El ser humano lleva miles de años fabricando cemento, de una forma u otra. Los antiguos romanos utilizaron ceniza volcánica, cal triturada y agua de mar para construir acueductos y estructuras emblemáticas como el Panteón. La versión mode a del cemento hidráulico —el que se endurece al mezclarlo con agua y dejarlo secar— data de principios del siglo XIX. Derivado de materiales ampliamente disponibles, es barato y fácil de fabricar. Hoy en día, el cemento es uno de los materiales más utilizados del planeta, con una producción anual de unos 4.000 millones de toneladas métricas.
nEl cemento a escala industrial es un problema climático polifacético. Su fabricación consume mucha energía: el interior de un ho o de cemento tradicional está más caliente que la lava de un volcán en erupción. Para alcanzar esas temperaturas suele ser necesario quemar combustibles fósiles como el carbón. También hay una serie de reacciones químicas específicas necesarias para convertir los minerales triturados en cemento, y esas reacciones liberan dióxido de carbono, el gas de efecto inve adero más común en la atmósfera.
nUna solución a esta catástrofe climática podría estar circulando por las tuberías de Sublime Systems. Esta empresa, fundada por dos científicos del MIT especializados en baterías, está desarrollando una forma totalmente nueva de fabricar cemento. En lugar de calentar rocas trituradas en ho os de lava, la tecnología de Sublime las sumerge en agua con electricidad, desencadenando reacciones químicas que forman los principales ingredientes de su cemento.
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nEn los últimos años, la empresa ha pasado de fabricar lotes de cemento que cabían en la palma de la mano a poner en marcha una planta piloto capaz de producir unas 100 toneladas al año. Aunque sigue siendo diminuta en comparación con las plantas de cemento tradicionales, que pueden producir un millón de toneladas o más anualmente, la línea piloto representa el primer paso crucial para demostrar que la electroquímica puede hacer frente al reto de producir uno de los materiales de construcción más importantes del mundo.
nPara finales de la década, Sublime prevé tener en funcionamiento una planta de fabricación a gran escala capaz de producir un millón de toneladas de material al año. Pero la construcción y el equipamiento de las grandes fábricas de cemento tradicionales pueden costar más de mil millones de dólares. Para competir con las grandes empresas del sector, Sublime tendrá que escalar con rapidez y obtener la financiación adicional que necesita para sostener ese crecimiento. El fin de los tipos de interés al 0% hace que esta tarea sea cada vez más difícil para cualquier empresa, pero especialmente para una que produce una materia prima como el cemento. Y en un sector de alto riesgo y escaso margen como el de la construcción, Sublime tendrá que convencer a los constructores de que utilicen su material.
nLa industria cementera emite a la atmósfera 2.600 millones de toneladas de dióxido de carbono al año. Para descarbonizarla, habrá que abordar las dos fuentes distintas de las emisiones de gases de efecto inve adero del cemento: el calor y la química.
nHoy en día, para fabricar cemento se muele una mezcla que suele contener piedra caliza, arena y arcilla, y se cuece en ho os a temperaturas de hasta 1.500 °C (algo más de 2.700 °F). El calor provoca reacciones que transforman la piedra caliza en cal y la combinan con el dióxido de silicio de la arena y la arcilla. Esas reacciones son complejas, pero en la mayoría de los casos el producto final crucial es una mezcla de unos pocos compuestos de silicio, calcio y oxígeno que permiten que el cemento, una vez mezclado con agua (y añadidas la arena y la grava), se endurezca y se convierta en hormigón, un material de construcción resistente.
nEl ser humano utiliza más hormigón, en peso, que cualquier otro material excepto el agua. El cemento es el pegamento que mantiene unido ese material y representa alrededor del 10% de su volumen.
nAproximadamente el 40% de las emisiones de gases de efecto inve adero asociadas a la producción de cemento proceden de los combustibles fósiles que generan el calor necesario. Se trata de un problema común a toda la industria pesada: los combustibles fósiles se han arraigado en los procesos de producción por su bajo coste, afirma Rebecca Dell, responsable del grupo industrial de la organización de investigación sin ánimo de lucro ClimateWorks. Sin embargo, las energías renovables de menor coste están llegando a la red, lo que abre la puerta a que más sectores industriales se pasen a la electricidad.
nEs posible utilizar ho os eléctricos para fabricar cemento, y algunas grandes empresas del sector, como Cemex, están trabajando en una prueba piloto de esta tecnología para reducir las emisiones derivadas de la demanda de calor. Estos ho os eléctricos, si funcionan con electricidad renovable, podrían proporcionar una vía potencial para reducir el impacto climático del cemento.
nPero eso no remedia las otras fuentes de emisiones de la producción de cemento: el 60% aproximadamente que no procede del calor, sino de las reacciones químicas necesarias para transformar los materiales de partida en el material de construcción.
nLa mayor parte del cemento comienza con piedra caliza, una roca sedimentaria que contiene calcio, oxígeno y carbono. En los ho os de cemento, la piedra caliza se convierte en cal mediante reacciones que eliminan el dióxido de carbono, que suele liberarse a la atmósfera. La piedra caliza es aproximadamente 50% de dióxido de carbono en masa, por lo que estas emisiones pueden ser significativas. Eso significa que para descarbonizar por completo la industria cementera podría ser necesaria una reinvención más radical. Aquí es donde entra Sublime.
n"Creo que al cemento no se le da el bombo que se merece", afirma Leah Ellis, cofundadora y directora ejecutiva de Sublime. Habla deprisa, como si le faltara tiempo, con un ligero acento canadiense. Mientras explica los entresijos de la química del cemento, sus ojos brillan detrás de unas gafas rosa chicle.
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nEllis no siempre planeó meterse en el negocio de los materiales de construcción. Tras crecer en Canadá, realizó sus estudios de posgrado con el famoso pionero de las baterías Jeff Dahn. Después se marchó al MIT para trabajar con Yet-Ming Chiang, otra gran figura de la investigación en baterías y emprendedora en serie. Chiang ha fundado varias empresas de almacenamiento de energía, como A123 Systems, 24M y Form Energy, y ahora es cofundador de Sublime Systems con Ellis.
nCuando Ellis llegó por primera vez al MIT, fue Chiang quien le propuso una idea diferente para su posible investigación allí. Recuerda que la hizo pasar a su despacho y, para su sorpresa, le preguntó si estaba aburrida de las pilas. "Y pensé que era una pregunta trampa —dice—, porque obviamente es un famoso científico de baterías". Pero Chiang tenía una idea para fabricar cemento de una forma nueva, utilizando un instrumento de la caja de herramientas de la ciencia de las pilas: la electroquímica.
nnA pleno rendimiento, la línea piloto tardaría una semana en fabricar cemento suficiente para abastecer a un solo camión de hormigón.
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En lugar de quemar combustibles fósiles para calentar los ho os de cemento, Chiang sugirió que podría haber una forma de provocar las reacciones químicas necesarias para fabricar cemento utilizando electricidad.
nEl equipo descubrió más tarde que un dispositivo llamado electrolizador podría ser útil en ese proceso. Los electrolizadores son dispositivos que utilizan electricidad para desencadenar reacciones químicas. Suelen utilizarse para dividir el agua en sus componentes, produciendo hidrógeno y oxígeno. Pero los electrolizadores también pueden funcionar con otras reacciones químicas, como la generación de ácidos y bases, la clave potencial para un nuevo proceso de producción de cemento.
nEn 2019, Ellis y sus colegas investigadores habían descubierto un método con potencial para cumplir la idea inicial de Chiang. Descubrieron que se podía utilizar un electrolizador para formar un gradiente de pH en un tanque, con piedra caliza disuelta en el extremo ácido y cal hidratada en el otro. Esa cal podría combinarse con sílice reactiva para formar los mismos compuestos formados por el cemento tradicional.
nTras algunos desarrollos técnicos y análisis industriales adicionales, la pareja decidió convertir la investigación en una empresa con Ellis al timón. Chiang dice: "No tardé mucho en darme cuenta de que había tanto una idea inicial como una persona para llevarla a cabo".
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nCuatro años después, Sublime tiene en marcha una línea piloto de fabricación. Es un gran paso adelante respecto a los primeros días en el MIT, donde Ellis y sus compañeros de laboratorio producían más o menos material suficiente para fabricar un solo molde. La línea se puso en marcha a finales de 2022, según Mike Corbett, director de ingeniería de Sublime, y es 20 veces mayor que todo lo que la empresa había hecho en el laboratorio.
nEn una cave osa sala de la sede de la start-up, los tanques de acero inoxidable que recubren las paredes del espacio piloto están dispuestos de izquierda a derecha. En los tanques de un lado de la sala entran rocas molidas, y de los del otro sale cal hidratada, uno de los principales ingredientes del cemento de Sublime.
nLos resultados de varios experimentos y pruebas se encuentran cerca, en cubos de cinco galones (aproximadamente 19 litros) apilados en estanterías metálicas. Cuando Corbett y un colega abren la tapa de uno de ellos, la cal hidratada que contiene es un sencillo polvo blanco, ligeramente apelmazado, como bicarbonato sódico en una caja que se ha dejado abierta demasiado tiempo.
nSería difícil utilizar lo que hay en estos cubos para construir algo: a pleno rendimiento, la línea piloto tardaría una semana en fabricar cemento suficiente para abastecer a un solo camión de hormigón. Y se necesitan entre tres y cuatro camiones de cemento para echar los cimientos de una sola vivienda unifamiliar promedio en Estados Unidos.
nEn su lugar, la empresa está fabricando material para enviar a posibles socios, haciendo pruebas con bloques de cemento y, lo que es más importante, ayudando a diseñar las próximas instalaciones. Estas, que serán mucho más grandes, podrían ser el paso final para demostrar que el proceso de Sublime puede funcionar en la industria cementera.
nSublime Systems no es la única empresa que intenta hacer más verde el pegamento gris. Los primeros esfuerzos por reducir las emisiones del cemento se han centrado sobre todo en la eficiencia, afirma Radhika Lalit, directora de iniciativas industriales de la Fundación Climate Imperative, que antes trabajaba en el grupo industrial del Rocky Mountain Institute (RMI), una agencia de investigación sin ánimo de lucro. Por ejemplo, añadir rellenos llamados materiales cementantes suplementarios, que pueden reaccionar con los ingredientes activos del cemento, puede ayudar a reducir las emisiones totales sin afectar a las propiedades del hormigón.
nEsta estrategia sólo funciona hasta cierto punto, señala Lalit: después, estos rellenos empezarán a degradar la resistencia y la vida útil del cemento.
nHay otras formas de añadir materiales al cemento para reducir el impacto climático. La empresa canadiense CarbonCure Technologies, por ejemplo, ha desarrollado una tecnología para inyectar dióxido de carbono en las mezclas de cemento. Según CarbonCure, el gas puede reaccionar con la mezcla y mineralizarse, alejándolo de la atmósfera y aumentando la resistencia del material. CarbonCure colabora con empresas de eliminación de carbono como Heirloom Carbon Technologies para demostrar la posibilidad de utilizar el hormigón para almacenar dióxido de carbono a largo plazo.
nPero métodos como la reducción del material total utilizado o la adición de rellenos están limitados en cuanto a la reducción de emisiones que pueden conseguir: no es posible hacer ajustes de eficiencia ilimitados para llegar a cero. Por eso, según Lalit, muchas empresas del sector del cemento quieren añadir plantas de captura de carbono a las instalaciones existentes. Al capturar el dióxido de carbono de los gases de escape de las plantas antes de que se libere a la atmósfera, estos añadidos ayudan a las instalaciones activas a reducir sus emisiones, de modo que para que la industria sea más limpia no sea necesario sustituirlas por completo.
nLa incorporación de la tecnología de captura de carbono a la infraestructura existente podría prolongar la vida útil de los equipos convencionales, lo que supone una gran ventaja para las centrales de reciente construcción, que suelen estar diseñadas para funcionar entre 30 y 50 años. Pero la captura de carbono aún no se ha probado en la industria pesada: los métodos existentes no suelen ser capaces de capturar todas las emisiones, y las pocas unidades existentes a gran escala han sufrido retrasos, afirma Lalit.
nSegún el RMI, para alcanzar el objetivo de cero emisiones netas, la industria cementera tendría que añadir instalaciones de captura de carbono a entre 33 y 45 plantas de cemento existentes de aquí a 2030. Está previsto que la primera instalación de este tipo a escala industrial entre en funcionamiento este año.
nEsto podría resultar caro: un sistema de captura de carbono podría costar hasta 120 dólares (unos 110 euros) por tonelada de dióxido de carbono eliminado, lo que, según Ellis, duplicaría aproximadamente el coste final del cemento a precios actuales.
nEl coste es una de las razones por las que Sublime y otras empresas están renunciando a la captura de carbono e intentan reducir la huella de carbono del cemento con fórmulas más radicales.
nOtra de las empresas de cemento mejor financiadas es Brimstone, un grupo con sede en Califo ia que propone lo que denomina un proceso carbono-negativo para fabricar cemento. Esto significa que el producto acaba extrayendo de la atmósfera más dióxido de carbono del que emite, afirma Cody Finke, CEO de Brimstone.
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nEsto funciona de dos maneras principales. En primer lugar, en lugar de piedra caliza, Brimstone utiliza otros minerales llamados silicatos que no contienen dióxido de carbono, por lo que no hay emisiones de proceso procedentes del cemento de la empresa, dice Finke. Además, un residuo de los silicatos es un material que contiene magnesio y actúa como una esponja, absorbiendo el dióxido de carbono del aire y mineralizándolo.
nLa fabricación del cemento de Brimstone conlleva aun así emisiones, en gran parte relacionadas con el calor necesario. Pero pueden anularse eficazmente con el proceso mineral, explica Finke, sobre todo porque la empresa tiene previsto utilizar ho os eléctricos. Si se alimentaran con la electricidad de la red eléctrica media de EE.UU., afirma la empresa, su material acabaría eliminando más dióxido de carbono del que produce, unos 130 kilogramos más por tonelada de cemento.
nLa razón por la que Brimstone se aferra a este proceso de alta temperatura, a pesar de sus necesidades energéticas y emisiones asociadas, es que produce un cemento con una fórmula química que domina la industria actual. El cemento Portland, que existe desde principios del siglo XIX, es probablemente lo que se te viene a la cabeza cuando piensas en cemento. Es conocido por producir un hormigón predecible y resistente. Sin embargo, tiene un truco: para fabricarlo se necesita calor extremo, porque un ingrediente clave del cemento, la alita, solo puede formarse a temperaturas superiores a 1.250 °C.
nn“Una start-up de cemento es probablemente una de las más difíciles que puedas imaginar. No sólo es técnicamente difícil, sino que requiere mucho capital... Y no es sexy”.
nLeah Ellis, cofundadora y directora ejecutiva de Sublime
En un principio, Sublime tenía previsto fabricar también cemento Portland. "Para algo tan barato como el cemento, pensamos que había que producir lo que el mercado está acostumbrado a usar", dice Chiang. Pero los requisitos de temperatura obligaron a Sublime a reconsiderarlo cuando empezó a fabricar su producto a mayor escala: "Estábamos innovando más allá de este invento de hace 200 años".
nAsí que el equipo salió a la caza y descubrió que existen otras vías para conseguir los enlaces químicos que dan resistencia al hormigón fabricado con cemento Portland. El material de Sublime toma una de estas vías alte ativas: en lugar de alita, utiliza cal y silicatos reactivos para reaccionar con el agua y formar el material final.
nLa elección de la química del cemento puede parecer un detalle menor. Pero en un sector con tanto en juego como el de la construcción, podría ser un factor decisivo a la hora de decidir qué nuevas empresas consiguen grandes contratos y asociaciones y cuáles fracasan. "Creo que la gente se muestra con razón escéptica ante un nuevo cemento", dice Ellis, antes de detenerse: "Bueno, es y no es un nuevo cemento".
nEllis sostiene que el material de Sublime es tan resistente y duradero como el cemento Portland, si no más. Pero existe la posibilidad de que los promotores se muestren reticentes, al menos al principio, a alejarse del material que ya conocen, afirma Lalit, de Climate Imperative.
nUno de los mayores retos para Sublime es fabricar su material a la escala masiva que exigen los grandes proyectos de construcción. Las plantas de cemento mode as suelen producir más de un millón de toneladas al año, mientras que la planta piloto de Sublime puede fabricar unas 100 toneladas al año. Es básicamente "una planta de cemento para hormigas", dice Ellis
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nSublime tiene la mira puesta en crecer, y rápido. La próxima etapa de la empresa es una instalación comercial de demostración que produzca decenas de miles de toneladas de material al año y que debería entrar en funcionamiento a principios de 2026. "Ese es el tamaño con el que ya no eres invisible para el mundo del cemento", afirma Ellis.
nDespués vendría una planta comercial a gran escala capaz de producir el millón de toneladas anuales típico del sector. La empresa aún está estudiando dónde construirla, aunque espera ponerla en marcha en to o a 2028.
nEl dúo fundador de Sublime no es ingenuo en cuanto a los retos que tiene por delante. "Una start-up de cemento es probablemente una de las más difíciles que puedas imaginar", afirma Ellis. "No sólo es técnicamente difícil, sino que requiere mucho capital. Es enorme. Y no es sexy... Todo el mundo usa y posee cemento, pero no lo ven".
nPero solucionar este problema invisible podría transformar el mundo que nos rodea. El cemento es el andamiaje de nuestra sociedad, y los esfuerzos por cambiarlo (a pesar de los tremendos retos a los que se enfrentan) son fundamentales para descarbonizar el futuro de la construcción.
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