PREGUNTAS Y RESPUESTAS: Por qué las emisiones de cemento son importantes para el cambio climático

Un constructor dirige el hormigón húmedo de un camión de cemento hacia los cimientos de un gran edificio. Crédito: Peter Righteous/Alamy Stock Photo.

Publicado por primera vez aquí.

Si la industria del cemento fuera un país, sería el tercer mayor emisor del mundo.

En 2015, generóalrededor de 2.800 millones de toneladas de CO2, lo que equivale al 8% del total mundial, una proporción mayor que la de cualquier otro país, aparte de China o Estados Unidos.

El uso del cemento aumentará a medida que la urbanización mundial y el desarrollo económico incrementen la demanda de nuevos edificios e infraestructuras. Junto con otras partes de la economía mundial, la industria del cemento tendrá que reducir drásticamente sus emisiones para cumplir los objetivos de temperatura del Acuerdo de París. Sin embargo, hasta el momento sólo se han realizado avances limitados.

Reducción de las emisiones del cemento. Infografía de RosamundPearce para Carbon Brief.

¿Qué es el cemento?

El cemento se utiliza en la construcción para unir otros materiales. Se mezcla con arena, grava y agua para producirhormigón, el material de construcción más utilizado en el mundo.Cada año se utilizan más de 10.000 millones de toneladas de hormigón.

El estándar de la industria es un tipo llamadocemento Portland. Seinventó a principios del siglo XIX y recibió el nombre de una piedra de construcción muy utilizada en Inglaterra en aquella época. Hoy en día se utilizaen el 98% del hormigón en todo el mundo, con una producción de 4.000 millones de toneladas al año.

La producción declinker Portland, que actúa como aglutinante, es un paso crucial en la fabricación del cemento Portland. La piedra caliza (CaCO3) se "calcina" a altas temperaturas en un horno de cemento para producir cal (CaO), lo que conlleva la liberación de CO2 residual. En general, se produce la siguiente reacción:

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¿Por qué el cemento emite tanto CO2?

Alrededor de la mitad de las emisiones del cemento son emisiones de proceso derivadas de la reacción anterior. Esta es una de las principales razones por las que las emisiones del cemento suelen considerarse difíciles de reducir: como este CO2 se libera por una reacción química, no puede eliminarse cambiando el combustible o aumentando la eficiencia.

Otro 40% de las emisiones de cemento procede de la quema de combustibles fósiles para calentar los hornos a las altas temperaturas necesarias para este proceso de calcinación. El último 10% de las emisiones procede de los combustibles necesarios para extraer y transportar las materias primas.

Por lo tanto, las emisiones del cemento dependen en gran medida de la proporción de clinker utilizada en cada tonelada de cemento. El tipo de combustible y la eficiencia de los equipos utilizados durante la producción de clinker también influyen.

Mientras tanto, seprevé que la superficie de los edificios del mundose duplique en los próximos 40 años. Esto significa que la producción de cemento crecerá hasta alcanzarunos 5.000 millones de toneladas en 2030, lo que supone un aumento del 25% con respecto a la actualidad, llegando a cuadruplicar los niveles de 1990.

Por lo tanto, el aumento de la eficiencia no será suficiente para reducir significativamente las emisiones del sector.

¿Qué países tienen altas emisiones de cemento?

China es, con diferencia, el mayor productor de cemento, seguido de lejos por India y el conjunto de países de la UE, como muestra el siguiente gráfico de un recienteinforme de Chatham House. Tres cuartas partes de la producción de cemento desde 1990se produjeron en China, que utilizó máscemento entre 2011 y 2013 que Estados Unidos en todo el siglo XX.

Producción y emisiones de cemento de 2010 a 2015. Fuente: Análisis de Olivier et al. (2016) por ChathamHouse.

China también tiene altos niveles de producción de cemento en términos per cápita, ya que experimenta una rápidaurbanización, con muchaspersonas que se mudan a edificios de alta o baja altura hechos de cemento. Sin embargo, el consumo chino puede estar apunto de estabilizarse.

