El hormigón es la piedra angular en torno a la que gira todo el sector de la construcción. Aunque se están desarrollando nuevos materiales y otros tradicionales como la madera se postulan como soluciones de futuro, la pasta gris a base de cemento, arena y grava sigue ofreciendo características inigualables en cuanto a su resistencia y durabilidad. Aún así, su huella medioambiental, que llega al 8% de todas las emisiones de CO2 del planeta, preocupa a investigadores de todo el mundo, España incluida, que buscan alternativas con nuevas mezclas con ingredientes para hacer el material resultante más barato, fuerte y resistente a las grietas. 

Una de las tendencias más prometedoras en el sector es la del hormigón impreso en 3D, que permite construir los edificios más rápido, con menos residuos y ahorrando en energía. En ese ámbito, un equipo de científicos de la Universidad Tecnológica Nanyang de Singapur (NTU Singapur) han desarrollado un nuevo sistema de impresión de hormigón en 3D capaz de capturar y almacenar CO2. Tras sucesivos experimentos, además de compensar las emisiones, descubrieron que la mezcla resultante era más resistente y permitía acelerar el proceso constructivo.

"Nuestro sistema de impresión 3D de hormigón recién desarrollado ofrece una alternativa para reducir las emisiones de carbono, ya que no sólo mejora las propiedades mecánicas del hormigón, sino que también contribuye a reducir el impacto ambiental del sector", asegura Tan Ming Jen, investigador de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial (MAE) de la NTU y del Centro de Impresión 3D de Singapur (SC3DP), en un comunicado de prensa. "Demuestra la posibilidad de utilizar el CO2 producido por centrales eléctricas u otras industrias para la impresión 3D de hormigón".

Vapor de agua y CO2

Las múltiples ventajas de la impresión 3D "incluyen una menor demanda de recursos naturales, cadenas de suministro más cortas debido a la construcción in situ, y una disminución significativa de los riesgos laborales derivados de la menor necesidad de mano de obra en tareas de alto riesgo", señalan los ingenieros de la NTU en un artículo publicado en la revista Carbon Capture Science & Technology.

Además de eso, han querido aportar un importante valor añadido desarrollando un método pionero basado en la extrusión del hormigón en dos pasos y analizando su eficacia en el secuestro de CO2. Para ello han utilizado un dispositivo que se ajusta a la impresora 3D para inyectar aditivos gaseosos y líquidos (en este caso, vapor de agua y CO2 procedentes de procesos industriales) antes de la deposición del material en la boquilla del cabezal.

Según se va imprimiendo el hormigón en capas para formar las estructuras previamente planificadas, el CO2 reacciona hasta formar un compuesto sólido y estable. Por su parte, el vapor de agua mejora la absorción del dióxido de carbono, y la mezcla resultante "revela mejoras significativas en el rendimiento de impresión en comparación con implementaciones anteriores", sostienen los investigadores.

Para comprobar cómo esta nueva técnica afecta a las propiedades del hormigón, el equipo llevó a cabo diversas pruebas de laboratorio. Para la mezcla inicial se usó cemento Portland ordinario, humo de sílice, superplastificante de policarboxilato y arena de río natural con partículas menores a 2 mm.

Pruebas de laboratorio

Todas las muestras se sometieron a un precurado de 4 horas al aire libre para garantizar el fraguado inicial antes de su manipulación. Después, cada una de ellas pasó por diferentes procedimientos de curado, tanto al aire libre como sellado con plástico para evitar pérdidas de humedad, y también con aceleración por carbonatación. 

Para comparar las propiedades del hormigón impreso convencional con las que se pueden obtener gracias al nuevo sistema, a varias de esas muestras se les inyectó CO2 y vapor como aditivos en la mezcla fresca. Para ello utilizaron una bomba y una manguera de 3 metros, conectadas a una impresora de pórtico con un orificio de boquilla con un diámetro de 20 mm.

Una vez secas, cada una de las muestras se sometió a distintas pruebas para determinar sus cualidades. Así, los investigadores descubrieron que el hormigón impreso en 3D con CO2 mejoraba en un 50% su capacidad de impresión, lo que supone una construcción más rápida y precisa. Además, permitía capturar y almacenar un 38% más de dióxido de carbono que otros procesos de impresión 3D.

A eso hay que sumar la mejora de las propiedades mecánicas del hormigón, fundamentales para construir estructuras más duraderas y seguras. Según los resultados obtenidos, la estructura impresa era hasta un 36,8% más resistente a la compresión (resistencia al peso) y un 45,3% más resistente a la flexión (flexibilidad) que el hormigón impreso en 3D estándar.

Todavía quedan desafíos a superar, como aumentar la eficiencia de la impresión o usar gases residuales en vez de CO2 puro, lo que permitiría reducir aún más la huella medioambiental del proceso de construcción. En todo caso, los investigadores se muestran satisfechos con lo logrado: "nuestro sistema propuesto muestra cómo la captura de dióxido de carbono y su uso en la impresión 3D de hormigón podría dar lugar a edificios más resistentes y ecológicos, lo que supondría un avance en la tecnología de la construcción", aseguró Daniel Tay, coautor del estudio.sistema.