El equipo del profesor Sun Xiaohui de la Universidad de Shenzhen (China), en colaboración con el equipo del profesor H.J.H. Brouwers de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (Países Bajos), publicó un estudio en la revista Cement and Concrete Composites en el que proponen de forma innovadora la tecnología de recubrimiento carbonatado (CC), diseñando por primera vez un árido con estructura de núcleo y cáscara CaCO₃@IBA, produciendo simultáneamente carbonato de calcio precipitado (PCC) de alto valor añadido.
La producción mundial anual de residuos sólidos urbanos ya alcanza los 2010 millones de toneladas, y se prevé que aumente a 3.400 millones de toneladas para 2050. Las cenizas de fondo de incineración (IBA) representan el 80% del peso total de los residuos de incineración, y solo en Europa se generan hasta 20 millones de toneladas al año. El vertido tradicional no solo desperdicia recursos terrestres, sino que también pierde el potencial de valorización de residuos sólidos, mientras que la sustitución directa de áridos naturales en materiales de construcción conlleva el riesgo de lixiviación de contaminantes como metales pesados, iones de cloruro y sulfatos. Las tecnologías de carbonatación existentes presentan deficiencias comunes como la baja eficiencia de captura de carbono, la solidificación incompleta de contaminantes y la dificultad para controlar las sales solubles.
El equipo de investigación tomó como objeto cenizas finas de fondo altamente contaminadas con un tamaño de partícula inferior a 2 mm, y mediante una reacción de carbonatación en fase líquida, hizo crecer in situ una capa de CaCO₃ en la superficie de las partículas de ceniza, formando una estructura de núcleo y cáscara CaCO₃@IBA. Esta tecnología logra una fijación de CO₂ de hasta 246,45 mg/g de IBA, con una eficiencia de solidificación del 90% para Zn, del 49% para Cu y del 30% para iones de cloruro. Combinando un modelo de superficie de recubrimiento modificado, el estudio dilucidó la cinética de la reacción de recubrimiento carbonatado y el mecanismo de formación de la estructura de núcleo y cáscara; mediante ensayos de lixiviación y simulaciones de dinámica molecular, se reveló el mecanismo de solidificación conjunta de contaminantes por triple vía: encapsulación física, precipitación de carbonatos y coprecipitación en la red cristalina.
La verificación del rendimiento de la aplicación mostró que, al utilizar el árido CaCO₃@IBA como sustituto de la arena natural, la resistencia a la compresión del mortero con una dosificación del 30% fue más de un 16% superior a la de las cenizas de fondo sin tratar, y los valores de lixiviación de contaminantes del mortero endurecido cumplieron con los límites establecidos en la normativa correspondiente para materiales de construcción. El diseño del proceso completo a escala industrial, basado en el tratamiento diario de 100 toneladas de cenizas de fondo de incineración, puede fijar simultáneamente el CO₂ de los gases de combustión de la incineración de residuos. El análisis de rentabilidad realizado mediante simulación de Monte Carlo mostró que el beneficio neto medio durante el período de operación de 10 años del proyecto alcanza los 32,9 millones de euros, con un período de recuperación de la inversión de solo 2,11 años. Los resultados de la evaluación del ciclo de vida indicaron que cada tonelada de producto puede reducir el potencial de calentamiento global en 30,8 kg de CO₂ equivalente.