Proyecto LIFE HYPOBRICK: ladrillos de bajo impacto ambiental a partir de residuos

El artículo trata del proyecto coordinado por el Instituto de Tecnología Cerámica de Castellón (ITC-AICE), con Mónica Vicent Cabedo como investigadora principal, sobre el desarrollo de materiales de construcción de bajo impacto ambiental a partir de residuos, en concreto la solución de un ladrillo cara vista a partir de residuos activados alcalinamente: el Proyecto LIFE HYPOBRICK.

Hacia una economía hipocarbónica

El creciente estudio y posterior desarrollo de materiales de construcción sostenibles pone de manifiesto dos necesidades urgentes en nuestra sociedad. La primera de ellas radica en gestionar los recursos de manera más eficiente, de forma que nos hagamos menos dependientes de las materias primas vírgenes ya que estamos llegando a un punto con una naturaleza prácticamente exhausta y sin recursos. La segunda de ellas reside en que la Unión Europea (UE) se ha comprometido en lograr la neutralidad climática de aquí a 2050. El Pacto Verde Europeo¹ transformará la UE en una economía moderna, eficiente en el uso de recursos y competitiva, garantizando y enfatizando que Europa será el primer continente climáticamente neutro de aquí a 2050 y previamente y con la misma finalidad alcanzará una reducción de al menos un 55 % de las emisiones de gases de efecto invernadero de aquí a 2030, en comparación con los niveles de 1990.

Las industrias intensivas en energía son aquellas industrias manufactureras que necesitan un elevado consumo de energía para el desarrollo de sus actividades. En este sentido, la industria cerámica pertenece a esta clasificación debido principalmente a la importante cantidad de energía que se requiere en la etapa de cocción para alcanzar las temperaturas requeridas. La cocción es la principal etapa que emite dióxido de carbono a la atmósfera, razón por la que, actualmente, en el sector cerámico se están estudiando alternativas para reducir las emisiones durante esta etapa como son, por ejemplo, la captura de CO₂ o la sustitución de gas natural utilizado en los hornos por electricidad o combustibles alternativos, como el biogás y el hidrógeno.

En este contexto, existe otra alternativa para reducir las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) a la atmósfera basada en una tecnología de muy bajo consumo energético. Se trata de la activación alcalina, la cual cambiaría drásticamente tanto los materiales de partida como el proceso de fabricación, ya que elimina por completo la etapa de cocción, sustituyéndola por una etapa de curado a una temperatura inferior a 100 ºC (Figura 1). Por otra parte, cabe destacar la posibilidad de utilizar residuos en lugar de materias primas silicoaluminosas (precursores en las reacciones de activación alcalina), con lo que además se disminuye el uso de recursos naturales y se aprovechan los residuos que suelen ir a vertedero. El binomio entre reducción de emisiones GEI y el uso de residuos en lugar de recursos naturales hace que la activación alcalina sea una tecnología muy atractiva desde un punto de vista medioambiental.

Figura 1. Nuevo proceso de fabricación de materiales de construcción sostenible mediante activación alcalina.

La fabricación de ladrillos sostenibles por activación alcalina a partir de residuos del propio sector cerámico y de otros sectores industriales es un claro ejemplo de economía circular y de simbiosis industrial y ha sido el objetivo del Proyecto LIFE HYPOBRICK.

En este proyecto se han estudiado dos casos de estudio: uno para fabricar ladrillos caravista para fachadas que se ha desarrollado en España y el otro para fabricar bloques huecos para particiones internas que se ha desarrollado en Alemania. A continuación, se describe el caso de estudio español.

Ladrillos cara vista sostenibles

La clave del Proyecto LIFE HYPOBRICK es la eliminación de la etapa de cocción, que en los ladrillos cerámicos de uso cara vista se suele llevar a cabo en un intervalo entre los 800-1200 ºC, sustituyéndose por un proceso de activación alcalina a baja temperatura, que en el proyecto se ha optimizado en 85 ºC.

Se han estudiado residuos del propio sector cerámico, como es el caso del tiesto cocido de ladrillo cerámico y residuos de otros sectores industriales, como son cenizas volantes de centrales eléctricas de carbón, vidrio procedente de Tubos de Rayos Catódicos (Cathode Ray Tubes - CRT), vidrio de paneles solares, fracción mineral de Residuos de Construcción y Demolición (RCD) y residuos arcillosos del lavado de arenas. Cabe destacar el caso del vidrio de CRT que se empleaba principalmente en monitores y televisores, aunque hoy en día se ha sustituido por tecnologías como plasma, LCD, LED, etc. En la actualidad es una tecnología totalmente obsoleta y prácticamente en desuso y por lo tanto el vidrio de este tipo de tubos con una gran cantidad de plomo en su composición, principalmente el que proviene de la parte cónica del tubo, se deposita en vertederos de residuos peligrosos y se ha convertido en un grave riesgo medioambiental.

