La dependencia mundial del hormigón, el segundo material más consumido después del agua, está provocando una crisis medioambiental y de recursos, con tasas de extracción de arenasuperando la reposición natural.

Un estudio realizado por investigadores de la Universidad Ricepublicadoen el diarioInterfaces y materiales aplicados de ACSencontró quegrafenoderivado del coque metalúrgico, un producto a base de carbón, podría servir no sólo como aditivo de refuerzo en el cemento sino también como sustituto de la arena en el hormigón.

"Esto podría tener un impacto importante en una de las industrias más grandes del mundo", dijo James Tour, profesor de T. T. y W. F. Chao de Rice y profesor de química.ciencias de los materialesy nanoingeniería."Comparamos el concreto elaborado con el sustituto del agregado de grafeno con el concreto elaborado con agregados de arena adecuados, y descubrimos que nuestro concreto es un 25% más liviano pero igual de resistente".

El hormigón, una mezcla de áridos como arena y grava unidos con cemento y agua, es esencial para el desarrollo urbano.Dado que se espera que el 68% de la población mundial viva en áreas urbanas para 2050, se prevé que la demanda de hormigón y, por ende, de la extracción de arena, crecerá significativamente.Esta cifra se ha triplicado en las últimas dos décadas, alcanzando unos 50 mil millones de toneladas al año.Sin embargo, esto conlleva un importante coste medioambiental.

La producción de cemento, un componente clave del hormigón, representa el 8% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono.Además, la extracción de arena, en gran medida no regulada, plantea graves amenazas a los ecosistemas fluviales y costeros.Según un informe de las Naciones Unidas de 2022, esta creciente demanda de arena, junto con el crecimiento demográfico y la expansión urbana, pronto podría desencadenar una "crisis de arena".

Aplicando su técnica característica de calentamiento por julios al coque metalúrgico, el laboratorio Tour ha creado un tipo de grafeno que podría servir como sustituto de la arena en el hormigón.

"Los experimentos iniciales en los que el coque metalúrgico se convertía en grafeno dieron como resultado un material que parecía similar en tamaño a la arena", dijo Paul Advincula, alumno de doctorado de Rice y autor principal del estudio."Decidimos explorar el uso de grafeno derivado del coque metalúrgico como reemplazo total de la arena en el hormigón, y nuestros hallazgos muestran que funcionaría muy bien".

Las pruebas que comparan el hormigón convencional con el hormigón elaborado con agregados de grafeno muestran resultados prometedores.El hormigón a base de grafeno no sólo coincide con las propiedades mecánicas del hormigón estándar, sino que también ofrece una mayor relación resistencia-peso.

El laboratorio Tour ha utilizado el calentamiento Flash Joule para una variedad de aplicaciones, incluida la síntesis de nanomateriales de carbono híbridos, el reciclaje de piezas de baterías y la eliminación de metales pesados ​​de las cenizas volantes de carbón.

"Esta técnica produce grafeno más rápido y a mayor escala que los métodos anteriores", dijo Advincula.

Con el potencial de reducir la dependencia de la arena natural y las emisiones de carbono de la industria del hormigón, esta nueva tecnología podría conducir a un desarrollo más sostenible.desarrollo urbanoprácticas.

"Hará falta algún tiempo para que el precio del grafeno baje lo suficiente como para que esto sea viable", dijo Tour."Pero esto sólo demuestra que hay alternativas que podemos buscar".

Satish Nagarajaiah, profesor de derecho civil yingeniería ambientaly deIngeniería Mecánicaquien es autor correspondiente del estudio, enfatizó que "el 30% del concreto está compuesto de arena, una parte significativa".

"El hecho de que estemos al borde de una 'crisis de la arena' nos motiva a buscar alternativas, y el coque metalúrgico, que cuesta aproximadamente lo mismo quearenaa aproximadamente el 10% del costo del concreto, podría ayudar no sólo a producir concreto de mejor calidad, sino también, eventualmente, traducirse en ahorros significativos", afirmó Nagarajaiah.Más información: