Concreto limpo: Tornando os alicerces da sociedade sustentáveis
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Atualizado em: 28 Jun 2021
https://climatescience.org/pt/advanced-concrete-climate-sustainable/
O que é o concreto e porque precisamos dele?
O concreto é um forte, duradouro e versátil material de construção civil que tem sido extremamente importante na criação e expansão de cidades em todo o mundo 
. A procura mundial por esse material é enorme:
Na verdade, o concreto só perde para a água como material mais consumido no planeta ! Infelizmente, isso significa que a produção de concreto é responsável pelos altíssimos 8% das emissões globais de CO₂ .
O concreto é o segundo material mais consumido no planeta
Como é feito o concreto?
O concreto tem três componentes principais: agregados (uma mistura de areia, brita e cascalho), uma pasta feita de água e cimento, e ar !
De que é composto o concreto?
O cimento é um elemento-chave para o concreto . Ele é feito de gipsita, que é um mineral macio, e clínquer – um sólido irregular feito a partir da queima de carbonato de cálcio e outros óxidos em um forno .
O que tem no cimento ?
O clínquer é formado por uma reação química chamada de calcinação de calcário . Nesse processo, o carbonato de cálcio (CaCO₃ ou calcário) é transformado em óxido de cálcio (CaO) e dióxido de carbono (CO₂) .
Como é feito o clínquer ?
Quais são os impactos ambientais do concreto e do cimento?
Todos esses fatores são impactos da indústria do concreto e cimento e existem em escala local, regional e global.
- Impactos locais: durante o processo de calcinação calcária, a poeira do forno de cimento (CKD, da sigla em inglês) é liberada . Quando não coletada adequadamente, a CKD pode poluir a água, o solo e o ar . Pode também causar queimaduras na pele, danos aos olhos e até mesmo irritação respiratória ou câncer, visto que é suficientemente pequena para ser inalada .
- Impactos regionais: durante a fabricação do cimento, a queima de combustível emite dióxido de enxofre (SO₂) e óxidos de nitrogênio (NOx) , que são grandes contribuintes da chuva ácida .
- Impactos globais: em uma média global, a produção de 1 kg de cimento gera aproximadamente 0,81 kg de CO₂ .
Surpreendentemente, a maior parte do seu impacto provém da produção de cimento, que representa 90% das emissões provenientes do concreto .
Cerca de 30% a 40% das emissões diretas de CO₂ vêm da queima de combustível para produção de eletricidade e calor. 50% a 70% são liberados do calcário durante o processo de calcinação de pedra calcária (produção de cimento) descrito acima . As emissões restantes (até 10%) são consideradas emissões indiretas e são geralmente causadas pelo transporte .
Criando cimento e concreto sustentáveis
Prevê-se que a procura mundial por cimento aumente 30% até 2040 . Se não fizermos algo a respeito das emissões de CO₂ provenientes da atual produção de concreto, o crescimento dessa indústria será um dos principais contribuintes para as mudanças climáticas .
Precisamos reduzir, rapidamente, as emissões provenientes do cimento!
Podemos fazer concreto sem emitir CO₂?
Segundo o Acordo de Paris, para limitar o aumento da temperatura global a 2 °C, as emissões diretas de CO₂ provenientes da produção de cimento e concreto precisam ser reduzidas em 25% até 2050 .
As soluções mais promissoras incluem :
- Melhorar a eficiência energética
- Utilizar combustíveis alternativos
- Utilizar diferentes materiais de clínquer
- Implementar captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS, da sigla em inglês)
- Utilizar cimentos neutros em carbono
Como podemos tornar o concreto mais sustentável ?
1. Melhorar a eficiência energética: melhorias na eficiência energética durante a produção de cimento poderiam reduzir as emissões diretas de CO₂ em até 12% . Cerca de 65% da demanda de energia térmica vêm do forno, onde ela é absorvida pelas reações necessárias para transformar pedra calcária em clínquer, enquanto os aproximadamente 35% restantes são usados para secar o calcário .
Como podemos reduzir a demanda de energia? Existem algumas opções:
Reduzindo a demanda por energia na produção de concreto
Fornos de processo a seco: o calcário é exposto a um pré-aquecedor a seco para reduzir sua umidade , para que menos calor seja necessário para evaporar a água e o calcário possa ser submetido a uma calcinação mais rápida .
Recuperação do Excesso de Calor (EHR, da sigla em inglês): durante todo o processo de produção do cimento há um enorme desperdício de calor que pode ser facilmente coletado e reutilizado .