Por el contrario, el consumo de la Indiaaumentará de forma significativa a medida que se vaya urbanizandoy construyendo infraestructuras. Se espera que la mayor parte del crecimiento futuro se produzca en India y otros mercados emergentes.

Hombre levantando una olla con cemento en un andamio, Punjab, 2011. Crédito: imageBROKER/Alamy Stock Photo.

En Europa, las instalaciones de hornos existentes son capaces de satisfacer la futura demanda de cemento, según Chatham House. Los productores de cemento europeos son también algunos de los más avanzados en cuanto al uso de combustibles alternativos, añade. Sin embargo, losequiposmás antiguos lossitúanpor detrás de India y China en cuanto a eficiencia energética.

Asimismo, Estados Unidos, cuarto consumidor de cemento, está por detrás de otros grandes productores en cuanto a eficiencia energética y proporción de clinker.

¿Se han reducido las emisiones del cemento?

La intensidad media de CO2 de la producción de cemento -las emisiones por tonelada de producción- ha disminuido un 18% en todo el mundo durante las últimas décadas, según Chatham House. Sin embargo, las emisiones delsector en su conjunto han aumentado considerablemente, ya que la demanda se ha triplicado desde 1990.

Hasta ahora, los avances se han producido en tres ámbitos principales:

• En primer lugar, los hornos de cemento más eficientes han hecho que la producción sea menos intensiva en energía. Esto puede mejorar aún más: la media mundial de uso de energía por tonelada de cemento sigue siendoalrededor de un 20% superior a la producción con la mejor tecnología y práctica disponibles actualmente.
• En segundo lugar, el uso de combustibles alternativos también ha reducido las emisiones, por ejemplo, utilizando biomasa o residuos en lugar de carbón. Este es el caso, sobre todo,de Europa, donde alrededor del 43% del consumo de combustible procede de alternativas, según Chatham House.
• En tercer lugar, la reducción de la proporción de clinker Portland en el cemento también ha reducido las emisiones. Los cementos de "alta mezcla" pueden reducir las emisiones por kilogramo hasta cuatro veces, según Chatham House. El clinker puede sustituirse por otros materiales similares al cemento, incluidos los residuos de la combustión del carbón y la fabricación de acero. Sin embargo, esto puede afectar a las propiedades del cemento, por lo que sólo es adecuado para algunos usos finales.

La media mundial de la proporción de clinker (clinker:cemento) se redujo a 0,65en 2014, con una amplia gama que va de 0,57 en China a 0,87 en Eurasia.

Después de varias décadas de progreso, la intensidad de CO2 del cemento cambió poco de 2014 a 2016,según la Agencia Internacional de la Energía (AIE). Esto se debe a que las mejoras en la eficiencia energética fueron compensadas por un ligero aumento en la proporción de clinker, dice.

No obstante, las emisiones globales del cemento se mantuvieron estables o disminuyeron en los últimos años, ya que la demanda en China se estabilizó.

BioMason utiliza bacterias para cultivar ladrillos de cemento que, según dice, pueden secuestrar carbono. Crédito: bioMASON, Inc.

¿Hasta dónde pueden reducirse las emisiones del cemento?

La AIEy la Iniciativa para la Sostenibilidad del Cemento (CSI), liderada por la industria, han publicadorecientemente una nueva hoja de ruta con bajas emisiones de carbono, en la que se muestra cómo considera que pueden reducirse las emisiones de acuerdo con un escenario "2C" y otro "inferior a 2C". La hoja de ruta parte de la base de que la demanda de cemento aumentará entre un 12 y un 23% de aquí a 2050.

Para un escenario de 2C -en línea con el 50% de posibilidades de limitar el aumento de la temperatura global a 2C por encima de los niveles preindustriales para 2100- la hoja de ruta dice que es necesario un recorte del 24% en las emisiones de cemento. (No hay que olvidar que esto no está en consonancia con elAcuerdo de París, que exige que el aumento de la temperatura se mantenga "muy por debajo" de los 2C como mínimo).

