¿Puede el hormigón impreso en 3D salvar el medio ambiente?

El hormigón está siempre presente a nuestro alrededor. Desde casas, oficinas y edificios escolares hasta tiendas, represas, puentes, aceras y carreteras, el hormigón ayuda a construir las estructuras que utilizamos todos los días. 

No se trata de un material nuevo ni mucho menos. De hecho, los primeros registros de estructuras de hormigón datan del 6500 a. C. en regiones de Siria y Jordania. Luego, por supuesto, están los romanos, que hicieron un uso extensivo del hormigón en sus construcciones. Y ahora, eones después, muchas de estas estructuras se mantienen en pie.

Con el paso de los años, el uso del hormigón no ha hecho más que crecer, y el mercado mundial del hormigón se sitúa en 687.2 mil millones de dólares. en 2021. Eso Se espera además crecerá a 821.6 millones de dólares en 2026, lo que demuestra el papel que juega el hormigón en nuestras vidas. 

Esta expansión es conducido El crecimiento de la industria de la construcción y la creciente inversión en nuevos proyectos de construcción en todo el mundo contribuyen también al crecimiento económico y la rápida urbanización, que aumentan la demanda de complejos residenciales y comerciales en todo el mundo. A medida que las ciudades crecen, también lo hace la necesidad de infraestructura y, con ello, la necesidad de hormigón.

Si bien sabemos que la demanda de cemento es continua, y lo ha sido desde hace siglos, ¿por qué es tan popular? ¿Y es todo bueno? ¡Descubrámoslo!

Hormigón: la peligrosa necesidad del mundo

Antes de comprender qué hace que el hormigón sea tan valioso, veamos qué es exactamente. Es una mezcla de cemento (o cal), agua y áridos, que son un conjunto de partículas naturales o artificiales como arena, grava o roca triturada. 

Aquí, el cemento, que es una mezcla fabricada de calcio, hierro, silicio y aluminio, entre otros ingredientes, es el material aglutinante que le da propiedades de endurecimiento al hormigón., mientras El agua activa el cemento para formar un material denso. 

Lo que hace que este material compuesto sea tan valioso son sus propiedades, incluida la maleabilidad (la capacidad del hormigón recién mezclado de moldearse en casi cualquier forma) y la durabilidad (lo que significa que puede durar muchos años). Este material asequible se puede adaptar aún más. Para satisfacer diferentes necesidades de construcción.

Otras propiedades atractivas del hormigón incluyen su facilidad de uso, resistencia y capacidad de soportar no sólo cargas pesadas y esfuerzos de compresión sino también condiciones climáticas adversas y desastres naturales como terremotos y huracanes.

Además, el hormigón retiene el calor, es ignífugo y fácil de reparar si se produce algún daño. Todas estas propiedades hacen del cemento un producto muy valioso, lo que ha disparado su uso.

En lo que respecta a los casos de uso del hormigón, este tiene diversas aplicaciones en la industria de la construcción. De hecho, el hormigón es el material de construcción más utilizado en el mundo después del agua. se utiliza para la construcción de presas, puentes, autopistas, aeropuertos, carreteras, canales, embalses y pavimentos, además de edificios residenciales, complejos comerciales y otras estructuras portantes.

En pocas palabras, el hormigón es un material fundamental en la construcción y desempeña un papel crucial en la conformación de la infraestructura que nos rodea. 

Pero eso no significa que el hormigón solo ofrezca beneficios. De hecho, es extremadamente peligroso. 

Para empezar, el cemento es responsable de 1.6 mil millones de toneladas métricas de dióxido de carbono (CO2), lo que supone aproximadamente el 8% de las emisiones mundiales de CO2. Y la gran dependencia del sector de la construcción del cemento agrava su inmensa huella de carbono.

Mientras tanto, la fabricación de cemento Portland ordinario (OPC) es responsable del 5% al ​​8% de las emisiones antropogénicas globales de CO2. Si se extrapola a todas las actividades relacionadas con la construcción, los últimos investigacion muestra un panorama alarmante: casi el 40% de las emisiones de CO2 relacionadas con la energía provienen de este sector, que consume el 36% de la energía final mundial.

Esta es extremadamente preocupante porque las emisiones de CO2 son proyectados para alcanzar un máximo histórico de 37.41 GtCO2Las emisiones de CO2 también son la causa principal del calentamiento global y, según el IPCC, el calentamiento global al ritmo actual se anticipa alcanzar 1.5 °C por encima de los niveles preindustriales entre 2030 y 2052.

Dadas las ramificaciones ambientales del hormigón, aunque su tasa de consumo anual asciende a 30 mil millones de toneladas y se espera Para seguir creciendo, es importante que todos, desde los innovadores hasta las organizaciones y el gobierno, aborden esta cuestión de frente.

Avanzando en la construcción con la impresión 3D 

El hormigón, como hemos señalado anteriormente, es un mal necesario porque, si bien tiene grandes beneficios y es crucial para la civilización, es realmente perjudicial para el planeta, que ya está lidiando con la deforestación, el cambio climático, la pérdida de biodiversidad y mucho más. 

Añade hormigón a la mezcla y las cosas mejorarán. tan solo empeorar. ¿Pero qué pasaría si existiera una manera de abordar los efectos nocivos de este popular material de construcción? 

Bueno, en primer lugar, el hormigón está evolucionando para satisfacer las necesidades complejas y avanzadas del mundo. Como ya hemos comentado, los materiales avanzados como el grafeno y el cáñamo son siendo cada vez más utilizado En los materiales de construcción, incluso se produce cemento sin carbono sustituyendo la piedra caliza o utilizando piedra caliza procedente de combustibles fósiles.

Hay otra solución: la impresión 3D. ¡Así es! El mismo método que... siendo utilizado Crear arte, muebles y otros productos de consumo, junto con medicina forense, prótesis y cirugía, también está cambiando las reglas del juego en la construcción. 

La impresión 3D o fabricación aditiva, que implica crear objetos tridimensionales a partir de un archivo digital mediante la aplicación de capas de material, ha ido ganando mucho terreno gracias a sus beneficios de creación rápida de prototipos, personalización, ahorro de costes, reducción de residuos de material, fomento de la innovación y sostenibilidad. 

Esta tecnología ya está disponible siendo utilizado en la construcción, lo cual no es nada nuevo en sí mismo, ya que la impresión 3D se utilizó por primera vez en la construcción. Hace muchas décadasSin embargo, el uso de la impresión 3D ha crecido significativamente en los últimos años para acelerar significativamente el proceso, optimizar el uso del material, explorar diseños complejos y estructuras personalizadas, facilitar la construcción remota y mejorar la seguridad.

Los beneficios multifacéticos de la impresión 3D incluyen además cadenas de suministro más cortas debido a la construcción en el lugar y una disminución sustancial de los riesgos en el lugar de trabajo debido a la menor necesidad de trabajo manual en operaciones de alto riesgo.

Este año, vimos el vecindario impreso en 3D más grande del mundo en Texas. cerca de su finalización Después de dos años de construcción, la empresa de construcción impresa en 3D ICON está detrás de este proyecto.

ICON es una empresa privada que no solo imprime viviendas, sino que también participa en la defensa y la construcción en otros países. Hace menos de una década, ICON recaudó un total de $ 451 millones, lo que ha aumentado su valoración a unos 2 millones de dólares. De hecho, la empresa está contratada por la NASA para construir plataformas de aterrizaje, refugios y otros estructuras en la Luna como parte del programa de exploración lunar Artemis de la agencia.

En 2018, construyó la primera casa impresa en 350D de 3 metros cuadrados autorizada en Estados Unidos, lo que llevó solo dos días. La casa se construyó con hormigón porque, como afirmó el director ejecutivo de ICO, Jason Ballard:

“Es uno de los materiales más resistentes de la Tierra”.

Para su comunidad de Texas, la empresa utiliza su impresora Vulcan, que es muy similar a una impresora 3D de escritorio normal, y va colocando las tuberías capa por capa. La diferencia con esta impresora Vulcan es que mide 45 pies de ancho y pesa 4.75 toneladas. 

En cuanto a su proceso, el polvo de hormigón se mezcla con arena, agua y otros aditivos y luego se bombea a la impresora. La mezcla de hormigón Luego se exprime mediante una boquilla sobre un cepillo, que va construyendo capa por capa siguiendo una trayectoria preprogramada.

La impresora robótica ha construido 100 casas impresas en 3D en lo que, según afirma, es la comunidad de impresión 3D más grande del mundo. Dado que la impresión 3D es más rápida, más económica, minimiza el desperdicio de materiales de construcción y requiere menos trabajadores, está aportando "mucha eficiencia al mercado comercial", según la empresa.

Esta Sin embargo, esto es solo el comienzo, como lo demuestra el crecimiento del mercado de la construcción con impresión 3D. se espera El mercado mundial de la construcción mediante impresión 5.5D, valorado en 3 millones de dólares el año pasado, se proyecta crecer a una CAGR del 105.8% para alcanzar una enorme $ 3.3 trillón por 2032. 

Estas cifras pueden parecer alucinantes al principio, pero como compartimos en nuestro artículo anterior, la impresión 3D podría surgir como una solución potencial al grave problema de la escasez de viviendas, lo que hace que el objetivo del billón de dólares sea una posibilidad real.

Dado el enorme interés en la construcción mediante impresión 3D, también tiene sentido utilizar esta tecnología para mejorar el mercado de la construcción. Y eso es precisamente lo que están haciendo los científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU) de Singapur.

Los investigadores han ido un paso más allá y han optado por imprimir en 3D el propio hormigón. Para ello, han desarrollado un método de impresión 3D de hormigón que captura el carbono, lo que supone una nueva forma de reducir el impacto medioambiental de la industria de la construcción.

Haga clic aquí para saber si la impresión 3D puede ayudarnos a abordar la escasez de viviendas.

Impresión 3D de hormigón que captura CO2

A principios de este mes, los científicos de la NTU publicó su investigación sobre “Captura y secuestro de carbono con impresión 2D de hormigón integrada con CO3 in situ y vapor”.

La investigación detalló el método innovador que tiene como objetivo reducir significativamente la huella de carbono del cemento al disminuir el uso de materiales, los requisitos de mano de obra y el tiempo de construcción. 

It También se sugiere que sostenible El desarrollo mediante la impresión 3D de hormigón podría suponer una reducción de hasta el 5% en el consumo energético global. Estos beneficios ambientales son potentially Igual a su capacidad para agilizar los procesos de construcción. 

Sin embargo, la mezcla de CO2 en el hormigón, como lo hace el último estudio, ya se ha hecho antes con el objetivo de mejorar la calidad del material y ayudar a reducir el impacto ambiental negativo del cemento.

Los primeros estudios ya han demostrado mejoras en las propiedades mecánicas del hormigón mediante la mezcla directa con CO2 y la exposición del hormigón al CO2 durante la producción en cámaras de carbonatación debido a la formación de una “capa de carbonatación”. 

Estudios previos han informado de un aumento de casi 15 veces en la resistencia a la penetración y de hasta un 1.16 % de absorción de carbono en solo media hora de mezclar el mortero con CO2. El ajuste adicional del curado por carbonatación acelerada (ACC) mostró una absorción de carbono de entre el 1.98 y el 25.5 %.

Si bien la investigación sobre la impresión 3D de hormigón se ha centrado en gran medida en el diseño de mezclas cementosas ecológicas para reducir su huella de carbono, el último estudio señaló que algunos han considerado avanzar en las tecnologías de procesamiento, en particular para mejorar su capacidad de captura y almacenamiento de carbono a granel (CCS). 

Los estudios sobre la carbonatación de materiales cementicios, en particular el enfoque mínimo en las profundidades, señalaron los investigadores, son la razón por la que su implementación a escala plantea problemas de validez. Sin mencionar que las soluciones CCS confinadas en cámara enfrentan limitaciones en términos de hardware y consumo de energía cuando se aplican con 3DCP. Como resultado, los beneficios de la construcción escalable, automatizada y en el sitio están comprometidos.

Esta crea la necesidad de desarrollar un proceso de carbonatación artificial para la impresión 3D de hormigón que vaya más allá de las técnicas de curado tradicionales.

Como resultado, los investigadores de la NTU desarrollaron un nuevo proceso para estudiar su eficacia en el secuestro de dióxido de carbono.

La nueva tecnología desarrollada implica un sistema de extrusión de dos pasos. El primer paso consiste en inyectar CO2 y vapor en el hormigón mezclado. A continuación, la mezcla incorpora y almacena directamente el CO2 en la estructura de hormigón. El CO2 y el vapor en cuestión son capturados como subproductos de procesos industriales. 

Este nuevo enfoque demostró un aumento del 38.2% en la absorción de carbono a granel, ofreciendo otra forma de lograr una construcción descarbonizada mediante la impresión 3D de hormigón.

El diseño del cabezal de impresión patentado, que facilita la inyección regulada de aditivos gaseosos y líquidos, busca abordar la cuestión crítica de las preocupaciones por la sostenibilidad ambiental en la construcción automatizada. También aborda la cuestión de los requisitos de configuración según demanda, pero, lo que es más importante, la falta de soluciones CCS fácilmente disponibles que sean compatibles con la impresión de hormigón en 3D.

El nuevo método no sólo reduce la huella de carbono del cemento, sino que también se ha demostrado que mejora las propiedades mecánicas del hormigón. Esta, a su vez, ofrece una gran resistencia a la estructura en comparación con el hormigón impreso en 3D tradicional.

