Com es podrien utilitzar els volcans per construir ciutats del futur amb eficiència energètica

Totes Les Novetats

Les ciutats del futur es poden construir amb cendres volcàniques disponibles localment
Un estudi va trobar que afegir cendres volcàniques redueix l'energia general necessària per fabricar formigó.
Escrit per Jennifer Chu
Notícies del MIT

Enginyers del MIT que treballen amb científics de Kuwait han descobert que les roques volcàniques, quan es polvoritzen en una cendra fina, es poden utilitzar com a additiu sostenible en estructures de formigó.


En un article publicat en línia alJournal of Cleaner Production, els investigadors informen que, en substituir un determinat percentatge de ciment tradicional per cendres volcàniques, poden reduir l ''energia encarnada' d'una estructura de formigó, o l'energia total que es fa per fabricar formigó. Segons els seus càlculs, es necessita un 16 per cent menys d’energia per construir un barri pilot amb 26 edificis de formigó fets amb un 50 per cent de cendra volcànica, en comparació amb l’energia que es necessita per fer les mateixes estructures completament amb ciment Portland tradicional.

Quan van moldre cendres volcàniques fins a obtenir mides de partícules cada vegada més petites, els investigadors van trobar que una barreja de pols més fina i ciment Portland produïa estructures de formigó més fortes, en comparació amb les fetes només amb ciment. Tanmateix, el procés de triturar cendres volcàniques fins a formar partícules tan fines requereix energia, que al seu torn augmenta l’energia incorporada de l’estructura resultant. Hi ha, doncs, un compromís entre la força d’una estructura de formigó i la seva energia incorporada, quan s’utilitza la cendra volcànica.

Basant-se en experiments amb diverses mescles de formigó i cendres volcàniques i en càlculs de l’energia incorporada de l’estructura resultant, els investigadors han traçat una relació entre la força i l’energia incorporada. Diuen que els enginyers poden utilitzar aquesta relació com a tipus de pla per ajudar-los a triar, per exemple, el percentatge de ciment que voldrien substituir per cendres volcàniques per produir una estructura determinada.

RELACIONATS: Elon Musk obté una altra llum verda pel seu túnel Hyperloop ràpid des de Nova York a DC


'Podeu personalitzar-ho', diu Oral Buyukozturk, professor del Departament d'Enginyeria Civil i Ambiental (CEE) del MIT. “Si és per un bloc de trànsit, per exemple, on potser no necessiteu tanta força com, per exemple, per a un edifici de gran alçada. Així, podríeu produir aquestes coses amb molta menys energia. Això és enorme si es pensa en la quantitat de formigó que s’utilitza a tot el món '.

El formigó és el material més utilitzat al món, només després de l’aigua. La fabricació de formigó consisteix primer en fer volar roques com la pedra calcària de les pedreres, i després transportar les roques fins als molins, on es trituren i es tracten a alta temperatura mitjançant diversos processos que donen lloc a la producció de ciment.


Aquests processos intensius en energia creen una petjada ambiental significativa; la producció de ciment Portland tradicional representa aproximadament el 5 per cent de les emissions mundials de diòxid de carboni. Per reduir aquestes emissions, Buyukozturk i altres han buscat additius i alternatives sostenibles al ciment.

MÉS: Països Baixos construirà carreteres amb plàstic reciclat des de l’oceà

La cendra volcànica té diversos avantatges sostenibles com a additiu en la fabricació de formigó: el material rocós, que es troba en un ampli subministrament al voltant dels volcans actius i inactius de tot el món, està disponible de manera natural; normalment es considera un material de rebuig, ja que la gent normalment no l’utilitza amb cap propòsit generalitzat; algunes cendres volcàniques tenen propietats intrínseces 'pozzolòniques', el que significa que, en forma de pols, la cendra amb una quantitat reduïda de ciment es pot unir naturalment amb aigua i altres materials per formar pastes similars al ciment.

