Investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokyo se encuentran desarrollando un nuevo método para producir concreto sin cemento, lo cual ayudaría a reducir las emisiones de carbono y construir edificios o estructuras resistentes en regiones desérticas, o incluso en la Luna y Marte. Así lo explicaron en un artículo publicado en la revista científica Phys.

Para lograr este nuevo método han trabajado en lo que ellos llaman “una simple reacción química”, mediante la cual unen partículas de arena utilizando únicamente alcohol y un elemento catalizador. 

Para entender mejor la relevancia de este experimento es importante destacar que el hormigón o concreto está formado por dos partes: cemento (responsable del 8% del total de las emisiones globales de CO2) y agregado (esencialmente hecho de grava y arena).

Pese a la abundancia de arena que hay en el mundo, la industria de materiales para la construcción se enfrenta a un producción de arena para hormigón bastante limitada, ya que las partículas de este mineral deben tener una distribución de tamaño específico para que el hormigón pueda integrarse.

“En el concreto, el cemento se usa para unir arena y grava. Algunos investigadores están investigando cómo se puede reemplazar más cemento con otros materiales, como cenizas volantes y escoria de alto horno, para reducir las emisiones de CO2, pero este enfoque es insostenible porque el suministro de estos materiales están disminuyendo debido a la reducción del uso de sistemas de energía térmica y al aumento del uso de acero para hornos eléctricos ”, detalló Yuya Sakai, autor principal de la investigación.

Por esta razón, señalaron, se requiere un nuevo enfoque para producir concreto a partir de materiales inagotables y con menor carga ambiental. Con este proyecto se proponen producir tetra alcoxisilano (elemento esencial para la consolidación de materiales pétreos) a partir de arena y a través de una reacción con alcohol y un catalizador eliminando el agua, que es un subproducto de la reacción. “Nuestra idea era dejar que el agua cambie la reacción de arena a tetra alcoxisilano, para unir las partículas entre sí”, dijo Sakai.

Como parte del experimento, los científicos colocaron una taza hecha de lámina de cobre en un recipiente de reacción con arena y otros materiales pétreos. Después variaron sistemáticamente las condiciones de reacción, como las cantidades de arena, alcohol, catalizador y agente de deshidratación; la temperatura de calentamiento; y el tiempo de reacción. “Encontrar la proporción correcta de arena y productos químicos fue fundamental para obtener un producto con la resistencia suficiente” apuntaron.

“Obtuvimos productos suficientemente fuertes con, por ejemplo, arena de sílice, perlas de vidrio, arena del desierto y arena de luna simulada“, comentó el segundo autor a cargo, Ahmad Farahani. 

“Estos hallazgos pueden promover un movimiento hacia una industria de la construcción más ecológica y económica en cualquier lugar de la Tierra. Nuestra técnica no requiere partículas de arena específicas utilizadas en la construcción convencional. Esto también ayudará a abordar los problemas del cambio climático y el desarrollo espacial”, afirmó.

Además, es probable que el producto tenga una mayor durabilidad que el hormigón convencional porque la pasta de cemento  no está incluida en el producto. Esto porque  es relativamente débil contra el “ataque químico” y presenta grandes cambios de volumen debido a la temperatura y la humedad.

Los resultado de este trabajo serán publicados en Seisan Kenkyu, vol. 75, 2021 bajo el título “Producción de masa endurecida mediante unión directa de partículas de arena”.