La hoja de ruta se basa en cuatro áreas de actuación para estos recortes de emisiones.

Tres de ellas son las estrategias que la industria del cemento ha seguido hasta ahora para limitar las emisiones, es decir, la mejora de la eficiencia energética, los combustibles con menos emisiones y la reducción de la proporción de clinker.

Por ejemplo, la hoja de ruta establece un objetivo de ratio de clinker medio mundial de 0,60 para 2050, frente a 0,65. Se trata de un reto importante: Chatham House señala que para 2050 se necesitará un 40% más de sustitutos del clinker que en la actualidad, en un momento en el que la disponibilidad de los sustitutos tradicionales (cenizas volantes y escorias de alto horno) probablemente comenzará a disminuir.

El cuarto ámbito es el de las "tecnologías innovadoras", que es esencialmente una abreviatura de la reducción de emisiones mediante la captura y el almacenamiento de carbono(CAC). Esta tecnología aún no se ha utilizado en la industria del cemento (enpruebas), pero la hoja de ruta supone que la integración de la CAC en el sector del cemento alcanzará su despliegue a escala comercial en 2030. La incertidumbresobre la posibilidad de ampliar rápidamente la CAC y su elevado coste son los principalesobstáculos para su uso en la reducción de las emisiones del hormigón.

El gráfico siguiente muestra el análisis de Chatham House de la hoja de ruta del cemento de la AIE y la CSI. La línea roja punteada muestra el recorte del 24% de las emisiones de acuerdo con el escenario 2C (2DS) para 2050.

Formas de reducir las emisiones de cemento que conducen a una vía "compatible con París". Se muestran tres escenarios: "escenario tecnológico de referencia" (RTS), "escenario 2C" (2DS) y "escenario más allá de 2C" (B2DS). Fuente:análisis deChathamHouse de la hoja de ruta tecnológica de la AIE y la CSI(2018).

La hoja de ruta también establece un escenario "más allá de 2C" (B2DS; línea punteada púrpura arriba), en el que se requeriría una reducción de emisiones mucho mayor del 60%. En este caso, la proporción de las emisiones totales de CO2 del cemento capturadas por la CAC tendría que ser más del doble en comparación con el escenario 2C, hasta el 63% en 2050, según la hoja de ruta. Señala que esto "será difícil de conseguir".

Chatham House también señala que se necesitarán reducciones más pronunciadas "si las hipótesis sobre la contribución de las tecnologías de CAC resultan ser optimistas". Dice:

"El cambio más allá del 2DS requerirá una acción transformadora en la sustitución del clinker, los nuevos cementos y la CAC, así como el despliegue de una serie de enfoques del lado de la demanda más allá del sector para reducir el consumo general. Estas medidas serán más importantes si la CAC resulta demasiado difícil de ampliar".

¿Pueden los "nuevos" cementos reducir las emisiones?

Algunas empresas han estado investigando cementos "novedosos", que eliminan por completo la necesidad de clinker Portland. Si pudieran competir con el coste y el rendimiento del cemento Portland, ofrecerían una forma de reducir las emisiones de forma significativa.

Sin embargo, ninguno de ellos ha alcanzado todavía un uso comercial a gran escala y, de momento, sólo se utilizan en aplicaciones nicho. Además, la innovación en el sector tiende a centrarse en cambios incrementales, según muestra una búsqueda mundial de patentes realizada por Chatham House, con un enfoque limitado en los cementos novedosos.

Los cementos a base de geopolímeros, por ejemplo, han sido objeto de investigación desde la década de 1970. Zeobondy banahUK sonalgunas de las empresas que los producen, y ambas afirman que reducen las emisiones en un 80-90% en comparación con el cemento Portland.

También hay varias empresas que están desarrollando cementos "curados con carbono", que absorben CO2, en lugar de agua, a medida que se endurecen. Si esta absorción de CO2 puede ser mayor que el CO2 liberado durante su producción, los cementospodrían utilizarse como sumideros de carbono.

