CDT Investigadores del MIT encuentran que las emisiones de los edificios y pavimentos de EE.UU., se pueden reducir en alrededor de un 50 por ciento incluso a medida que aumenta el uso de hormigón.
Fuente: MIT Concrete Sustainability Hub
Como el material más consumido después del agua, el hormigón es indispensable para los muchos sistemas esenciales, desde carreteras hasta edificios.
Pero debido a su uso extensivo, la producción de hormigón también contribuye a alrededor del 1 por ciento de las emisiones en los Estados Unidos y sigue siendo una de las varias industrias intensivas en carbono a nivel mundial. Enfrentar el cambio climático, entonces, significará reducir los impactos ambientales del hormigón, aun cuando su uso continúe aumentando.
En un nuevo artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences , un equipo de investigadores actuales y anteriores del MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub) describe cómo se puede lograr esto.
Presentan una extensa evaluación del ciclo de vida de los sectores de construcción y pavimentos que estima cómo las estrategias de reducción de gases de efecto invernadero (GEI), incluidas las del hormigón y el cemento, podrían minimizar las emisiones acumuladas de cada sector y cómo esas reducciones se compararían con la reducción nacional de GEI.
El equipo descubrió que, si se implementaran estrategias de reducción, las emisiones para pavimentos y edificios entre 2016 y 2050 podrían caer hasta en un 65 por ciento y 57 por ciento, respectivamente, incluso si el uso de hormigón aumentara durante ese período. Estos están cerca de los objetivos de reducción de Estados Unidos establecidos como parte de los Acuerdos Climáticos de París. Las soluciones consideradas también permitirían que la producción de hormigón para ambos sectores alcance la neutralidad de carbono para 2050.
A pesar de la descarbonización continua de la red y los aumentos en la eficiencia del combustible, descubrieron que la gran mayoría de las emisiones de GEI de los nuevos edificios y pavimentos durante este período se derivarían del consumo de energía operativa en lugar de las llamadas emisiones incorporadas: emisiones de la producción y construcción de materiales.
Fuentes y soluciones
Se proyecta que el consumo de hormigón, debido a su versatilidad, durabilidad, construibilidad y papel en el desarrollo económico, aumente en todo el mundo.
Si bien es esencial considerar los impactos incorporados de la producción de hormigón en curso, es igualmente esencial ubicar estos impactos iniciales en el contexto del ciclo de vida del material.
Debido a los atributos únicos del hormigón, puede influir en el rendimiento de sostenibilidad a largo plazo de los sistemas en los que se utiliza. Los pavimentos de hormigón, por ejemplo, pueden reducir el consumo de combustible de los vehículos, mientras que las estructuras de hormigón pueden soportar peligros sin necesidad de reparaciones intensivas en energía y materiales.
Los impactos del hormigón, entonces, son tan complejos como el propio material: una mezcla cuidadosamente proporcionada de polvo de cemento, agua, arena y agregados. Desenredar la contribución del hormigón a los impactos operativos e incorporados de los edificios y pavimentos es esencial para planificar las reducciones de GEI en ambos sectores.
Conjunto de escenarios
En su artículo, los investigadores de CSHub pronostican las posibles emisiones de gases de efecto invernadero de los sectores de la construcción y pavimentos a medida que se introdujeron numerosas estrategias de reducción de emisiones entre 2016 y 2050 .
Dado que ambos sectores son inmensos y evolucionan rápidamente, modelarlos requirió un marco intrincado.
“No tenemos detalles sobre cada edificio y pavimento en los Estados Unidos”, explica Randolph Kirchain, científico investigador del Laboratorio de Investigación de Materiales y codirector de CSHub.
“Como tal, comenzamos desarrollando diseños de referencia, que pretenden ser representativos de los edificios y pavimentos actuales y futuros. Estos se adaptaron para ser apropiados para 14 zonas climáticas diferentes en los Estados Unidos y luego se distribuyeron, según los datos del censo de EE.UU. y la Administración Federal de Carreteras”.
Para reflejar la complejidad de estos sistemas, sus modelos debían tener las resoluciones más altas posibles.
“En el sector de pavimentos, recopilamos el stock actual de la red de EE.UU. en función de segmentos de 10 millas de alta precisión, junto con las condiciones de la superficie, el tráfico, el grosor, el ancho de los carriles y la cantidad de carriles para cada segmento”, dice Hessam AzariJafari, postdoctorado en CSHub y coautor del artículo.
“Para modelar futuras acciones de pavimentación durante el período de análisis, asumimos cuatro condiciones climáticas; cuatro tipos de carreteras; estructuras de asfalto, hormigón y pavimentos compuestos; así como acciones de pavimentación mayores, menores y de reconstrucción especificadas para cada condición climática”.
Utilizando este marco, analizaron un escenario “proyectado” y uno “ambicioso” de estrategias de reducción y atributos del sistema para edificios y pavimentos durante el período de análisis de 34 años. Los escenarios fueron definidos por el momento y la intensidad de las estrategias de reducción de GEI.
