Te recomiendo escuchar el episodio T05E24, «Los cementos del futuro y menos contaminantes, que investiga la UMA», 18 may 2023 [14:51 min.], del programa de radio “Ciencia para Todos”, en el que participo junto a Enrique Viguera (Universidad de Málaga), coordinador de Encuentros con la Ciencia. Esta sección semanal del programa “Hoy por Hoy Málaga”, que presenta Esther Luque Doblas (o en alguna ocasión Isabel Ladrón de Guevara), se emite todos los jueves en la Cadena SER Málaga (102.4 FM) sobre las 13:45. Enrique y yo intervenimos desde nuestras propias casas.

Entrevistamos al profesor Miguel Ángel García Aranda, catedrático de Química Inorgánica de la Universidad de Málaga. Ha sido presidente del Consejo de la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón, con sede en Grenoble (Francia), la primera vez que un español ocupa este cargo. Ha sido director del Sincrotron ALBA, aquí en España. Hoy es noticia porque acaba de publicar un artículo de investigación en una de las más prestigiosas revistas científicas, Nature Communications: Shiva Shirani, Ana Cuesta, …, Miguel A. G. Aranda, «4D nanoimaging of early age cement hydration,» Nature Communications 14: 2652 (08 May 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41467-023-38380-1.

Puedes escuchar el episodio en Play SER, «Los cementos del futuro y menos contaminantes, que investiga la UMA», 18 may 2023 [14:51 min.].

Esther: «Estamos en campaña electoral, se habla mucho de la vivienda. Todos queremos tener una casa grande, con jardín, a ser posible. Pero nos gustaría conocer el aspecto científico, ¿qué implicaciones tiene para el ambiente la construcción desaforada que hemos visto y seguimos viendo en la Costa del Sol y que estamos viendo en medio planeta?»

Francis: «El cemento Portland se usa en la preparación del hormigón más usado en la construcción de edificios y viviendas. Se estima que se consumen al año unas 20 mil millones de toneladas de hormigón Portland. Para soportar este consumo se producen al año unas 4 mil millones de toneladas, lo que implica unas emisiones de unos 2700 millones de toneladas de emisiones de CO2 (dióxido de carbono) a la atmósfera».

«El hormigón es la base del desarrollo moderno y, tras el agua, es la sustancia más usada en la Tierra. Por ello estos números no pararán de crecer en las próximas décadas. Se prevé que hasta el año 2040 se necesitarán a nivel mundial unas 600 millones de unidades de vivienda, unas 40 millones de viviendas al año. Y el hormigón no solo es la base de las viviendas, sino para infraestructuras, industria, etc.»

«El hormigón tiene una cara negativa, la emisión de CO2, siendo responsable de la emisión de entre un 4% y un 8% de este gas de efecto invernadero a nivel global. Además, la producción de hormigón consume casi una décima parte del agua utilizada en la industria mundial y contribuye al efecto isla de calor al absorber el calor del sol en las ciudades. Y no debemos olvidar la amenaza que supone para la biodiversidad la conversión de espacios naturales en zonas agrícolas, polígonos industriales y bloques de viviendas».

Enrique: «Recordemos que el cemento se obtiene a partir de calizas y arcillas que se obtiene de las canteras. Una vez extraído el material, se procede a su trituración en unos gigantescos molinos verticales hasta obtener un tamaño adecuado de material uniforme, que posteriormente pasa por un horno que va aumentando la temperatura hasta alcanzar casi 1500 °C transformando la materia de partida dando lugar a un material denominado clínker».

«Este clínker posteriormente se mezcla en un molino de rodillos y bolas con el Yeso, dando lugar al cemento, que cuando se le añade grava, arena y agua, formando el hormigón, tiene la propiedad de ser parcialmente líquido, pudiendo dar forma y adaptarlo a las superficies. Cuando fragua, se producen reacciones químicas de hidratación de silicatos de calcio entre otros, que lo endurecen al secarse, formando una roca artificial. Esto lo hace un material tremendamente resistente que no podríamos obtener por ejemplo si sólo empleáramos arcilla, a la cual también podemos darle forma, pero es muy frágil».

«Destacar que la vida media de las construcciones de cemento actuales es de unos 100 años… Siendo un material poroso, acaba absorbiendo agua y descomponiéndose… y ya empezamos a tener edificios fabricados con cemento que rondan esa edad. Pero la físicoquímica de estos procesos es muy complicada. En la actualidad se está investigando cómo ocurren estos procesos usando las tecnologías de nanoimágenes más modernas, incluso desde la Universidad de Málaga».

