empresa Cemex, por ejemplo, ya utiliza hidrógeno verde en todas sus cementeras del mundo. Comenzó en 2019 con una prueba piloto en su planta de Alicante. Y ahora está desarrollando otro innovador sistema para producir lo que denomina clínker solar. «A través de una fuente de energía solar de alta potencia (termosolar de concentración) generamos una energía térmica que alcanza los 1.500ºC para fabricar el clínker. Evitamos ese 40% de emisiones que se produce en el uso de combustible», cuenta Antonio Cases, director de Asuntos Corporativos en España de Cemex. De momento, la compañía testa esta tecnología en distintas fábricas.

También Votorantim Cimentos está apostando por el autoconsumo en sus cementeras. «En la planta de Torao de los Vados (Castilla y León) vamos a construir un parque fotovoltaico de 6,2 MW. Y en la planta de Alconera (Badajoz) tramitamos otro parque de 7 MW de potencia instalada. En ambos casos permitirá cubrir el 15% de las necesidades eléctricas de cada una de las cementeras», cuenta Mario Pinto, director de Sostenibilidad de la compañía. «El 60% de nuestro consumo eléctrico global ya es renovable», asegura.

Sin embargo, donde más posibilidades ve esta industria es en capturar el CO2 (emitido en los procesos de calcinación en los hornos de las cementeras) y reutilizarlo en otras industrias o almacenarlo en yacimientos geológicos. «España necesita una red nacional de conductos para transportar y almacenar ese C02. Bajo nuestros pies hay más de cien formaciones geológicas que lo permiten y donde este gas se mineralizaría en un plazo de tiempo. Es una solución de país para todas las industrias que tienen emisiones de proceso», defiende Aniceto Zaragoza, director general de la patronal Oficemen. Algo que esperan sea reconsiderado en la actual revisión del Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC).

Se trata de una tecnología que ya están desarrollando otros países. En Noruega el proyecto Sleipner funciona desde 1996. Es un acuífero salino situado a una profundidad de 800-1.000 metros por debajo del fondo marino en el que se inyecta CO2. «Bélgica, Países Bajos, Dinamarca e incluso Italia y Francia tienen proyectos ya en marcha», comenta Zaragoza.

«En antiguas explotaciones de gas y petróleo el carbono se queda sellado. Además son instalaciones que ya tienen la infraestructura para almacenar CO2», considera Mario Pinto, director de Sostenibilidad de Votorantim Cimentos. Precisamente esta empresa tiene en proyecto construir en los próximos cinco años su primera planta de captura de carbono en una de las cementeras que posee en España. También el grupo Heidelberg Materials pondrá en funcionamiento durante 2024 su primera fábrica de captura de carbono en Europa. Será en Brevik (Noruega).

Todas ellas son soluciones en desarrollo para allanar el intrincado camino del material que construye el mundo hacia el destino de la descarbonización.