'La producció de ciment requereix molta energia perquè hi ha temperatures elevades, i és un procés de diverses etapes', diu Chin, que amb Kupwade-Patil va dirigir gran part del treball experimental del grup com a estudiant del Programa de postgrau d'investigació (UROP) amb Buyukozturk. “Aquesta és la principal motivació per intentar trobar una alternativa. Les cendres volcàniques es formen a alta pressió i calor, i la naturalesa ens fa totes aquestes reaccions químiques '.


L’equip va examinar primer la quantitat d’energia que es necessitava per fabricar formigó a partir d’una barreja de ciment i cendres volcàniques, enfront del ciment sol. Per fer-ho, els investigadors van consultar diverses bases de dades en què altres havien calculat l'energia incorporada associada a diversos processos industrials, com ara l'energia que destrueix la roca o el curat del ciment. Els investigadors van triar a través de les bases de dades per reunir els processos individuals associats a la producció de ciment tradicional i ciment que contenia entre un 10 i un 50 per cent de cendra volcànica.

COMPROVA: L’home crea jardins per a abelles no desitjades, cultiva menjar gratuït en 30 lots abandonats

Després van entrar al laboratori, on van fabricar petites mostres de formigó amb diversos percentatges de cendres volcàniques, així com mostres fetes només de ciment Portland. Chin i els seus col·legues van sotmetre cada mostra a proves de resistència estàndard, com ara comprimir les estructures fins que van començar a esquerdar-se. Després van assignar la força de cada mostra a la seva energia incorporada calculada.

Segons els seus resultats, substituir el 50 per cent del ciment tradicional per cendres volcàniques per una mida mitjana de partícula de 17 micròmetres pot reduir l’energia incorporada del formigó en un 16 per cent. No obstant això, en aquesta mida de partícula, les cendres volcàniques poden comprometre la resistència general del formigó. Triturar la cendra fins a obtenir una mida de partícula d’uns 6 micròmetres augmenta significativament la resistència del formigó, ja que les partícules més petites proporcionen més superfície amb la qual l’aigua i el ciment es poden unir químicament.

L’equip va extrapolar els seus resultats per veure com les estructures fetes en part amb cendres volcàniques afectarien l’energia incorporada del formigó a escala d’edificis i barris sencers.

RELACIONATS: Shakira va construir set escoles a les zones més pobres d’Amèrica del Sud

Els investigadors es van centrar en un barri de Kuwait amb 13 edificis residencials i 13 comercials, tots fets amb ciment Portland tradicional, majoritàriament importats d’Europa. Amb l’ajut dels seus col·laboradors a Kuwait, van sobrevolar un dron sobre el barri per recollir imatges i mesures. També van consultar les autoritats locals, que els van proporcionar informació addicional sobre cada sistema constructiu.

Utilitzant tota aquesta informació, l’equip va calcular l’energia incorporada existent al barri i, a continuació, va calcular com canviaria aquesta energia incorporada si es fessin edificis amb formigó compost per diversos percentatges de cendres volcàniques, que es troben amb un subministrament ampli al Pròxim Orient.

Igual que amb els seus experiments al laboratori, van trobar que la infraestructura d’un barri es pot fer amb molta menys energia si els mateixos edificis es construeixen amb formigó a partir d’una barreja de ciment que suposa un 30 per cent de cendra volcànica.

'El que hem descobert és que el formigó es pot fabricar amb additius naturals amb les propietats desitjades i una reducció de l'energia incorporada, que es pot traduir en un important estalvi energètic quan es crea un barri o una ciutat', diu Buyukozturk.

Aquesta investigació va ser recolzada en part per la Fundació Kuwait per a l’avanç de les ciències. El projecte es va dur a terme com a part del projecte de signatura Kuwait-MIT sobre sostenibilitat de l’entorn construït de Kuwait per al qual Buyukozturk va ser l’investigador principal.

Reimprès amb permís de Notícies del MIT

Feu clic per compartir les notícies fascinants amb els vostres amics-Foto de MIT News