El G-Biochar como biomaterial para la construcción

El biocarbón posee una notable capacidad técnica para actuar como relleno en múltiples materiales de construcción, como el cemento, el hormigón, el mortero, el asfalto, etc.

 

Se puede utilizar como sustituto del cemento o de los áridos, generalmente de los finos, como la arena. Concretamente, las publicaciones científicas apuntan a que puede sustituir entre el 1% y el 2% del cemento, entre el 10% y el 15% de los áridos en hormigón, hasta el 60% de los áridos en mortero y hasta el 10% en asfaltos, sin que las propiedades mecánicas como la resistencia a la compresión se vean influenciadas.

A mayor porcentaje de sustitución, otras propiedades como la durabilidad, el aislamiento térmico y acústico o la captura de CO2 podrían verse incrementadas, pero probablemente a costa de un detrimento en las propiedades mecánicas, por lo que se recomendaría para estas mezclas usos protectores, aislantes u ornamentales, en vez de puramente estructurales.

 

El G-biochar tiene propiedades únicas que lo convierten en un biomaterial muy interesante, además de respetuoso, para la industria de la construcción:

 

• Hasta determinado porcentaje de sustitución, puede mejorar las propiedades mecánicas como la resistencia a la compresión o elasticidad.
• Su baja densidad disminuye el peso de los materiales finales.
• Es un material refractario, es decir, perdura en el tiempo sin degradarse, con gran estabilidad química, térmica y biológica. Muy apto para materiales duraderos.
• La estructura porosa del G-Biochar puede ayudar a transferir el estrés dentro del material, mejorando así sus propiedades mecánicas.
• Esta misma estructura porosa convierte al G-Biochar en un fantástico aislante acústico, incluso cuando se mezcla en porcentajes tan bajos como el 5%.
• La estructura porosa retiene el agua, permitiendo que el proceso de curado del cemento, hormigón o mortero se realice de adentro hacia afuera, y aunque tarda un poco más, consigue mejores resultados al evitar la evaporación del agua superficial, que genera grietas que afectan la longevidad del material.
• La alta porosidad y la gran concentración de grupos funcionales le otorgan una gran superficie específica y una buena capacidad de reacción con otros materiales.
• Es una materia prima renovable, abundante y respetuosa con el medio ambiente.
• El G-Biochar está considerado por la comunidad científica internacional como un sumidero de carbono y una herramienta de mitigación del cambio climático. Su uso en materiales de construcción reduce la huella de carbono y la huella ambiental.

 

In the same way, it can be used to improve both mechanical properties and carbon footprint of asphalt, as well as to reduce the harmful gases emitted during its production. This occurs because biochar facilitates the union between the different asphalt compounds at high temperatures, by improving the performance of asphalt binders.

 

A nivel medioambiental y de salud, encontrar alternativas para sustituir al cemento o a los áridos es crucial. La arena pura y el cemento son los materiales más utilizados sólo después del agua, en este orden.

 

Se produce el doble de cantidad de cemento al año que todo el plástico generado desde su invención.

Es responsable del 4 al 8% de las emisiones de CO2 mundial. La producción de cemento mundial es la segunda fuente de emisiones de gases invernadero, sólo superada por China. Su proceso de producción es uno de los mayores consumidores de agua industrial. Las cementeras se han identificado como una de las principales fuentes de emisión de contaminantes aéreos peligrosos relacionados con enfermedades serias, como metales, dioxinas, PAHs, material particulado, benceno y bifenilos policlorados (PCBs).

 

La arena empleada en construcción necesita un tamaño y pureza adecuados para agregarse con los demás componentes de las mezclas de materiales de construcción. Por ello, la arena de los desiertos (demasiado erosionada por la acción eólica) y la del mar (demasiada salinidad) no son válidas. En todo caso, la arena del mar debe someterse a pretratamientos desalinizadores antes de poder usarse.

 

La formación de la arena se trata de un proceso lento que requiere miles de años, y la creciente demanda es innegablemente superior a su capacidad de regeneración. El progresivo agotamiento de las canteras terrestres ha hecho que aumenten la explotación en ríos y mares, un hecho que afecta gravemente a los sistemas bentónicos de todo el planeta, destruyendo los ecosistemas y generando enormes pérdidas de fauna y flora acuáticas.

 

Las previsiones apuntan a que las superficies edificadas del mundo se duplicarán en los próximos 30 años, por lo que comenzar a utilizar biomateriales alternativos es más una necesidad que una opción.

 

A continuación, recomendamos una serie de publicaciones científicas que profundizan sobre los principales aspectos aquí tratados, analizando los efectos de la adición de biochar al cemento o como sustituto de parte del agregado fino, sobre las propiedades mecánicas, de durabilidad, de aislamiento y sus beneficios ambientales.

 

Zhao Z, El-Naggar A, Kau J, Olson C, Tomlinson D, Chang SX. Biochar affects compressive strength of Portland cement composites: a meta-analysis. Biochar. 2024;6(1):21. doi: 10.1007/s42773-024-00309-2. Epub 2024 Mar 6. PMID: 38463456; PMCID: PMC10917841.

 

Supunsala Senadheera S, Gupta S, Wei Kua H, Hou D, Kim S, Tsan DCW, Sik Ok Y. Application of biochar in concrete – A review. Cement and Concrete Composites 2023. Volume 143,105204,ISSN 0958-9465,

https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2023.105204.

 

Turovaara M. Civil Engineering, master’s level 2022. The effect of high-ratio biochar replacement in concrete on performance properties. https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1642468/FULLTEXT01.pdf

 

Mota-Panizio, R.; Carmo-Calado, L.; Assis, A.C.; Matos, V.; Hermoso-Orzáez, M.J.; Romano, P.; Gonçalves, M.; Brito, P. Properties and Uses of Biochars Incorporated into Mortars. Environments 2023, 10, 47. https://doi.org/10.3390/environments10030047

 

Praneeth S, Saavedra L, Zeng M, Dubey BK, Sarmah AK. Biochar admixtured lightweight, porous and tougher cement mortars: Mechanical, durability and micro computed tomography analysis. Science of The Total Environment Volume 750. 2021. ISSN 0048-9697. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142327.

 

Restuccia L, Ferro GA. Promising low cost carbon-based materials to improve strength and toughness in cement composites. Construction and Building Materials. Volume 126. 2016. Pages 1034-1043. ISSN 0950-0618. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.09.101.

 

Maljaee, H., Madadi, R., Paiva, H., Tarelho, L.A., Morais, M.M., & Ferreira, V.M. (2021). Sustainable lightweight mortar using biochar as sand replacement. European Journal of Environmental and Civil Engineering, 26, 8263 – 8279. DOI:10.1080/19648189.2021.2021998

 

Cuthbertson D, Berardi U, Briens C, Berruti F. (2019) Biochar from residual biomass as a concrete filler for improved thermal and acoustic properties. Biomass and Bioenergy, 120. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2018.11.007

 

Ye, P., Guo, B., Qin, H. et al. The state-of-the-art review on biochar as green additives in cementitious composites: performance, applications, machine learning predictions, and environmental and economic implications. Biochar 7, 21 (2025). https://doi.org/10.1007/s42773-024-00423-1