Novo aglutinante de betão transforma CO2 capturado em minerais estáveis

Investigadores mostraram que um novo aglutinante para betão consegue transformar dióxido de carbono capturado em minerais estáveis, sem perder a resistência necessária para aplicações estruturais.

Com este avanço, o betão deixa de ser visto apenas como uma grande fonte de emissões e passa a poder funcionar como um material capaz de aprisionar carbono de forma permanente no ambiente construído.

Betão testado à escala real

Em Karlsruhe, uma cidade no sudoeste da Alemanha, perto da fronteira francesa, já estão a ser ensaiados blocos e vigas estruturais, onde este comportamento de armazenamento de carbono está a ser colocado à prova sob exigências reais.

Ao analisar estes elementos, o Professor Frank Dehn, do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT), está a observar directamente como o novo aglutinante captura carbono enquanto suporta carga e resiste a esforços.

Até agora, os resultados indicam que o carbono fixado em forma mineral permanece estável dentro do betão à medida que este endurece e se comporta sob cargas progressivamente mais elevadas.

Estes dados iniciais sugerem um material estrutural viável, mas também levantam a questão de quanto cimento tradicional pode ser substituído sem comprometer o desempenho a longo prazo.

A pegada de carbono do cimento

Grande parte do impacto climático do betão vem do clínquer, o componente “cozido” a altas temperaturas que permite ao cimento ligar a areia e a brita.

Uma parte do problema resulta do calor necessário no processo, e outra parte surge da própria calcinação do calcário, quando os fornos libertam dióxido de carbono para produzir cimento Portland.

A decomposição do calcário ajuda a explicar porque é que o clínquer de cimento está associado a cerca de oito por cento das emissões globais de dióxido de carbono.

Qualquer aglutinante que reduza o clínquer sem enfraquecer o betão actua precisamente onde começa a maior fatia da poluição.

As matérias-primas estão a escassear

Durante anos, o sector reduziu emissões ao recorrer a materiais cimentícios suplementares: pós adicionados para substituir uma parte do clínquer.

As cinzas volantes de centrais a carvão e a escória de altos-fornos funcionaram bem, em parte porque essas indústrias já os produziam em volumes muito elevados.

No entanto, essa disponibilidade está a diminuir com o encerramento do carvão e com mudanças na siderurgia, deixando o betão de baixo carbono com menos acesso a esses auxiliares habituais.

A escassez transformou o que era uma opção secundária num obstáculo central, o que torna novas fontes minerais muito mais apelativas.

Como o carbono é armazenado

O C-SINC, projecto europeu por detrás desta nova mistura, utiliza silicatos de magnésio - minerais ricos em magnésio que reagem com dióxido de carbono.

Num processo acelerado de mineralização - uma reacção que converte gás em minerais sólidos - as partículas ricas em magnésio fixam o carbono sob a forma de carbonato de magnésio.

Parte do carbono pode vir de gases de escape industriais, pelo que o betão não só tem menores emissões como também armazena gás capturado.

Esta reacção de fixação de carbono é o núcleo da promessa e, ao mesmo tempo, é o que define quanto clínquer a mistura consegue substituir de forma realista.

Porque é que o armazenamento dura

Quando o carbono passa a integrar um mineral carbonatado, torna-se muito mais difícil voltar a libertar-se do que no caso de gás comprimido armazenado no subsolo.

“ O CO2 não fica apenas armazenado, fica quimicamente ligado num mineral. Mantém-se firmemente ligado, por isso não pode escapar ao longo de períodos muito prolongados ”, afirmou Dehn.

Um estudo anterior mostrou que o processamento de olivina, uma rocha comum rica em magnésio, pode gerar um substituto de cimento rico em sílica e um carbonato de magnésio com carbono incorporado.

A permanência é essencial, porque uma solução climática que libertasse carbono décadas depois teria um impacto muito menor do que o esperado por estes investigadores.

Computadores afinam as misturas

Obter um betão trabalhável costuma exigir longos ciclos de tentativa e erro, e por isso o C-SINC está a recorrer a algoritmos para reduzir o número de combinações.

Uma ferramenta central é a aprendizagem automática, um tipo de software que detecta padrões a partir de dados e consegue identificar formulações promissoras antes de se prepararem lotes de teste.

Depois, simulações estimam como o aglutinante se irá comportar à medida que o betão cura, fissura e suporta cargas ao longo do tempo.

Esta triagem computacional não elimina a necessidade de ensaios físicos, mas pode poupar meses gastos a perseguir formulações fracas.

Ensaios de esforço são decisivos

O betão destinado a edifícios reais precisa de fazer mais do que endurecer: tem de suportar cargas, resistir ao clima e proteger o aço.

“ Estamos a fazer isso em pequena escala e também em elementos estruturais reais de grande dimensão ”, disse Dehn.

A prudência é ainda mais importante com aglutinantes pouco familiares, porque pequenas variações na química podem alterar a fissuração, o transporte de água e o risco de corrosão.

Uma mistura que armazene carbono mas falhe cedo não será viável à escala de que a indústria precisa.

A Europa apoia a passagem à escala

A Europa investiu quase quatro milhões de euros no C-SINC durante quatro anos, apostando que a ideia vai além de uma simples demonstração de química.

O consórcio junta universidades e um fabricante de betão pré-fabricado, aproximando investigação e indústria para levar o material em direcção ao uso na construção.

Esta colaboração abre um caminho mais rápido para fábricas, trabalho de normalização e produtos de construção à escala real.

A rapidez conta, porque o betão amigo do clima só reduzirá emissões de forma significativa se os produtores o conseguirem fabricar com baixo custo e em grande volume.

Os limites continuam a contar

Mesmo cimentos promissores à base de magnésia - aglutinantes assentes em compostos de magnésio - continuam a enfrentar dúvidas sobre durabilidade e escalabilidade.

Algumas formulações de magnésio têm menor alcalinidade, ou seja, são menos básicas do ponto de vista químico, pelo que a armadura de aço e a exposição ao tempo exigem verificações cuidadosas.

Além disso, é necessário demonstrar que o material se encaixa nas cadeias de abastecimento, nos regulamentos e nos hábitos de amassadura existentes, sem elevar demasiado os custos.

As barreiras de durabilidade, custo e conformidade regulamentar não anulam o conceito, mas explicam a urgência dos testes em curso.

Futuro do betão com carbono

O betão não se tornará um sumidouro de carbono de um dia para o outro, mas os ensaios actuais mostram que existe agora uma via química plausível para o sector.

Se os testes à escala total continuarem a confirmar resistência e durabilidade, os edifícios do futuro poderão imobilizar uma parte da poluição que antes era gerada para os construir.