Como su nombre podría sugerir, el escenario proyectado reflejó las tendencias actuales. Para el sector de la construcción, las soluciones abarcaron la descarbonización de la red esperada y las mejoras a los códigos de construcción y la eficiencia energética que se están implementando actualmente en todo el país. En el caso de las aceras, la única solución proyectada fueron las mejoras en la economía de combustible de los vehículos. Esto se debe a que a medida que la eficiencia del vehículo continúa aumentando, el exceso de emisiones de los vehículos debido a la mala calidad de las carreteras también disminuirá.
Tanto los escenarios proyectados para edificios como para pavimentos incluyeron la introducción gradual de estrategias de hormigón con bajo contenido de carbono, como el contenido reciclado, la captura de carbono en la producción de cemento y el uso de carbono capturado para producir agregados y curar el hormigón.
“En el ambicioso escenario”, explica Kirchain, “fuimos más allá de las tendencias proyectadas y exploramos cambios razonables que superan las políticas y los compromisos [de la industria] actuales”.
Aquí, las estrategias del sector de la construcción fueron las mismas, pero se implementaron de manera más agresiva. El sector de pavimentos también cumplió con objetivos más agresivos e incorporó varias estrategias novedosas, que incluyen invertir más para producir carreteras más suaves, aplicar de forma selectiva superposiciones de hormigón para producir pavimentos más rígidos e introducir pavimentos más reflectantes, que pueden cambiar el equilibrio energético de la Tierra al enviar más energía de la atmósfera.
Resultados
A medida que la red se vuelve más ecológica y los nuevos hogares y edificios se vuelven más eficientes, muchos expertos han predicho que los impactos operativos de los nuevos proyectos de construcción se reducirán en comparación con sus emisiones incorporadas.
“Lo que encontró nuestra evaluación del ciclo de vida”, dice Jeremy Gregory, director ejecutivo del MIT Climate Consortium y autor principal del artículo, “es que [esta predicción] no es necesariamente el caso”.
“En cambio, encontramos que más del 80 por ciento de las emisiones totales de nuevos edificios y pavimentos entre 2016 y 2050 se derivarían de su operación”.
De hecho, el estudio encontró que las operaciones generarán la mayoría de las emisiones hasta 2050, a menos que todas las fuentes de energía, eléctricas y térmicas, sean neutrales en carbono para 2040. Esto sugiere que las intervenciones ambiciosas en la red eléctrica y otras fuentes de emisiones operativas pueden tener la mayor impacto.
Sus predicciones para la reducción de emisiones generaron conocimientos adicionales.
Para el sector de la construcción, encontraron que el escenario proyectado conduciría a una reducción del 49 por ciento en comparación con los niveles de 2016, y que el ambicioso escenario proporcionaba una reducción del 57 por ciento.
Como la mayoría de los edificios durante el período de análisis eran existentes en lugar de nuevos, el consumo de energía dominó las emisiones en ambos escenarios. En consecuencia, la descarbonización de la red eléctrica y la mejora de la eficiencia de los electrodomésticos y la iluminación, condujeron a las mayores mejoras para los edificios, encontraron.
En contraste con el sector de la construcción, los escenarios de pavimentos tenían una brecha considerable entre los resultados: el escenario proyectado condujo a una reducción de solo el 14 por ciento, mientras que el escenario ambicioso tuvo una reducción del 65 por ciento, suficiente para cumplir con los objetivos del Acuerdo de París de EE.UU. para ese sector. Este abismo se deriva de la falta de estrategias de reducción de gases de efecto invernadero que se persiguen según las proyecciones actuales.
“La brecha entre los escenarios de pavimento muestra que debemos ser más proactivos en la gestión de los impactos de GEI de los pavimentos”, explica Kirchain. “Hay un potencial tremendo, pero ver esos avances requiere acción ahora”.
Estas ganancias de ambos escenarios ambiciosos podrían ocurrir incluso si el uso del hormigón se triplicó durante el período de análisis en comparación con los escenarios proyectados, un reflejo no solo de la creciente demanda de este material, sino de su papel potencial en la descarbonización de ambos sectores.
Aunque solo uno de sus escenarios de reducción (el ambicioso escenario de pavimento) cumplió con los objetivos del Acuerdo de París, eso no impide el logro de esos objetivos: existen muchas otras oportunidades.
“En este estudio, nos centramos principalmente en las reducciones incorporadas para el hormigón”, explica Gregory. “Pero otros materiales de construcción podrían recibir un tratamiento similar.
“Otras reducciones también podrían provenir de la modernización de los edificios existentes y del diseño de estructuras teniendo en cuenta la durabilidad, la resistencia a los peligros y la adaptabilidad para minimizar la necesidad de reconstrucción”.
Este estudio responde a una paradoja en el campo de la sostenibilidad. Para que el mundo sea más equitativo, es necesario un mayor desarrollo. Y, sin embargo, ese mismo desarrollo puede presagiar mayores emisiones.
El equipo del MIT descubrió que ese no es necesariamente el caso. Incluso a medida que Estados Unidos continúa utilizando más concreto, los beneficios del material en sí y las intervenciones que se le hacen pueden hacer que los objetivos climáticos sean más alcanzables.
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