Esther: «Hoy contamos como invitado al profesor Miguel Ángel García Aranda, catedrático de Química Inorgánica de la Universidad de Málaga. Ha sido presidente del Consejo de la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón, con sede en Grenoble (Francia), la primera vez que un español ocupa este cargo. Ha sido director del Sincrotron ALBA, aquí en España y hoy es noticia porque acaba de publicar un artículo de investigación en una de las más prestigiosas revistas científicas, Nature Communications, en la que estudia precisamente la formación de la estructura sólida que forman nuestros hogares y las infraestructuras a partir precisamente del cemento». [Saludos]

«Enhorabuena por este artículo. Usted es de los pocos casos en la Universidad de Málaga que realiza tanto investigación aplicada, me consta que tiene contratos OTRI con empresas norteamericanas, francesas, etc., y a la vez hace investigación básica muy puntera, como la que acabaos de citar. ¿De qué va su artículo y qué aporta de nuevo sobre el cemento?»

Miguel Ángel: «Tenemos la suerte de trabajar tanto en desarrollo aplicado con contratos con empresas, principalmente internacionales, como con técnicas básicas de vanguardia. En este trabajo hemos realizado una especie de radiografía, pero más detallada. En lugar de tomar una radiografía tomamos muchas, como el TAC que se hace en los hospitales, para ver tridimensional el interior de este proceso. Además, la radiografía es en función del tiempo, con lo cual podemos saber cómo se han disuelto las partículas y, principalmente, cómo han precipitado para formar estas estructuras que son muy duras».

Esther: «Profesor, por hacer fácil todo lo que estamos contando y por hacer que lo comprenda todo el mundo. Vuestro objetivo es producir un cemento menos contaminante».

Miguel Ángel: «Nuestro objetivo es contribuir a ello, pues no podemos decir que lo estemos haciendo solo nosotros, también lo están haciendo otros grupos de investigación y empresas relacionadas. La huella de carbono de los cementos es muy alta. Prácticamente, por cada tonelada de cemento se emite una tonelada de CO2 a la atmósfera, con los cementos tradicionales, con le cemento Portland tradicional».

«Hay cementos, propuestas de cementos y cementos que se están empezando a comercializar, que tiene una huella de carbono entre un 40 % y hasta un 50 % menor. Pero hay que, por un lado, estar seguro que la durabilidad va ser la misma, o mayor, es decir, que los edificios van a estar esos 100 años o más. Y, por otro lado, que los encofrados se quiten, como se que están quitando actualmente, en un par de días. Porque estas nuevas propuestas de cemento endurecen un poquito más lento».

«En esto es en lo que estamos colaborando con las empresas. Se puede decir el qué, el objetivo, pero el cómo está sujeto a contratos de confidencialidad».

Esther: «Para comprenderlo mejor, ¿esta investigación se ha hecho en la Universidad de Málaga, verdad?»

Miguel Ángel: «En esta investigación que se acaba de publicar el análisis de los datos se ha hecho principalmente en Málaga, pero los datos se han tomado en dos sincrotrones: uno que hay en Suiza y otro que hay en Francia. Ambos se han complementado para obtener una imagen lo más completa posible».

Esther: «Tampoco hemos explicado qué es un sincrotrón…»

Miguel Ángel: «Un sincrotrón es un acelerador de electrones que circulan en una órbita de tal forma que emiten rayo X. En lugar de tener la fuente de rayos X que tenemos en los hospitales, más asequible y barata, es una fuente de rayos X que es mucho más intensa. Gracias a ello podemos penetrar en el cemento; siendo rayos X más potentes y con una óptica que se puede modificar mejor, hemos podido alcanzar un nivel de detalle muy alto».

Esther: «¿Ya se está comercializando o se está fabricando este cemento menos contaminante?»

Miguel Ángel: «Se están comercializando desde 2021, cuando fueron autorizados por la Unión Europea. Se están comercializando en Francia ya y se están usando para producir infraestructuras en Alemania. Pero en España todavía no se ha traspuesto la directiva (autorizado), según la última información que tengo. Teóricamente se puede hacer, gracias a la directiva europea, pero de forma práctica no se está haciendo porque no se ha traspuesto la directiva. Esa es la última información que yo tenía hace un par de meses. Si hace dos semanas se ha hecho ya, a mí no me consta».

Enrique: «Me sorprende este proceso de fraguado y endurecimiento de este hormigón que habéis estado analizando. Se producen estas reacciones químicas que permiten el endurecimiento de ese material. Habéis utilizado estas técnicas tipo TAC, con estas grandes instalaciones de tipo sincrotrón, para para analizarlo. ¿Otros investigadores no lo habían hecho?  ¿Cuál es la novedad (de vuestro reciente trabajo) en ese sentido?»

