Num grande avanço em direção à construção sustentável, pesquisadores da Universidade de Cambridge desenvolveram um método revolucionário para produzir concreto de baixa emissão usando fornos elétricos a arco. Este método não só recicla cimento, mas também promete reduções significativas nas emissões de CO2. Se for amplamente adotado e alimentado por energias renováveis, poderá levar à produção de cimento com emissões zero.
Os investigadores de Cambridge desenvolveram um método inovador para produzir betão com baixas emissões, revolucionando potencialmente a indústria da construção e ajudando os esforços globais para alcançar emissões líquidas zero.
Pesquisadores da Universidade de Cambridge criaram um método para produzir concreto com baixas emissões em larga escala, um avanço que poderia impactar significativamente a mudança para emissões líquidas zero. Este método, descrito pelos pesquisadores como “um milagre absoluto”, utiliza fornos elétricos de arco – comumente usados na reciclagem de aço – para reciclar também cimento, um importante elemento do concreto com alto teor de carbono.
O concreto é o segundo material mais utilizado no planeta, depois da água, e é responsável por aproximadamente 7,5% do total das emissões antropogênicas de CO₂. Uma forma escalável e económica de reduzir as emissões concretas e, ao mesmo tempo, satisfazer a procura global é um dos maiores desafios de descarbonização do mundo.
Os pesquisadores de Cambridge descobriram que o cimento usado é um substituto eficaz para o fluxo de cal, que é usado na reciclagem do aço para remover impurezas e normalmente acaba como um resíduo conhecido como escória. Mas ao substituir a cal pelo cimento usado, o produto final é o cimento reciclado que pode ser usado para fazer concreto novo.
O método de reciclagem de cimento desenvolvido pelos pesquisadores de Cambridge, relatado na revista Naturezanão acrescenta quaisquer custos significativos à produção de betão ou aço e reduz significativamente as emissões tanto do betão como do aço, devido à menor necessidade de fluxo de cal.
Testes e potencial para emissão zero
Testes recentes realizados pelo Instituto de Processamento de Materiais, parceiro do projeto, mostraram que o cimento reciclado pode ser produzido em escala em forno elétrico a arco (EAF), sendo a primeira vez que isso é conseguido. Eventualmente, este método poderia produzir cimento com emissão zero, se o EAF fosse alimentado por energia renovável.
“Realizámos uma série de workshops com membros da indústria da construção sobre como poderíamos reduzir as emissões do sector”, disse o professor Julian Allwood, do Departamento de Engenharia de Cambridge, que liderou a investigação. “Muitas ideias excelentes surgiram dessas discussões, mas uma coisa que eles não podiam ou não queriam considerar era um mundo sem cimento.”
Fotografias da primeira produção de cimento elétrico em um forno elétrico a arco no Materials Processing Institute, Reino Unido. Crédito: Instituto de Processamento de Materiais
O concreto é feito de areia, cascalho, água e cimento, que serve como aglutinante. Embora seja uma pequena proporção de concreto, o cimento é responsável por quase 90% das emissões de concreto. O cimento é produzido através de um processo denominado clínquer, onde o calcário e outras matérias-primas são triturados e aquecidos a cerca de 1.450°C em grandes fornos. Este processo converte os materiais em cimento, mas libera grandes quantidades de CO₂ à medida que o calcário se descarboniza em cal.
Desafios com materiais alternativos
Ao longo da última década, os cientistas têm investigado substitutos para o cimento e descobriram que cerca de metade do cimento no betão pode ser substituído por materiais alternativos, tais como cinzas volantes, mas estas alternativas precisam de ser activadas quimicamente pelo cimento restante, a fim de para endurecer.
“É também uma questão de volume – não temos fisicamente estas alternativas suficientes para acompanhar a procura global de cimento, que é de cerca de quatro mil milhões de toneladas por ano”, disse Allwood. “Já identificámos os frutos mais fáceis de alcançar que nos ajudam a utilizar menos cimento através de uma mistura e mistura cuidadosas, mas para chegarmos a zero emissões, precisamos de começar a pensar fora da caixa.”
“Tive uma vaga ideia de trabalhos anteriores de que se fosse possível triturar concreto velho, retirando a areia e as pedras, aquecer o cimento removeria a água e então formaria clínquer novamente”, disse o primeiro autor, Dr. , também do Departamento de Engenharia. “Um banho de metal líquido ajudaria nessa reação química, e um forno elétrico a arco, usado para reciclar aço, parecia uma forte possibilidade. Tínhamos que tentar.”
Fotografias da primeira produção de cimento elétrico em um forno elétrico a arco no Materials Processing Institute, Reino Unido. Crédito: Instituto de Processamento de Materiais
O processo de clínquer requer calor e a combinação certa de óxidos, todos presentes no cimento usado, mas que precisam ser reativados. Os pesquisadores testaram uma série de escórias, feitas de resíduos de demolição e adicionadas de cal, alumina e sílica. As escórias foram processadas no EAF do Materials Processing Institute com aço fundido e resfriadas rapidamente.
“Descobrimos que a combinação de clínquer de cimento e óxido de ferro é uma excelente escória siderúrgica porque forma espuma e flui bem”, disse Dunant. “E se você acertar o equilíbrio e resfriar a escória com rapidez suficiente, você acaba com cimento reativado, sem agregar nenhum custo ao processo de fabricação do aço.”
O cimento produzido através deste processo de reciclagem contém níveis mais elevados de óxido de ferro do que o cimento convencional, mas os investigadores dizem que isto tem pouco efeito no desempenho.
O processo Cambridge Electric Cement tem vindo a crescer rapidamente e os investigadores dizem que poderão produzir mil milhões de toneladas por ano até 2050, o que representa cerca de um quarto da actual produção anual de cimento.
“Produzir cimento com emissões zero é um milagre absoluto, mas também temos que reduzir a quantidade de cimento e concreto que usamos”, disse Allwood. “O concreto é barato, forte e pode ser feito em praticamente qualquer lugar, mas usamos muito dele. Poderíamos reduzir drasticamente a quantidade de betão que utilizamos sem qualquer redução na segurança, mas é necessária vontade política para que isso aconteça.
“Além de ser um avanço para a indústria da construção, esperamos que a Cambridge Electric Cement também seja uma bandeira para ajudar o governo a reconhecer que as oportunidades de inovação na nossa jornada para emissões zero se estendem muito além do sector energético.”
Os pesquisadores registraram uma patente do processo para apoiar sua comercialização. A pesquisa foi apoiada em parte pelo Innovate UK e pelo Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas (EPSRC), parte da Pesquisa e Inovação do Reino Unido (UKRI).
