Pensándolo bien...
La erosión de los silicatos es un proceso clave en la evolución de la Tierra. No solo modela el paisaje, sino que también juega un papel esencial en el ciclo del carbono, la formación de suelos y la química de los océanos. Los silicatos son minerales abundantes en la corteza terrestre y forman parte de muchas rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas. Su erosión es un proceso fundamental en el ciclo geológico y en la regulación del clima global.
No es nueva la preocupación por las emisiones netas cero en vista del drama que supone el cambio climático. Se requiere no solo reducir de inmediato la producción y consumo de combustibles fósiles, sino también eliminar el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera. Claro que todo ello es función de la tecnología de captura utilizable y de la capacidad de almacenamiento de carbono.
La situación no es muy halagüeña, por cuanto el informe especial de 2018 del IPCC que incluía las vías para lograr limitar el calentamiento a 1,5 ºC por encima de los niveles preindustriales, exigía modos y formas para lograrlo y todas las propuestas operativas lo superaban. Evidentemente no es equivalente superar el limite y luego retornar que mantenerse por debajo de él. No está nada claro que procesos implicados son reversibles y cuales no lo son ni siquiera se conoce el tiempo que invertirían en el retorno, caso de ser reversible. Faltan evidencias favorables sobre el consumo energético implicado en las propuestas de las que se dispone, la capacidad de escalado de las mismas y, finalmente, el coste asociado. Por si fuera poco, ahí están siempre presentes los intereses en los combustibles fósiles que condicionan severamente el avance hacia una solución a la crisis climática que vivimos. La tecnología de captura del carbono sigue presente en todos los escenarios como telón de fondo.
El cemento ha evolucionado desde técnicas rudimentarias en la antigüedad hasta convertirse en el pilar de la construcción moderna. Su desarrollo ha permitido la creación de infraestructuras duraderas y sigue adaptándose a los desafíos ambientales del siglo XXI. Los primeros usos de materiales similares al cemento datan de hace miles de años. Los egipcios usaban una mezcla de caliza y yeso como mortero para unir bloques en las pirámides. En Mesopotamia, se utilizaba betún natural como aglomerante en la construcción de ladrillos de arcilla. Los griegos mejoraron el mortero egipcio agregando cal obtenida de la calcinación de la piedra caliza. Los romanos revolucionaron la construcción con la pozzolana, una mezcla de ceniza volcánica y cal que daba mayor resistencia y durabilidad. Un ejemplo palpable es El Panteón de Roma, construido con un tipo de hormigón romano. Tras la caída del Imperio Romano, el uso del cemento disminuyó en Europa. Durante el Renacimiento, se retomaron y mejoraron las técnicas romanas, pero la producción de cemento aún era limitada. John Smeaton (1756), descubrió que una mezcla de cal y arcilla cocida daba como resultado un material más resistente al agua, utilizado en la reconstrucción del faro de Eddystone. Joseph Aspdin (1824) patenta el "cemento Portland", llamado así porque su color se parecía a la piedra de la isla de Portland, en Inglaterra. Su método consistía en calentar una mezcla de caliza y arcilla hasta formar un material que, al molerse, resultaba en un polvo de gran resistencia. Isaac Johnson (1845), mejoró el cemento Portland al calentar la mezcla a temperaturas más altas (~1400°C), logrando un material más consistente y de mejor calidad. En el siglo XX, el cemento Portland se convirtió en el material más utilizado en la construcción. Se desarrollaron diferentes tipos de cemento, adaptados a necesidades específicas: cemento rápido, resistente a sulfatos, blanco, puzolánico, etc. finalmente se impulsó la revolución del concreto armado, y se combinó con acero para crear estructuras más resistentes, como rascacielos y puentes. Hoy en día, la producción de cemento enfrenta desafíos ambientales debido a sus altas emisiones de CO₂, con lo que se impulsan los cementos ecológicos con menor huella de carbono, el uso de materiales reciclados en la producción y nuevas tecnologías de captura de carbono para reducir la contaminación.
