Pesquisadores da Universidade de Cambridge desenvolveram um método para produzir concreto de baixíssimas emissões em escala, uma inovação que pode ser transformadora na transição para a neutralidade de carbono. O método, que os pesquisadores consideram “um verdadeiro milagre,” utiliza fornos de arco elétrico, usados na reciclagem de aço, para simultaneamente reciclar o cimento, o componente do concreto que mais consome carbono. O concreto é o segundo material mais utilizado no planeta, depois da água, e é responsável por aproximadamente 7,5% das emissões antropogênicas de CO2. Encontrar uma maneira escalável e econômica de reduzir as emissões do concreto enquanto se atende à demanda 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, usado na reciclagem de aço para remover impurezas e que normalmente acaba como resíduo conhecido como escória. Ao substituir a cal pelo cimento usado, o produto final é o cimento reciclado, que pode ser utilizado para fazer novo concreto. O método de reciclagem de cimento, relatado na revista Nature, não adiciona custos significativos à produção de concreto ou aço e reduz significativamente as emissões de ambos, devido à menor necessidade de fluxo de cal. Testes recentes realizados pelo Materials Processing Institute, parceiro no projeto, mostraram que o cimento reciclado pode ser produzido em escala em um forno de arco elétrico (FAE), sendo esta a primeira vez que tal feito foi alcançado. Eventualmente, este método poderia produzir cimento com zero emissões, se o FAE fosse alimentado por energia renovável.
“Realizamos uma série de workshops com membros da indústria da construção sobre como poderíamos reduzir as emissões do setor,” disse o Professor Julian Allwood, do Departamento de Engenharia de Cambridge, que liderou a pesquisa. “Muitas ótimas ideias surgiram dessas discussões, mas uma coisa que eles não conseguiam ou não queriam considerar era um mundo sem cimento.” O concreto é feito de areia, cascalho, água e cimento, que serve como ligante. Embora seja uma pequena proporção do concreto, o cimento é responsável por quase 90% das emissões do concreto. O cimento é produzido por meio de um processo chamado clinquerização, onde 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 decompõe em cal.
Nos últimos dez anos, cientistas têm investigado substitutos para o cimento e descobriram que aproximadamente metade do cimento no concreto pode ser substituído por materiais alternativos, como cinzas volantes, mas esses alternativos precisam ser quimicamente ativados pelo cimento restante para endurecer. “Também é uma questão de volume – não temos fisicamente o suficiente desses alternativos para acompanhar a demanda global de cimento, que é de aproximadamente quatro bilhões de toneladas por ano,” “Já identificamos as soluções mais fáceis que nos ajudam a usar menos cimento por meio de mistura e combinação cuidadosa, mas para chegar a zero emissões, precisamos começar a pensar fora da caixa.” “Tive uma ideia vaga de trabalhos anteriores de que, se fosse possível triturar concreto antigo, retirando a areia e as pedras, aquecer o cimento removeria a água, e então ele formaria clínquer novamente,” disse o primeiro autor Dr. Cyrille Dunant, também do Departamento de Engenharia.
“Um banho de metal líquido ajudaria essa reação química, e um forno de arco elétrico, usado para reciclar aço, parecia uma possibilidade forte. Tivemos que tentar.” O processo de clinquerização requer calor e a combinação certa de óxidos, todos presentes no cimento usado, mas que precisam ser reativados. Os pesquisadores testaram uma gama de escórias, feitas de resíduos de demolição e adicionaram cal, alumina e sílica. As escórias foram processadas no FAE 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 de fabricação de aço porque espuma e flui bem”. “E se você acertar o equilíbrio e resfriar a escória rapidamente, acaba com cimento reativado, sem adicionar qualquer custo ao processo de fabricação de aço.”
O cimento feito por meio desse processo de reciclagem contém níveis mais altos de óxido de ferro do que o cimento convencional, mas os pesquisadores afirmam que isso tem pouco efeito no desempenho. O processo de Cimento Elétrico de Cambridge tem escalado rapidamente, e os pesquisadores dizem que poderiam estar produzindo um bilhão de toneladas por ano até 2050, o que representa aproximadamente um quarto da produção anual atual de cimento. “Produzir cimento com zero emissões é um verdadeiro milagre, mas também precisamos reduzir a quantidade de cimento e concreto que usamos,” disse Allwood. “O concreto é barato, forte e pode ser feito quase em qualquer lugar, mas usamos muito dele. Poderíamos reduzir dramaticamente a quantidade de concreto que usamos sem qualquer redução na segurança, mas é necessário vontade política para que isso aconteça.”