Biochar de hueso de oliva como sustitución de árido fino en hormigón: desarrollo del material, caracterización y análisis de sostenibilidad

Abstract

El elevado consumo de recursos naturales y las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas a la producción de hormigón han impulsado la búsqueda de materiales alternativos que mejoren la sostenibilidad del sector de la construcción. En este contexto, el biochar se presenta como un material de interés debido a su capacidad para actuar como sumidero de carbono y a su potencial para sustituir parcialmente materiales convencionales en matrices cementicias. El presente Trabajo Fin de Estudios evalúa la viabilidad técnica y ambiental del uso de biochar obtenido a partir de hueso de aceituna como sustituto parcial del árido fino natural en hormigón estructural. El estudio se desarrolla en el marco de una colaboración entre la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) y la empresa Carboliva, dedicada a la producción de biochar mediante procesos de pirólisis avanzada. Se diseñaron y fabricaron diferentes mezclas de hormigón con distintos porcentajes de sustitución de biochar, incluyendo un hormigón patrón de referencia. El programa experimental se centró en la caracterización del comportamiento mecánico del hormigón endurecido, analizando la resistencia a compresión, la resistencia a tracción indirecta y el módulo de elasticidad. Asimismo, se realizó un análisis del Potencial de Calentamiento Global (GWP) con el fin de evaluar el impacto ambiental asociado a cada mezcla. Los resultados obtenidos indican que la incorporación de biochar de hueso de aceituna no compromete el comportamiento mecánico del hormigón cuando se emplea en proporciones adecuadas. En particular, se observa una mejora de la resistencia a tracción indirecta y un mantenimiento o incremento del módulo de elasticidad en determinadas mezclas, mientras que la resistencia a compresión se mantiene en valores compatibles con aplicaciones estructurales. Desde el punto de vista ambiental, la sustitución parcial del árido fino por biochar permite reducir de forma significativa la huella de carbono del hormigón. En conjunto, este trabajo demuestra el potencial del biochar de hueso de aceituna como una alternativa viable para el desarrollo de hormigones estructurales más sostenibles.

The high consumption of natural resources and the greenhouse gas emissions associated with concrete production have driven the search for alternative materials to improve the sustainability of the construction sector. In this context, biochar has attracted increasing attention due to its ability to act as a stable carbon sink and its potential to partially replace conventional constituents in cement-based materials. This Final Degree Project evaluates the technical and environmental feasibility of using olive pit biochar as a partial replacement for natural fine aggregate in structural concrete. The study was conducted within the framework of a collaboration between the Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) and the company Carboliva, which specialises in the production of biochar through advanced pyrolysis processes. Several concrete mixtures with different biochar replacement ratios were designed and produced, including a reference concrete. The experimental programme focused on the characterisation of hardened concrete properties, assessing compressive strength, indirect tensile strength and modulus of elasticity. In addition, the Global Warming Potential (GWP) associated with each mixture was analysed to evaluate their environmental impact. The results indicate that the incorporation of olive pit biochar does not adversely affect the mechanical behaviour of concrete when appropriate replacement levels are adopted. In particular, an improvement in indirect tensile strength and a maintenance or increase in the modulus of elasticity were observed in certain mixtures, while compressive strength remained within acceptable ranges for structural applications. From an environmental perspective, the partial replacement of fine aggregate with biochar leads to a significant reduction in the carbon footprint of concrete. Overall, this study demonstrates the potential of olive pit biochar as a viable alternative for the development of more sustainable structural concretes.

L’elevat consum de recursos naturals i les emissions de gasos amb efecte d’hivernacle associades a la producció de formigó han impulsat la recerca de materials alternatius que permetin millorar la sostenibilitat del sector de la construcció. En aquest context, el biochar ha despertat un interès creixent per la seva capacitat d’actuar com a embornal de carboni estable i pel seu potencial per substituir parcialment materials convencionals en matrius cimentoses. Aquest Treball de Fi d’Estudis avalua la viabilitat tècnica i ambiental de l’ús de biochar obtingut a partir de pinyol d’oliva com a substitut parcial de l’àrid fi natural en formigó estructural. L’estudi s’ha desenvolupat en el marc d’una col·laboració entre la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) i l’empresa Carboliva, especialitzada en la producció de biochar mitjançant processos de piròlisi avançada. S’han dissenyat i fabricat diferents mescles de formigó amb diversos percentatges de substitució de biochar, incloent-hi un formigó patró de referència. El programa experimental s’ha centrat en la caracterització del comportament mecànic del formigó endurit, analitzant la resistència a compressió, la resistència a tracció indirecta i el mòdul d’elasticitat. Així mateix, s’ha dut a terme una anàlisi del Potencial d’Escalfament Global (GWP) amb l’objectiu d’avaluar l’impacte ambiental associat a cada mescla. Els resultats obtinguts indiquen que la incorporació de biochar de pinyol d’oliva no compromet el comportament mecànic del formigó quan s’utilitza en proporcions adequades. En particular, s’observa una millora de la resistència a tracció indirecta i un manteniment o increment del mòdul d’elasticitat en determinades mescles, mentre que la resistència a compressió es manté en valors compatibles amb aplicacions estructurals. Des del punt de vista ambiental, la substitució parcial de l’àrid fi per biochar permet reduir de manera significativa la petjada de carboni del formigó. En conjunt, aquest treball demostra el potencial del biochar de pinyol d’oliva com una alternativa viable per al desenvolupament de formigons estructurals més sostenibles.