Evaluación integral del rendimiento ambiental y la durabilidad del hormigón incorporado con biochar

Hormigón más ecológico y resistente para un mundo que se calienta

El hormigón está en todas partes —desde puentes y autopistas hasta torres de apartamentos— y la fabricación de su ingrediente principal, el cemento, libera enormes cantidades de dióxido de carbono. Este estudio explora una idea simple con grandes implicaciones: ¿y si pudiéramos encapsular carbono de origen vegetal dentro del hormigón manteniéndolo resistente y duradero en inviernos severos? Al mezclar una pequeña cantidad de "biochar" derivado de madera en el hormigón, los investigadores buscaron determinar si es posible construir estructuras que sean a la vez más resistentes al daño por congelación y deshielo y notablemente más benignas para el clima.

Convertir residuos de madera en un ingrediente útil

El biochar es un material similar al carbón vegetal producido calentando residuos de madera en condiciones con poco oxígeno. El equipo fabricó un polvo fino a partir de pellets de madera y lo examinó en detalle con microscopios e instrumentos que revelan su área superficial, tamaños de poro y enlaces químicos. Encontraron que las partículas de biochar molidas eran de tamaño similar a los granos de cemento pero repletas de pequeños poros y canales. Estos poros confieren al biochar una alta área superficial interna y la capacidad de retener agua, mientras que su estructura rica en carbono y químicamente estable significa que el carbono que contiene puede permanecer almacenado durante mucho tiempo. En conjunto, estas características hacen del biochar un candidato prometedor para sustituir parcialmente al cemento en el hormigón.

Cómo se mezcló y ensayó el nuevo hormigón

Para ir más allá de pequeños lotes de laboratorio, los investigadores produjeron cuatro mezclas de hormigón a escala real en una planta de dosificación: una mezcla de control estándar y tres mezclas en las que el biochar reemplazó el 3, 5 o 7 por ciento del cemento en peso. Todas las mezclas se diseñaron para alcanzar una resistencia estructural moderada de 24 megapascales, típica en muchos edificios y pavimentos. Se fundieron cilindros y vigas, se curaron en agua durante hasta un año y luego se ensayaron en compresión, flexión, rigidez y resistencia a 300 ciclos rápidos de congelación y deshielo —condiciones similares a las repetidas heladas y deshielos invernales en climas fríos. El equipo también examinó la estructura de poros interna y las microgrietas mediante porosimetría por mercurio y microscopía electrónica de barrido.

Resistencia, fisuración y durabilidad invernal

Los resultados muestran un punto óptimo claro. Cuando se sustituyó entre el 3 y el 5 por ciento del cemento por biochar, el hormigón siguió alcanzando o superando la resistencia de diseño y continuó ganando resistencia a lo largo de un año, aunque algo por debajo de la mezcla sin biochar. Sin embargo, al 7 por ciento de sustitución la resistencia a compresión cayó en más de un tercio, lo que sugiere que se eliminó demasiado cemento. Bajo compresión, el hormigón sin biochar tendía a fallar de forma abrupta con grietas diagonales por cizallamiento, mientras que las mezclas al 3 y 5 por ciento mostraron fisuración más vertical y distribuida —señales de una falla menos frágil. En las pruebas de congelación y deshielo, todas las mezclas funcionaron bien, conservando más del 90 por ciento de su rigidez inicial tras 300 ciclos. Notablemente, el hormigón con 5 por ciento de biochar igualó o superó ligeramente a la mezcla sin biochar en una clasificación estándar de durabilidad y mostró un aumento mucho menor del daño superficial visible con el tiempo, aun cuando su superficie partía con más defectos microscópicos. El biochar poroso parece actuar como una red de “amortiguadores de presión” en miniatura, dando espacio para que el agua que congela se expanda y reduciendo el crecimiento de grietas perjudiciales.

Huella de carbono y uso de energía

Dado que la producción de cemento es tan intensiva en carbono, cada kilogramo de cemento sustituido cuenta. El equipo realizó una evaluación del ciclo de vida de la cuna a la puerta, analizando las emisiones y el uso de energía desde la extracción de materias primas hasta la producción del hormigón. A medida que aumentó la proporción de biochar, el impacto sobre el calentamiento global por metro cúbico de hormigón disminuyó de forma sostenida. Con un 7 por ciento de biochar, la huella de carbono calculada fue aproximadamente un 28 por ciento menor que la de la mezcla sin biochar, gracias en parte a la capacidad del biochar para almacenar carbono captado por los árboles. La demanda energética también descendió al usarse más biochar, ya que producir biochar en las condiciones estudiadas requirió menos energía no renovable que producir la misma masa de cemento. Poner en balance estas ganancias ambientales frente a la pérdida de resistencia medida apunta a un rango óptimo de sustitución de aproximadamente el 3 al 5 por ciento.

Qué significa esto para los edificios del futuro

Para el público general, la conclusión es sencilla: reemplazando una pequeña porción del cemento por biochar finamente molido a base de madera, es posible fabricar un hormigón lo bastante resistente para estructuras de uso cotidiano, que resiste bien la congelación y el deshielo repetidos y presenta una carga de carbono notablemente menor. El estudio sugiere que una dosis moderada de biochar —alrededor del 3 al 5 por ciento del cemento— ofrece el mejor equilibrio, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero sin sacrificar la durabilidad. Si se adopta ampliamente y se ajusta a escala real de construcción, este enfoque podría ayudar a transformar al hormigón de un gran problema climático en un material de construcción más consciente del clima, a la vez que da nueva vida a residuos de madera que de otro modo podrían quemarse o desecharse.

Cita: Kang, SB., Woo, JS., Pyo, M. et al. Comprehensive evaluation of the environmental performance and durability of biochar-incorporated concrete. Sci Rep 16, 10803 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45887-2

Palabras clave: hormigón con biochar, materiales bajos en carbono, durabilidad frente a congelación y deshielo, secuestro de carbono, construcción sostenible