Teniendo en cuenta la composición química y las fases cristalinas presentes en los distintos residuos estudiados, además de los requisitos técnicos y legales del producto final, se optimizó una composición para los ladrillos activados alcalinamente a partir de diferentes porcentajes de residuos y de diferentes tamaños de partículas (Tabla 1). Esta composición estaba formada por vidrio de CRT molturado a 2 mm para evitar problemas de lixiviado de plomo² y fracción mineral de RCD, compuesto principalmente por tiesto cocido de ladrillo cerámico, a tamaño inferior a 200 µm, considerando además un 25 % en peso de activador alcalino.

Tabla 1. Composición óptima (% en peso).

En primer lugar, se prepararon muestras de ladrillos a escala de laboratorio y se caracterizaron completamente. Posteriormente, dentro del marco del proyecto, se construyó un prototipo a medida (Figura 2) en las instalaciones de Ladrillos MORA, S.L. en Illescas (Toledo) en el que se han producido de manera semi-industrial ladrillos sostenibles de 2 kg y dimensiones 24x11x4 cm³ conformados por prensado a partir de un granulado.

Figura 2. Prototipo construido en la empresa Ladrillos MORA, S.L.

Los ladrillos obtenidos, también denominados ladrillos HYPOBRICK, se han caracterizado completamente según normativa, concluyéndose que los ladrillos activados alcalinamente son ladrillos sostenibles preparados a partir de residuos, obviando un tratamiento térmico a alta temperatura y con propiedades similares a las de los ladrillos cerámicos (Tabla 2).

Tabla 2. Propiedades de los ladrillos activados alcalinamente en comparación con los ladrillos caravista comerciales.

Uno de los impactos más relevantes evaluados en el proyecto es el potencial de calentamiento global (Global Warming Potential - GWP), también conocido como huella de carbono. Para evaluar este impacto, se cuantificó la reducción de emisiones de CO₂, observándose que los ladrillos activados alcalinamente consiguen reducir alrededor del 70 % de emisiones de CO2 en comparación con sus homólogos convencionales (Figura 3). Téngase en cuenta que para este cálculo se han considerado las emisiones asociadas a la fabricación de los activadores alcalinos y que en el caso de no considerarse la reducción sería mayor, alcanzando el 95 %.

Figura 3. Comparación de los valores de PCG entre los convencionales y los obtenidos mediante activación alcalina.

Puesta en obra: proyecto demostrador construido con ladrillos HYPOBRICK

Con estos ladrillos sostenibles se ha construido un demostrador consistente en un muro de 20 metros de largo por 3 metros de alto en el que se han empleado 9000 ladrillos HYPOBRICK (Figura 4 y Figura 5). Este demostrador se ha construido en la entrada de las instalaciones de la empresa que ha fabricado los ladrillos.

Figura 4. Ladrillos HYPOBRICK utilizados para la construcción del muro.

Figura 5. Demostrador construido con ladrillos HYPOBRICK.

El demostrador del proyecto ha servido para verificar que los ladrillos HYPOBRICK son ladrillos cara vista alternativos a los existentes en el mercado con bajas emisiones de carbono y poca huella ambiental.

Proyecto LIFE HYPOBRICK

Datos del proyecto:

El consorcio del proyecto ha estado formado por el Instituto de Tecnología Cerámica (ITC-AICE) que ha actuado como coordinador, por la Universidad de Nüremberg (Technische Hochschule Nürnberg, THN) y por las empresas Ladrillos Mora, S.L.; Recycling, Consulting & Services, S.L. (RCS) y Schlagmann Poroton GmbH & Co.

El proyecto ha estado financiado por la Comisión Europea a través del programa LIFE (Ref: LIFE 18 CCM/ES/001114). A nivel regional, también cuenta con el apoyo del Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE) de la Generalitat Valenciana (GVA).

Este proyecto, se alinea con los objetivos establecidos por la Comisión Europea, así como con los Objetivos de Desarrollo Sostenible fijados por las Naciones Unidas (ODS). En concreto, con el ODS 7: Garantizar el acceso a una energía asequible, segura, sostenible y moderna, el ODS 9: Construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización sostenible y fomentar la innovación, el ODS 11: Lograr que las ciudades sean más inclusivas, seguras, resilientes y sostenibles, el ODS: 12: Garantizar modalidades de consumo y producción sostenibles y el ODS 13: Adoptar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos.

El Proyecto LIFE HYPOBRICK representa un punto de inflexión para la industria cerámica ya que elimina completamente la etapa de cocción, dando lugar a un proceso de fabricación con bajas emisiones de carbono e impulsando la simbiosis industrial a través de la valorización de residuos.

Bibliografía

[1] Pacto Verde Europeo. https://commission.europa.eu/strategy-and-policy/priorities-2019-2024/european-green-deal_es.

[2] F.J. García-Ten and M. Vicent. “Effect of CRT glass particle size on the lead leachability of alkali-activated materials”. Materials Letters 320 (2022) 132163. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.132163.