Imagen creada con ayuda de ChatGPT con DALL-E
Ahora, la técnica de fabricación de cemento adquiere una nueva dimensión al ser susceptible de cooperar en la captura de carbono a gran escala. Dado que el primer paso en la fabricación del cemento conlleva la conversión de la piedra caliza en óxido de calcio, proceso que tiene lugar en un horno a 1400 ºC y después se mezcla con arena, la clave se identifica en transformar los minerales usuales en materiales reactivos capaces de absorber el carbono de la atmósfera y atraparlo de forma permanente. La idea conlleva el marco de la fuente inagotable de minerales capaces de sustraer el CO2 atmosférico distribuidos en la Tierra, aunque no tienen una capacidad de reacción suficientemente rápida para que su efecto sea capaz de contrarrestar las emisiones de gases de efecto invernadero actuales. La idea, por tanto, como publican en Nature, investigadores de Stanford es dotar a ciertos materiales de la velocidad de captura útil al propósito de secuestrar el CO2 atmosférico en exceso.
La propuesta consiste en acelerar el proceso de erosión de los silicatos. El CO2 se disuelve en e agua de lluvia formando ácido carbónico, un ácido débil que reacciona con los silicatos constituyente de las rocas y los descompone en otros compuestos, entre los que figura el bicarbonato, que es una forma de almacenar el CO2 de forma estable por miles de años en los mares y océanos, donde van a parar arrastrados por las aguas superficiales. Dado que el proceso natural de erosión requiere cientos o miles de años, se trata de acelerar este proceso natural, es decir, convertir los silicatos inertes mediante una reacción de intercambio iónico. Yuxuan Chen y colaboradores han utilizado un procedimiento consistente en someter el silicato al proceso de producción de cemento, pero no mezclando el óxido de calcio con arena, sino con otro mineral que incluye iones magnesio. El calor catalizó el intercambio de iones con el silicato y formando óxido de magnesio y silicato de calcio, que son unos minerales que reaccionan velozmente con el CO2 de la atmósfera. Dan como tiempo relevante que en solo dos horas se completaba la reacción de los nuevos materiales con el CO2. Aun cuando pudieran transcurrir a gran escala a lo largo de semanas o meses, resultaba ser un proceso miles de veces más rápido que el proceso natural.
Las cifras que se dan son alentadoras, por cuanto se estima que una tonelada de material es capaz de eliminar una tonelada de CO2. Otra cosa es la capacidad de preparación del material reactivo, dado que se estima la producción en 15 kilogramos por semana. Si se compara esta producción con la emisión anual de CO2 resulta ridícula, por cuanto solo en 2024 se emitieron por encima de 37 mil millones de toneladas de CO2, solo provenientes de los combustibles fósiles. Ciertamente, la producción de cemento se cifra en 4 mil millones de toneladas anuales. Hay que ampliar el proceso de carbonatación requiriendo miles de millones de toneladas de óxido de magnesio y silicato de calcio. Claramente el Know how se tiene en la fabricación de cemento y los desechos mineros son ricos en los silicatos adecuados como materia prima. Se puede pensar que la propuesta es escalable a los niveles que se requieren y que, en todo caso, sería una ayuda poderosa a la captura del indeseable CO2 en exceso. No hay más remedio que confiar en que Ciencia y Tecnología sean capaces de proponer direcciones de acción capaces de paliar el gran problema que la sociedad es incapaz de contener y cuyo final no es nada halagüeño. La Ciencia hace su trabajo y la técnica acompaña. Buena la dirección. Veremos si los hechos acompañan. Una vez más nos acercamos con la timidez del desencanto. Esperemos que no se confirme una vez más éste último.
Sopa de letras: EROSIÓN DE LOS SILICATOS
Soluciones: ARS MAGNA