El cemento es, después del agua, la sustancia más utilizada en la Tierra. Según datos de la Agencia Internacional de Energía (IEA) y del Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS) cada año se producen en el mundo 4.100 millones de toneladas, con un importante impacto ecológico, ya que se calcula que el 8 por ciento del total de emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera se debe a esta industria.

Investigadores del Departamento de Química Inorgánica, Cristalografía y Mineralogía de la Universidad de Málaga trabajan para contribuir a la producción de cementos menos contaminantes.

Un estudio liderado por el catedrático de la Facultad de Ciencias Miguel Ángel García, cuyos resultados han sido publicados en la revista Materials, que avanza  hacia una versión del cemento más ecológica, con una menor emisión de dióxido de carbono (CO2).

Para su desarrollo se ha contado con ‘SkyScan 2214’, un nuevo equipo de nano tomografía computarizada, que se ha incorporado recientemente a la Unidad de Difracción de Rayos-X de los Servicios Centrales de Apoyo a la Investigación (SCAI) de la UMA.

Hidratación del cemento

Se trata de una infraestructura puntera, que puede medir muestras de hasta 30 centímetros de diámetro, con una resolución nanométrica, gracias a la cual se ha estudiado, de forma “privilegiada”, la hidratación de cementos comerciales, para conseguir que su huella de carbono sea más baja.

En concreto, el trabajo ha consistido en realizar mediciones “exactas” de las hidrataciones del cemento, combinando equipos de difracción de rayos-X –la Unidad de Difracción de Rayos-X del SCAI cuenta con cinco difractómetros para la identificación y cuantificación mineralógica de materiales y está a la espera de adquirir uno nuevo- con la nueva infraestructura ‘SkyScan 2214’, obteniendo, finalmente, una imagen total en 3D de la muestra, con una rotación de 360 grados y a escala nanométrica.

La investigadora Laura León trabaja con el nuevo equipamiento en la Unidad de e Difracción de Rayos-X del SCAI.

“Este equipo permite medir piezas enteras, incluso defectuosas, para encontrar los puntos débiles sin tener que romperla”, explica la investigadora responsable de la Unidad del SCAI, Laura León, que también es una de las autoras de la investigación. “Es como buscar un mini gusano en una gran manzana sin llegar a abrirla”, aclara.

Repetir este mismo estudio, utilizando los dos equipos del SCAI de forma combinada, pero en cementos de bajas emisiones de carbono que ya están en desarrollo es el nuevo objetivo, a corto plazo, de este equipo de científicos de la UMA.

Infraestructura imprescindible

Procedente de fondos FEDER, con una inversión de un millón de euros, son muy escasos los equipos que, actualmente, existen en España con estas características tan avanzadas.

“La resolución con la que se trabaja nos lleva a un nivel de precisión muy alto, pudiendo sumergirnos dentro de la imagen sin destruirla, hacer zoom, y detenernos en aspectos concretos”, señala el catedrático de Química Inorgánica Aurelio Cabeza, responsable de la solicitud del equipo, quien también afirma que es posible grabar videos para estudiar en formato 4D la evolución de una muestra.

Así, de cada imagen que ‘SkyScan 2214’ toma, se extrae un completo estudio cuantitativo con información sobre porosidad, densidad y permeabilidad. También permite hacer un seguimiento del proceso de deformación de un material, evidenciando cómo se comporta bajo presión o a lo largo del tiempo.

“El gran poder de la imagen y la calidad de los datos que se pueden extraer de ellas, sin duda, lo convierten en una herramienta imprescindible”, asegura la investigadora del SCAI Inés Ruiz.

Múltiples campos de aplicación

Desde que en septiembre de este año el SCAI de la UMA incorporó esta nueva infraestructura innovadora, más de una decena de investigadores de la Universidad han solicitado utilizarla. Un proyecto sobre problemas cardiacos desarrollado en corazones de embrión de modelos animales; otro relacionado con el enanismo, en el que se está analizando, a nivel morfológico, el fémur de un ratón; así como trabajos en el campo de la botánica o la antropología son algunos de los muchos y diversos ámbitos de aplicación de ‘SkyScan 2214’.

Referencia bibliográfica:

Salcedo, I.R.; Cuesta, A.; Shirani, S.; León-Reina, L.; Aranda, M.A.G. (2021). Accuracy in cement hydration investigations: combined X-ray microtomography and powder diffraction analyses. Materials., 14, 6953. https://doi.org/10.3390/ma14226953