Foto: La Torre Khalifa Burj en Dubái (828 m de altura, 163 plantas, 330.000 m3 de hormigón utilizado), hizo uso de productos innovadores basados en productos químicos innovadores.

La industria química sigue siendo una de las fuerzas motrices del mundo. A pesar de la crisis de 2008-09, las ventas de productos químicos en todo el mundo continúan aumentando a un ritmo muy rápido (+2.9% en 2000-2014). Desde una perspectiva de mediano y largo plazo, la demanda mundial de productos químicos seguirá creciendo. Por un lado, el consumo de productos químicos en los países emergentes seguirá aumentando y, por el otro, el impulso hacia el crecimiento sostenible aumentará también el consumo de productos químicos en los países desarrollados no solo en términos de valor (debido al creciente contenido tecnológico de los productos químicos), sino también en términos de volumen (debido a un auge en el uso de productos químicos en las industrias usuarias). Actualmente es un hecho comprobado y bien conocido por el público en general y las empresas, que los productos químicos sostenibles serán decisivos para el futuro del planeta en la batalla contra el calentamiento global, que fue el centro de los debates en la Conferencia de París de 2015 sobre el Cambio Climático (véase Realtà Internacional Mapei N.º 56). La investigación y la innovación en la industria química han asumido el reto de limitar y reducir el impacto ambiental causado por los productos y procesos, y ya han logrado resultados satisfactorios. La industria química es un sector de «innovación difusa » en el que no solo las grandes empresas, sino también una gran cantidad de pequeñas y medianas empresas se dedican a la investigación y la creación de asociaciones científicas con organismos de investigación y universidades.

LA INDUSTRIA QUÍMICA Y LA CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE

En la actualidad existen miles de productos químicos utilizados a diario por la industria de la construcción, en todo el mundo. Los productos químicos son esenciales para la fabricación de pinturas, pigmentos, adhesivos para la piedra natural, cerámica y materiales resistentes, y para selladores y productos y sistemas de impermeabilización. Incluso en los casos en que los componentes principales son el cemento y los áridos (grava y arena), como por ejemplo en la construcción de morteros y hormigones, productos químicos (ya sean orgánicos o inorgánicos) juegan un papel crucial en dotar a las distintas mezclas cementosas de sus características específicas de rendimiento, lo que de otra forma sería imposible de lograr. Un ejemplo perfecto de su importancia está representado por los superplastificantes, hechos a partir de polímeros sintéticos de base acrílica, que cuando se agregan en pequeños porcentajes a mezclas de hormigón frescas, tienen un notable efecto sobre sus propiedades reológicas, permitiendo que el hormigón se bombee a largas distancias y niveles altos. Además, con estos tipos de mezcla, la cantidad de agua necesaria para la mezcla y la colocación de hormigón es considerablemente menor y, una vez endurecido, el hormigón se caracteriza por una durabilidad y propiedades mecánicas muy superiores. Estos aditivos supusieron una verdadera revolución en el sector de las grandes construcciones y permitió la construcción de estructuras tales como la torre Burj Khalifa en Dubái (EAU), que de otro modo nunca se habrían construido  El desarrollo sostenible requiere materiales que ofrezcan mejores resultados, un uso más racional de los recursos naturales, una mayor eficiencia energética, una reducción de los niveles de exposición a sustancias tóxicas y profesionales altamente cualificados con un adecuado poder de compra. En el sector de los productos químicos para la industria de la construcción, la innovación tecnológica es una de las herramientas utilizadas para lograr estos objetivos. A través de la innovación, es posible mejorar la calidad y la «salubridad » de los productos y reducir su coste. La tecnología innovadora se utiliza para reducir la contaminación, minimizar los niveles de residuos y reducir la cantidad de energía necesaria para extraer materiales y tratarlos durante los procesos industriales. Por último, también hace que sea posible reducir/eliminar la cantidad de sustancias nocivas que contienen, lo que les permite reciclarse y reutilizar seria para extraer materiales y tratarlos durante los procesos industriales. Por último, también hace que sea posible reducir/eliminar la cantidad de sustancias nocivas que contienen, lo que les permite reciclarse y reutilizarse.

INNOVACIÓN RADICAL E INCREMENTAL

Existen varios tipos de innovación tecnológica. Por un lado tenemos la innovación incremental, que tiene como objetivo la mejora progresiva y la extensión de las tecnologías y productos existen- tes. Por otro lado, tenemos un proceso llamado innovación radical, un proceso discontinuo que, muy a menudo, implica sustituir, en lugar de transformar, la tecnología bien establecida con las tecnologías emergentes. La innovación radical, sin embargo, rara vez es el resultado de un momento de inspiración o de buena suerte; es por lo general el resultado de un largo y arduo proceso que a menudo implica riesgos técnicos y económicos (¿funcionará y cuánto costará?). No solo eso, por lo general, el primer intento de innovación radical dista mucho de ser perfecto. Al final, su éxito depende casi siempre de mejorar, perfeccionar, modificar y desarrollar el soporte tecnológico, el cambio de la estructura de una empresa y, por último pero no menos importante, el consenso popular para la propia innovación. En vista de esto, la innovación radical debe ser entendida como un proceso en lugar de un evento [1]. Una parte intrínseca de la innovación radical es el concepto de discontinuidad tecnológica, un proceso derivado de la tecnología emergente con la capacidad para llevar el valor/rendimiento como mínimo a un orden de magnitud superior a la de la tecnología existente [2]. Esta es la razón por la cual la investigación industrial necesita interactuar estrechamente con la comunidad científica: para identificar, con antelación, qué innovación científica podría utilizarse para generar tecnología emergente con la capacidad de reemplazar la tecnología bien establecida e introducir innovaciones radicales, proporcionando a los propietarios de tales innovaciones una ventaja en el mercado.