Según el artículo de investigación, la integración de CO2 y vapor resultó en un aumento de hasta el 50% en la capacidad de impresión 3D, un 45.3% en la resistencia a la flexión y un 36.8% en la resistencia a la compresión. 

Los investigadores concluyeron que las muestras que fueron expuestos La impresión integrada con vapor de CO2 y el curado al aire libre obtuvieron la mayor absorción de carbono. Según los investigadores:

“La solución presentada ofrece un camino prometedor hacia la construcción descarbonizada al tiempo que amplía las opciones viables para la captura y almacenamiento de carbono más allá de los métodos tradicionales de curado confinado”.

El equipo señaló además la optimización de las configuraciones de impresión, los diseños de mezclas y la inyección de gases de combustión para reducir el desperdicio de materia prima de dióxido de carbono puro como posibles áreas para futuras investigaciones.

Empresa en la que se puede invertir en el sector de la impresión 3D

Ahora, echemos un vistazo a una empresa que cotiza en bolsa involucrada en el mercado de impresión 3D, que se estima que tiene un valor de... $17.5 millones de dólares en 2024 y se proyecta crecer a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 16.4% hasta alcanzar los 37.4 millones de dólares en los próximos cinco años, lo que supone avances en el sector y ayuda a cambiar el mundo para mejor.

1. Stratasys Ltd. (SSYS )

Stratasys es un nombre popular en el ámbito de la impresión 3D y ofrece soluciones en múltiples sectores. Las tecnologías de la empresa han contribuido a los avances en el campo de la impresión 3D. 

Con una capitalización de mercado de 689.5 millones de dólares, las acciones de Stratasys cotizan actualmente a 9.66 dólares, un descenso del 32.35 % este año. La empresa tiene un BPA (TTM) de -1.32 y un P/E (TTM) de -7.30.

Para el tercer trimestre de 3, Stratasys reportaron Ingresos de 140.0 millones de dólares, un aumento con respecto a los 162.1 millones de dólares registrados en el mismo trimestre del año anterior. Con estas cifras, los ingresos recurrentes de la compañía por consumibles han experimentado un crecimiento interanual durante ocho trimestres consecutivos, lo que, según la compañía, "refleja un uso continuo y sólido de las impresoras".

El crecimiento del margen bruto GAAP de Stratasys mejoró hasta el 44.8%, mientras que su pérdida neta GAAP llegó a 26.6 millones de dólares y los ingresos netos no GAAP empezaron a lograr rentabilidad. 4.5 millones de dólares en efectivo Se informó a ser usado en operaciones y el flujo de caja operativo hasta el momento sigue siendo positivo.

Con estos sólidos números, Stratasys elevó sus perspectivas para todo el año 2024. Según eso, informó $ 580 millones en ingresos de $ 570 millones, ingresos netos no GAAP de $ 5 millones y gastos de capital de $ 20 millones.

“Hemos comenzado a transformar la empresa con éxito mediante la optimización de costos y centrándonos en oportunidades de mayor crecimiento”.

– El director ejecutivo, Dr. Yoav Zeif, dijo en ese momento

Señaló además que la plataforma principal F3300 de la compañía está recibiendo mucha atención mientras continúa expandiéndose hacia sus principales sectores objetivo, incluidos la atención médica, la automotriz y la industria aeroespacial.

Según el Dr. Zeif, el plan de reestructuración de la compañía ayudará a generar ahorros de costos anuales de $40 millones a partir del próximo año.

“Estamos bien posicionados para lograr un mayor crecimiento de los ingresos, la rentabilidad y el flujo de caja en 2025, para abordar la demanda acumulada una vez que mejoren las condiciones del mercado”.

– Dr. Zeif

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Conclusión

El hormigón ha sido una piedra angular del desarrollo humano durante siglos, pero no está exento de peligros. El impacto ambiental del hormigón se está convirtiendo en una preocupación grave, lo que crea una necesidad urgente de encontrar mejores soluciones. La última tecnología de los investigadores de la NTU es uno de esos avances que va en la dirección correcta. Al utilizar principios de fabricación aditiva, la impresión 3D de hormigón ha redefinido las operaciones tradicionales y promovido la sostenibilidad. 

Mientras el mundo lucha contra la expansión urbana y el cambio climático, innovaciones como la impresión 3D de hormigón pueden ayudar al mundo a satisfacer las crecientes y complejas necesidades de la construcción, a la vez que mitigan sus efectos nocivos. Y aunque persisten los desafíos de escalabilidad y estandarización, con el tiempo, a medida que la tecnología mejore y se adopte ampliamente, la impresión 3D puede desempeñar un papel clave en la configuración de la infraestructura del futuro.

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