Reduzir a demanda elétrica na moagem do cimento: ao longo da fabricação do cimento, a maior demanda elétrica vem da sua moagem (31% a 44%) . Nos últimos 100 anos, as usinas têm utilizado moinhos de bola para o processo de moagem do cimento e das matérias-primas, mas eles consomem cerca de 30 kWh por tonelada de material alimentado . Essa quantidade de energia poderia abastecer uma casa comum no Reino Unido por quase três dias !
Felizmente existem alternativas que consomem menos energia. Os rolos de moagem de alta pressão (HPGR, da sigla em inglês) quebram o cimento quando expostos a altas pressões entre dois rolos, criando partículas menores . Em comparação com os moinhos de bola, o HPGR pode representar uma economia de energia de 30% a 50% . Os moinhos de rolos verticais (VRM, da sigla em inglês) usam uma corrente de ar para forçar pequenas partículas a deixarem o moinho enquanto o resto permanece para posterior moagem . Os VRM são capazes de produzir partículas mais finas do que os moinhos de bola e também usam 70% menos energia .
No entanto, essas tecnologias enfrentam alguns desafios de implementação, tais como um elevado custo de investimento .
2. Mudar para combustíveis alternativos: na produção do cimento, o combustível é usado para produzir calor no forno e no calcinador. Globalmente, em média, 70% desse combustível vêm do carvão, seguido de 24% do petróleo e do gás natural e menos de 6% dos combustíveis alternativos .
Os tipos de combustíveis que o setor do cimento usa
Precisamos de combustíveis físicos que possam ser introduzidos e queimados dentro do forno e do calcinador; então, os de origem nuclear e eólica não funcionam, mas a biomassa e os resíduos podem funcionar! Em vez de combustíveis com alta intensidade de carbono, a biomassa e os resíduos podem ser usados no forno e no calcinador . Em princípio, eles poderiam substituir 100% dos combustíveis utilizados no forno e até 60% nos calcinadores . A utilização dessas alternativas aos combustíveis fósseis pode evitar até 42% das atuais emissões diretas na indústria do cimento !
3. Reduzir a proporção de clínquer para cimento: produzir uma tonelada de clínquer libera cerca de 0,706 toneladas de CO₂ . No entanto, o clínquer pode ser substituído por materiais alternativos com baixas pegadas de carbono ou até mesmo emissões líquidas nulas , como a escória granulada de alto forno (GBFS, da sigla em inglês), cinzas volantes (CV), pozolanas e calcário .
A utilização dessas alternativas depende de muitos fatores, principalmente da disponibilidade e do preço. Além disso, é importante considerar como as propriedades do cimento serão alteradas usando essas alternativas .
4. Captura, Uso e Armazenamento de Carbono (CCUS, da sigla em inglês): CCUS consiste em capturar CO₂ tal como é emitido e depois compactá-lo em um líquido para armazená-lo no subsolo profundo (CCS) ou para fazer novos produtos (CCU) . Embora a tecnologia CCUS esteja ainda em fases experimentais industriais, ela mostra resultados promissores para utilização na cadeia de abastecimento de cimento . Os diferentes tipos de tecnologia CCUS serão abordados em detalhes, posteriormente, neste curso!
5. Cimentos neutros em carbono:
Cimentos neutros em carbono têm potencial para armazenar mais CO₂ do que emitem durante o seu processo de produção! Uma maneira de fazer isso é utilizando cimentos à base de óxidos de magnésio, que podem potencialmente absorver e armazenar CO₂ do meio ambiente . Como isso funciona?
Como o próprio nome sugere, a principal matéria-prima desses cimentos é o óxido de magnésio (MgO), que é queimado para produzir um clínquer chamado magnésio calcinado cáustico (CCM, da sigla em inglês) . Quando o CCM é hidratado, torna-se a brucita (Mg(OH)₂), um componente que é transformado em carbonato de magnésio (MgCO₃) quando exposto à atmosfera. Ou seja, ele basicamente absorve CO₂ do ar .
Como funcionam os cimentos à base de óxido de magnésio.
Embora essa tecnologia ainda esteja sendo desenvolvida, apresenta resultados promissores para o futuro, pois poderia absorver mais CO₂ do que é liberado em toda a cadeia de produção ! Atualmente, existem muitas empresas produzindo cimentos neutros em carbono, como CarbonCure e Novacem .
Conclusão
O concreto é um material amplamente utilizado e importante, cuja produção contribui muito com as emissões de CO₂ no mundo. Felizmente, como vimos, há muitas vias de descarbonização promissoras e desenvolvimentos interessantes acontecendo (seja modificando o processo de fabricação, utilizando fontes alternativas de energia e materiais primários diferentes, ou alterando a composição do próprio concreto), e mais opções continuarão a surgir no futuro! Com essa visão, o futuro é claro: a indústria de concreto e cimento pode e deve ser transformada para cumprir os objetivos climáticos globais .
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