El medio del proceso de carbonatación semiseco es el agua vaporosa, mientras que el proceso de carbonatación húmedo es el agua líquida. Crédito: 2025 Oficina de Investigación e Innovación, Universidad Politécnica de Hong Kong
El horizonte de Hong Kong genera grandes cantidades de desechos de construcción a través de la demolición diaria. Si bien algunos de estos desechos se usan para la recuperación de tierras, mucho aún termina en vertederos. El Prof. CS Poon, profesor de Michael Anson en Ingeniería Civil y Profesor de Investigación Distinguida del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad Politécnica de Hong Kong, se dedica a avanzar en el avance de los residuos de la construcción y ha desarrollado una nueva técnica de carbonatación semi,, transformando los desechos valiosos y promover prácticas de construcción más sostenibles en la ciudad.
Reciclar el concreto no solo desvía material sustancial de los vertederos, sino que también presenta una oportunidad significativa para reducir las emisiones de carbono. Central a este esfuerzo de reciclaje es el uso de un agregado de concreto reciclado (RCA), que puede servir como un sustituto de los agregados naturales que generalmente comprenden 60% –80% del volumen de concreto en nuevas construcciones. Sin embargo, la mayor porosidad de RCA y la absorción de agua en comparación con los agregados naturales plantean desafíos para su adopción generalizada, ya que estas propiedades pueden comprometer la resistencia mecánica y la durabilidad del nuevo concreto.
Para abordar estas limitaciones, los investigadores de Polyu han recurrido a la carbonatación, un proceso que reacciona CO₂ con fases con calcio en RCA, formando carbonato de calcio y, por lo tanto, mejorando las propiedades de un agregado. Más allá de mejorar el rendimiento de RCA, la carbonatación también ofrece una ruta para el secuestro permanente, alineándose con los esfuerzos globales para mitigar el cambio climático. La investigación es publicado En la revista cemento e investigación concreta.
Tradicionalmente, se han explorado dos técnicas principales de carbonatación: carbonatación semi-seca y carbonatación húmeda. La carbonatación semi-seca emplea el vapor de agua como medio de reacción, típicamente en condiciones de alta humedad (50-100% de humedad relativa). Este método es relativamente simple pero sufre tasas de reacción lentas, con grados de carbonatación que van del 10% al 20% después de varios días. La disponibilidad de agua limitada en la carbonatación semisecida restringe la difusión de iones de CO₂ e calcio, lo que impide la formación de carbonato de calcio.
Flujo de trabajo de carbonatación semi hhoza. Crédito: 2025 Oficina de Investigación e Innovación, Universidad Politécnica de Hong Kong. Reservados todos los derechos. Imágenes SEM de RCA y calcita producidas bajo las condiciones de agua pura y NAHCO3. Crédito: 2025 Oficina de Investigación e Innovación, Universidad Politécnica de Hong Kong. Reservados todos los derechos.
En contraste, la carbonatación húmeda sumerge RCA en agua líquida, facilitando reacciones más rápidas y completas. Aquí, la relación agua a sólida es un parámetro crítico, a menudo que varía de 5 a 100, para garantizar una humedad suficiente para una carbonatación eficiente. La carbonatación húmeda puede lograr grados de carbonatación entre 10% y 20% en unas pocas horas.
Sin embargo, el proceso no está exento de inconvenientes: exige un aporte significativo de agua e implica pasos previos y posteriores al tratamiento intensivos en energía, como secado, filtración y lavado. Estos requisitos complican la implementación a gran escala y plantean preocupaciones sobre el consumo de agua y la gestión de aguas residuales.
Reconociendo la necesidad de un enfoque más práctico y sostenible, el Prof. Poon y su equipo de investigación han introducido un nuevo método de carbonatación semi hhoza en cemento e investigación concreta. Esta técnica une la brecha entre la carbonatación semi-seca y húmeda al emplear una niebla de agua fina en la interfaz sólida-líquido de RCA.
El entorno semi-wet crea una película de agua delgada y espacialmente confinada en la superficie RCA, que resulta altamente efectiva para las reacciones de carbonatación. Sorprendentemente, el proceso logra un grado de carbonatación de 10.6% en solo 30 minutos, comparable, o incluso superando, las tasas observadas en carbonatación húmeda en condiciones similares.
Comparación de rendimiento de carbonatación semi-húmeda y húmeda. Crédito: 2025 Oficina de Investigación e Innovación, Universidad Politécnica de Hong Kong. Reservados todos los derechos. Demostración de calcular el contenido de carbonato de portlandita y calcio a través del espectro DTG. Crédito: 2025 Oficina de Investigación e Innovación, Universidad Politécnica de Hong Kong. Reservados todos los derechos.
El método semi-wet también trae una reducción de aproximadamente 3.6% en la absorción de agua y una disminución del 20% en la porosidad, los cuales son críticos para mejorar la calidad y la durabilidad de RCA en las aplicaciones de construcción.
Otra innovación clave en este enfoque es el uso de bicarbonato de sodio como acelerador. La adición de bicarbonato de sodio crea un entorno débilmente alcalino que reduce la barrera de energía libre para la especiación de co₂, como lo confirma las simulaciones de la dinámica molecular. Este entorno favorece la rápida conversión de CO₂ en iones de carbonato, acelerando así el proceso general de carbonatación.
El análisis comparativo entre la carbonatación semi-wet y húmeda revela varias distinciones importantes. Si bien ambos métodos logran grados similares de carbonatación en las etapas iniciales, el proceso semi-wet es notablemente más eficiente en términos de uso de agua y consumo de energía. Además, el proceso semi-wet influye en la evolución de la fase de silicato en RCA. Sugiere una reactividad mejorada de la RCA tratada y una unión potencialmente mejor de RCA dentro de un nuevo concreto.
En resumen, la técnica de carbonatación semi hhoza representa un avance significativo en la utilización sostenible del agregado de concreto reciclado. Al combinar una alta eficiencia de carbonatación con un consumo de agua mínimo y un procesamiento simplificado, este método aborda las limitaciones clave de las estrategias de carbonatación existentes. El uso de bicarbonato de sodio como acelerador mejora aún más el proceso, ofreciendo una ruta práctica para la captura y utilización de la co₂ industrial.
A medida que la industria de la construcción busca reducir su huella ambiental, la adopción de la carbonatación semi hhoza podría desempeñar un papel fundamental en la conversión de los desechos concretos de una responsabilidad en un recurso valioso tanto para la recuperación de materiales como para la mitigación del clima.
Más información: Yining Gao et al, carbonatación acelerada del agregado de concreto reciclado en entornos semi hervidos: una técnica prometedora para la utilización de CO2, la investigación de cemento y concreto (2024). Doi: 10.1016/j.cemconres.2024.107486
Proporcionado por la Universidad Politécnica de Hong Kong
Cita: carbonatación semi-havpista: transformación de los desechos de construcción en recursos sostenibles (2025, 11 de septiembre) Recuperado el 11 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-semi-carbonationSostenable-Resources.html
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