Bloque de hormigón Solidia Concrete™. Crédito: Solidia

La empresa estadounidense Solidia, por ejemplo, afirma que su hormigón emite hasta un 70% menos de CO2 que el cemento Portland, incluyendo este paso de secuestro. La empresa se ha asociado con el gran productor de cemento LafargeHolcim.

Del mismo modo, la empresa británica Novacem-una spin out del Imperial College de Londres- afirmó en 2008que la sustitución del cemento Portland por suproducto"carbono negativo" permitiría a la industria convertirse en un sumidero neto de emisiones de CO2. Sin embargo, la empresa no consiguió fondos suficientes para continuar la investigación y la producción.

Otras empresas están utilizando materiales completamente diferentes para fabricar cemento.Por ejemplo, la empresa Biomason, con sede en Carolina del Norte, utiliza bacterias para fabricar ladrillos de cemento que, según dice, son igual de resistentes que la mampostería tradicional y retienen el carbono.

El siguiente cuadro, elaborado por Chatham House, resume las fases de desarrollo de varias tecnologías de cemento alternativas.

Cementos bajos en carbono en diferentes fases del ciclo de innovación. Fuente: Chatham House (2018).

Cuáles son los obstáculos para el cemento bajo en carbono?

Hay varias razones por las que los cementos bajos en clinker o novedosos no han alcanzado hasta ahora un uso generalizado.

Estas tecnologías están menos probadas que el cemento Portland, que se ha utilizado en la construcción durante siglos. Esto provoca la resistencia de los consumidores de cemento, sobre todo en un sector que, por razones obvias, tiende a dar prioridad a la seguridad. Además, muchas de estas nuevas tecnologías no están lo suficientemente maduras como para alcanzar un uso a gran escala.

Las alternativas también tienden a tener aplicaciones más limitadas, lo que significa que puede no haber un único sustituto del cemento Portland. Por lo tanto, su uso significaría un alejamiento de las normas prescriptivas. En la actualidad, casi todas las normas, códigos de diseño y protocolos para probar los aglutinantes de cemento y el hormigón se basan en el uso del cemento Portland, señala Chatham House. Y añade:

"Los nuevos enfoques y, sobre todo, las nuevas normas de la industria requieren mucho debate y pruebas. Por ejemplo, pueden pasar décadas hasta que se apruebe y aplique una nueva norma en la UE".

Sin embargo, los recientes avances en los ensayos de materiales del hormigón podrían permitir comprender mejor su química, lo que daría más confianza para ajustar las normas del sector.

Los cementos alternativos también tienen que poder competir con el cemento Portland en cuanto a costes, sobre todo si no hay una fuerte presión normativa o política, como los precios del carbono. Pero el cambio podría requerir inversiones en nuevos equipos o materiales más caros, que podrían tardar varios años en recuperarse, dice Chatham House.

El acceso a una cantidad suficiente de materias primas necesarias para algunos cementos es también una consideración importante. Por ejemplo, la disponibilidad local decenizas volantes-un subproducto de la combustión del carbón y uno de los sustitutos del clinker más utilizados- está disminuyendo a medida que se cierran centrales eléctricas de carbón.

¿Puede reducirse la demanda de cemento?

La reducción de la demanda de cemento también podría contribuir a limitar las emisiones, sobre todo en lospaíses en desarrollo. Por ejemplo, Chatham House destaca cómo los diseños urbanos basados en un sistema de "red capilar" y en caminar en vez de en los coches pueden utilizar un tercio menos de cemento. Del mismo modo, se han utilizado los principios de las catedrales góticas para diseñar modernos suelos de hormigón que son un 70% más ligerosque los convencionales.

El uso de los conceptos de la "economía circular" para permitir la reutilización de las partes modulares de los edificios también puede desempeñar un papel, al igual que la maximización de la vida útil de las infraestructuras. China, por ejemplo, ha sidocriticada por la construcción de nuevos edificios de baja calidad que sólo pueden durar entre 25 y 30 años antes de ser demolidos.