EJEMPLOS DE INNOVACIÓN INCREMENTAL

Se ha trabajado mucho, y todavía se está haciendo, para eliminar las sustancias nocivas de los productos químicos utilizados en la industria de la construcción. Muchos tipos de disolventes han sido completamente eliminados de los productos y han sido reemplazados por agua, sin por ello modificar sus propiedades y, en muchos casos, incluso mejorando sus actuaciones. Esta transformación ha sido a menudo acelerada por la liberación de normas específicas des- tinadas a proteger el medio ambiente y la salud, poniendo de relieve el importan- te papel de las regulaciones y políticas ambientales para la sostenibilidad de los productos. Un ejemplo de ese cambio está representado por los productos utilizados para la construcción de interiores que podrían tener un efecto sobre la calidad del aire en nuestros hogares. En los últimos años se han introducido numerosas etiquetas en Europa y en todo el mundo para certificar productos con niveles bajos de emisión que ayudan a garantizar la buena calidad del aire interior. En Europa, se ha introducido un sistema de clasificación voluntaria de productos (EMICODE) basado en las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (VOC), con marcados específicos emitidas por GEV (Gemeinschaft Emissions kontrollierte Verlegewerkstoffe, Klebstoffe und Bauprodukte e.V.),una organización alemana que controla las emisiones de los productos para suelos, adhesivos y materiales de construcción. El nivel de emisión de VOC de los diversos productos se evalúa mediante una cámara ambiental que mide la concentración de compuestos orgánicos volátiles liberados en el entorno. Los productos evaluados incluyen líquidos (imprimador), polvos (productos autonivelantes, morteros, lechadas cementosas), pastas (adhesivos para pavimentos flexibles y de madera, lechadas epoxídicas), selladores y barnices para parqué. Se coloca una muestra del producto con una superficie conocida sobre una placa de vidrio no absorbente, se pesa y se transfiere después inmediatamente a la cámara de simulación ambiental. La relación entre el área de la muestra y el volumen de la cámara es muy importante, ya que simula la situación real en una sala(relación del volumen pavimento/sala). La temperatura y la humedad relativa en la cámara están bien controlados(T=23°C y R.H.=50%) y la cámara de prueba se ventila de forma continuada con aire limpio. Esto permite que el aire en la cámara se reemplace por completo cada 2 horas. Después de 3 y 28 días, bombas especiales extra en una muestra del aire de la cámara y la dirigen a unos tubos especiales que pueden retener todos los VOC. A continuación se examinan mediante un analizador de cromatografía de gases de alta resolución (HRGC/MS) para obtener la calidad/cantidad, medidas en •g/m3, de los compuestos orgánicos volátiles (VOC) presentes en el aire de la cámara. Los límites máximos de emisión permitidos para compuestos orgánicos volátiles es de 1000 •g/m3después de 3 días y 100 •g/m3 después de 28 días de acuerdo con la certificación EMICODE EC1, y 750 •g/ m3 después de 3 días y 60 •g/m3 después de 28 días según la certificación EMICODE EC1 PLUS. La mayoría delos productos Mapei, incluyendo imprimadores, morteros autonivelantes, adhesivos cementosos, adhesivos para materiales flexibles, selladores y barnices para parqué, cumplen con estas normas y cuentan con la certificación GEV-EMICODE.

EJEMPLOS DE INNOVACIÓN RADICAL

El hormigón se fabrica a un ritmo de10 mil millones de m3 por año, y es en gran medida el material más ampliamente utilizado del planeta [3]. Por distintas razones, alrededor del 2% del hormigón premezclado producido no llega a utilizarse (unos 200 millones de toneladas anuales) y se devuelve a las plantas fabricación de hormigón en camiones hormigonera, lo que plantea un grave problema. No siempre es posible reciclar el hormigón devuelto y reutilizarlo para la fabricación de otros productos. Como resultado, el hormigón devuelto es a menudo depositado en vertederos que, aparte de las implicaciones económicas, tiene un importante impacto negativo sobre el medio ambiente. RE-CON ZERO y RECON ZERO EVO [4], los nuevos aditivos desarrollados por Mapei a base de polímeros super absorbentes y sales reactivas, permiten transformar en pocos minutos el hormigón devuelto, no utiliza-do, en áridos (arena y grava), los cuales pueden ser rápidamente reciclados para hacer hormigón nuevo, sin generar residuos ni subproductos La «huella de carbono» con esta nueva tecnología de reciclaje es 100 veces menor en comparación con la eliminación en vertederos. Por otra parte, el hormigón devuelto es totalmente reciclado en la misma cadena de producción, reduciendo así el consumo de áridos naturales y los cos- tes de eliminación de residuos, conforme a los principios de la «economía circular».