Miguel Ángel: «Quien investiga en cemento suele usar técnicas tradicionales, técnicas de laboratorio. Estas técnicas (con sincrotrones) fueron desarrolladas para estudiar procesos biológicos en la industria farmacéutica; se lograba el máximo detalle para su aplicación al ser humano y, por ejemplo, ver cómo se curaba la hepatitis C con nuevos medicamentos».

«Lo que nosotros hemos hecho, que no había hecho nadie hasta ahora, es adaptar al cemento estas técnicas que ya existían en salud humana. No se había hecho porque no eran fácilmente adaptables al cemento; esta ha sido nuestra aportación, inspirarnos en algo que ya se sabía y trasladarlo a otra cosa completamente nueva».

Francis: «Habéis medido esta evolución del cemento en una escala de horas. Usando estas técnicas de tomografía usando sincrotrones es extremadamente difícil simular el proceso real que ocurrió en el cemento durante décadas, o incluso siglos. ¿Cómo se pueden extrapolar vuestros resultados sobre lo que pasa a escala nanométrica a lo que pasa realmente con un cemento durante décadas?»

Miguel Ángel: «Nosotros hemos estudiado el proceso de endurecimiento para edades tempranas, lo que se dice en nuestro argot como ad pronto. Y lo estamos estudiando para cementos que emiten menos CO2, que son más respetuosos con el medio ambiente y que tengan las mismas prestaciones. Por otro lado, está la durabilidad. Las estructuras pueden durar, en función de la porosidad que tienen entre 50 y 100 años».

«Hay técnicas para extrapolar la durabilidad, algo que siempre tiene un riesgo. Los científicos ya llevamos muchos años intentando establecer correlaciones para ello. Hay diferentes aproximaciones, siendo la primera aproximación elevar un poquito a temperatura. Si para una temperatura ambiente de unos 20 grados los procesos duran unos 100 años, si la temperatura fuera de 80 o 100 grados, la vida media sería mucho más corta. Así, una de las vías que usamos es aumentar la temperatura, que favorece todos estos procesos de degradación».

«Otra forma de extrapolar con relativa fiabilidad es aumentar los ambientes agresivos. Por ejemplo, el ambiente más agresivo para una estructura es que haya cloruros, como en el agua del mar, o sulfatos que afectan al refuerzo de hierro que tienen los hormigones. Se usan ambientes más agresivos, con más cloruro y más sulfato de lo habitual, y con un poquito más de temperatura».

«Hay todo un conjunto de protocolos desarrollados en los últimos 100 años que nos permiten, si no predecir, por lo menos tener una idea bastante aproximada de la durabilidad en determinados ambiente. Porque no es lo mismo una estructura en Cuenca, que una estructura en Málaga; aquí tenemos un poquito más problemas porque estar más cerca del mar. Se trata de un ambiente un poquito más agresivo para los metales, en general; como se puede ver en el puerto, pero también para las estructuras térmicas».

Enrique: «Habría que ver si los constructores estarían de acuerdo en que ese proceso de fraguado en lugar de durar dos días, que dure una semana, lo que implica retrasar toda la obra…»

Miguel Ángel: «Por eso estamos colaborando con empresas multinacionales que se están dedicando a desarrollar aditivos, compuestos que se añaden a la mezcla del hormigón para que  (estos nuevos cementos) desencofren al mismo tiempo (que los convencionales). Si queremos que estos cementos de baja huella de carbono estén en nuestros edificios e infraestructuras tienen que cumplir estos requisitos».

«Por eso se está trabajando mucho en ello. La durabilidad tiene que ser la misma, y eso parece que está claro, y tienen que endurecer casi a la misma velocidad, y eso se está consiguiendo con unos aditivos que se pueden añadir para que se pueda desencofrar al mismo tiempo. Esos cementos pueden ser un poquito más caros, como un 5 % más caros. Al final, emitir menos CO2 va a costar un poquito, claro, pero en eso estamos».

Esther: «Todo lo que cuenta el profesor Miguel Ángel García Aranda, catedrático de Química Inorgánica de la Universidad de Málaga, sobre las investigaciones de su grupo en cristalografía y mineralogía para contribuir a la producción de cementos menos contaminantes. Y sobre ese artículo que ha publicado en la prestigiosa revista Nature Communications. Nos sentimos muy orgullosos de que un malagueño esté encabezando todo esto, ojalá sea realidad en poco tiempo».

Miguel Ángel: «No tengo dudas de que en España en meses será una realidad».

Esther: «Ojalá. Muchísimas gracias. Tendríamos que seguir hablando de este tema, porque es muy interesante, otro día». [Despedida y cierre]