Escalones de hormigón que forman parte del muro y las defensas marinas de la playa de Blackpool. Crédito: Manor Photography/Alamy Stock Photo.

El hormigón de los edificios también podríasustituirse por madera, lo que permitiría capturar y almacenar el CO2. Algunos nuevos tipos demadera de ingeniería, como la madera laminada cruzada, están creando más oportunidades de construcción. Sin embargo, el ahorro de carbono que supone el uso de madera en lugar de acero y hormigón en los edificios no estágarantizado.

El hormigón viejo también puede triturarse y reutilizarse en proyectos como las obras de carretera. Sin embargo, el hormigón perderá sus propiedades aglutinantes a menos que se produzca nuevo clinker.

¿Están reguladas las emisiones de cemento?

A menudose considera que el cemento esdemasiado difícil de descarbonizar, junto con otros sectores como la aviación y elacero. Como señalaba uninforme reciente, si las emisiones del cemento se mencionan en el debate público, "suele ser para señalar que poco se puede hacer al respecto".

Por ello, la industria del cemento ha sufrido menos presiones políticas y comerciales que el sector energético, explica FelixPreston a Carbon Brief. Preston es investigador principal de ChathamHouse y coautor de su informe sobre el cemento. Afirma que el sector sigue dominado por un puñado de grandes empresas que controlan gran parte del mercado. Preston añade:

"[Estas empresas] suelen ser dominantes o muy influyentes en una zona geográfica, así como en el ámbito mundial. Creo que eso ha dificultado -y sigue dificultando- la presión por un cambio radical. No ven necesariamente el incentivo inmediato para tomar medidas ambiciosas".

La UE considera que el cemento corre un riesgo importante de fuga de carbono,lo que significa que recibe derechos de emisión gratuitos en el Régimen Comunitario de Comercio de Derechos de Emisión (RCCDE). En el período previo a lasreformas del RCCDE de 2017, la Comisión de Medio Ambiente del Parlamento Europeo (ENVI) propusosin éxitoponer fin a esta asignación gratuita. La introducción deprecios mínimos del carbono -quese está considerando en varios Estados miembros- podría seguir afectando al sector, afirma Chatham House.

Se espera queel régimen de comercio de derechos de emisión de China se amplíe para incluir el cemento, aunque en su primera fase sólo abarcará el sector energético.

¿Está actuando la industria del cemento?

En el marco de la CSI, los productoresque representan el 30% de la producción mundial de cemento han trabajado juntos durante unas dos décadas en iniciativas de sostenibilidad, incluida la reducción de emisiones. En laconferencia sobre el clima de París, el grupo anuncióplanes para reducir sus emisiones colectivas en un 20-25% para 2030. Esto supondría un nivel de ambición similar al del escenario "por debajo de 2C" descrito anteriormente.

LaAsociación Mundialdel Cemento (WCA), por su parte, está elaborando un"Plan de Acción sobre el CambioClimático", que se publicará a finales de este mes. La tecnología actual sólo puede proporcionar la mitad del ahorro de CO2 necesario para alcanzar el objetivo de 2C del Acuerdo de París, según advirtió recientemente la WCA a los delegados de su "Foro Mundial sobre el Cambio Climático" en París. La base de miembros de la WCA representa más de mil millones de toneladas de capacidad de producción anual de cemento.

La Asociación Mundial del Cemento y el Hormigón(GCCA), de reciente creación, también quiere mejorar las credenciales medioambientales del sector. Está previsto que asumael trabajo de sostenibilidad realizado por la CSI en enero de 2019.

Varias empresas cementeras también han introducido ya un precio interno del carbono, o tienen planes para introducirlo.

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Sobre el autor

Jocelyn Timperley es licenciada en química medioambiental por la Universidad de Edimburgo y tiene un máster en periodismo científico por la City University de Londres. Anteriormente trabajó en BusinessGreen cubriendo la política de bajas emisiones de carbono y la economía verde.