DISCONTINUIDAD TECNOLÓGICA

El nacimiento de la nanotecnología se remonta a un famoso discurso pronunciado por Richard Feynman el 29 de diciembre de 1959, en el Instituto de Tecnología de California, titulado «There’splenty of room at the bottom» (Hay mucho espacio al fondo), en el que hablaba de la manipulación de materiales a escala atómica. Desde entonces, la nanotecnología se ha convertido en un factor de discontinuidad en muchas áreas de la tecnología industrial, gracias a la disponibilidad de nuevos productos y materiales de ingeniería a escala atómica, caracterizados por nuevas propiedades y niveles superiores de rendimiento. Un ejemplo de nanotecnología aplicada a la industria dela construcción está representado por los nuevos polímeros inorgánicos de silicato que, al añadirlos a las mezclas cementosas, permiten controlar la velocidad de la reacción del cemento con el agua, dirigiendo de este modo el crecimiento de los productos de hidratación del cemento hacia la formación de una nano estructura mucho más compacta y duradera [5] (Figura 4). Estos polímeros son la base de MAPEFAST ULTRA, un nuevo aditivo desarrollado en los laboratorios de I+D de Mapei que acelera considerablemente el desarrollo dela resistencia mecánica de las mezclas cementosas y elimina el curado al va- por en las plantas de hormigón prefabricado, con considerables ventajas económicas y ambientales. Mediante la aplicación de los criterios de LCA(Life Cycle Assessment o Evaluación del ciclo de vida), se ha podido calcular que, mediante el uso de MAPEFASTULTRA, el nivel de emisiones de CO2 es un 12% menor que en el mismo artículo fabricado utilizando la tecnología convencional y curado al vapor. Además, el proceso de nucleación homogénea de los productos de hidratación de cemento inducidos por la nueva mezcla tiene lugar en los capilares de la pasta cementosa en lugar de en la superficie de los granos de cemento como en el caso de mezclas normales. Esto hace que el hormigón endurecido sea menos permeable al agua bajo presión y aumenta la durabilidad de los elementos del hormigón. DE PRODUCTOS A SISTEMAS Un solo producto no siempre es capaz de alcanzar los niveles de rendimiento requeridos, incluso cuando se formula específicamente. Por ejemplo, no hay materiales o productos que, al utilizarse solos, sean capaces de resolver eficazmente el problema de aislamiento térmico de los edificios. Para este tipo de aplicación, Mapei ha desarrollado MAPETHERM, un sistema de productos compuesto de diferentes tipos de material aplicado en varios espesoresque trabajan juntos para garantizar unos resultados excelentes y de larga duración(Figura 3). Además de este ejemplo, Mapei ha desarrollado sistemas para el aislamiento sonoro de cuartos (como MAPESONICCR y MAPESILENT), para el refuerzo de estructuras (MAPEWRAP) y la me- jora de edificios para proporcionar protección en caso de actividad sísmica (MAPEWRAP EQ). También se han desarrollado sistemas para repara rmampostería (MAPE-ANTIQUE), para la impermeabilización de superficies (MAPELASTIC) o el acabado de paredes (SILANCOLOR, SILEXCOLOR y QUARZOLITE). Todos estos sistemas permiten ofrecer al mercado soluciones a problemas que incluyen una garantía para sus clientes.

CONCLUSIONES

El progreso de la industria de la construcción hacia un futuro sostenible está estrechamente vinculado a las innovaciones en el sector de los productos químicos. No solo es necesario que el desarrollo de la tecnología sostenible en este sector proceda paso a paso, mejorando los productos existentes y haciendo que sean cada vez más saludables. También debe realizar este desarrollo centrándose en la innovación radical basada en la investigación científica y el conocimiento en profundidad de la tecnología emergente. Marco Squinzi, Giorgio Ferrari y Amilcare Collina.Laboratorios I+D de Mapei SpA.

Bibliografía

[1] Slocum, A., Rubin E.S., “Understanding radical technology innovation and its application to CO2 capture R&D: interim report”, Volume 1 – Literature Review, report 5-30-2008, Carnegie Mellon University

[2] Tushman, M.L. and Anderson, P., “Technological discontinuities and organizational environments”, Administrative Science Quarterly, 31(3), 1986, 439-465,

[3] World Building Council for Sustainable Development, Cement Industry Energy and CO2 Performance: Getting the Numbers Right, 2010, 43 pp. http://www.wbcsd.org/

[4] WO2012/084716, Method for producing aggregates from cement composition

[5] WO2015/086453, Accelerating admixture for cementitious compositions