Novo ligante de betão transforma CO2 capturado em minerais estáveis

Foi demonstrado por investigadores que um novo ligante para betão consegue transformar dióxido de carbono capturado em minerais estáveis, mantendo ao mesmo tempo a resistência necessária para utilização estrutural.

A descoberta reposiciona o betão: de um dos grandes responsáveis por emissões passa a poder tornar-se um material capaz de imobilizar carbono de forma permanente no ambiente construído.

Betão testado à escala real

Em Karlsruhe, cidade do sudoeste da Alemanha perto da fronteira francesa, já estão a ser ensaiados blocos e vigas portantes - é aí que este comportamento de armazenamento de carbono está a ser posto à prova sob exigências estruturais reais.

Ao analisar estes elementos, o Professor Frank Dehn, do Karlsruhe Institute of Technology (KIT), está a observar diretamente como o novo ligante aprisiona carbono enquanto suporta peso e resiste a esforços.

Até ao momento, os resultados indicam que o carbono ligado em forma mineral se mantém estável no interior do betão, à medida que o material endurece e responde a cargas progressivamente mais elevadas.

Estes dados iniciais sugerem um material estrutural viável, mas também levantam questões: até que ponto é possível substituir cimento tradicional sem comprometer o desempenho a longo prazo.

Pegada de carbono do cimento

A maior parte do impacto climático do betão vem do clínquer, o componente cozido a altas temperaturas que permite ao cimento aglutinar areia e pedra.

Uma parte do peso das emissões resulta do próprio calor necessário, e outra aumenta porque os fornos libertam dióxido de carbono quando a calcária é decomposta para produzir cimento Portland.

A decomposição da calcária ajuda a explicar por que motivo o clínquer de cimento está associado a cerca de oito por cento das emissões globais de dióxido de carbono.

Qualquer ligante que reduza o clínquer sem enfraquecer o betão atua precisamente onde nasce a maior fatia da poluição.

As matérias-primas estão a escassear

Durante anos, a redução de emissões no cimento foi apoiada em materiais cimentícios suplementares - pós adicionados que substituem uma parte do clínquer.

Cinzas volantes de centrais a carvão e escórias de alto-forno foram opções eficazes, porque já eram produzidas em volumes muito elevados por essas indústrias.

Só que essa oferta está a diminuir: o encerramento do carvão e a transformação da siderurgia estão a reduzir a disponibilidade desses substitutos, deixando o betão de baixo carbono sem auxiliares tradicionais.

A escassez transformou o que era um complemento numa dificuldade central, e é por isso que novas matérias-primas minerais passaram a parecer muito mais atrativas.

Como o carbono é armazenado

O C-SINC, projeto europeu por trás da nova formulação, recorre a silicatos de magnésio - minerais ricos em magnésio que reagem com dióxido de carbono.

Num processo acelerado de mineralização (uma reação que converte gás em minerais sólidos), as partículas ricas em magnésio fixam carbono ao formarem carbonato de magnésio.

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

Esta reação de ligação do carbono é o núcleo da promessa e, ao mesmo tempo, é ela que define quanto clínquer a mistura pode, de forma realista, substituir.

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 é apenas armazenado, fica quimicamente ligado num mineral. Permanece firmemente ligado, pelo que não consegue escapar durante períodos muito longos”, 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 crucial, porque uma solução climática que voltasse a libertar carbono décadas depois teria um efeito muito menor do que o pretendido por estes investigadores.

Computadores afunilam as misturas

Conseguir uma mistura de betão trabalhável costuma exigir longos ciclos de tentativa e erro, e por isso o C-SINC está a usar algoritmos para reduzir rapidamente o número de opções.

Uma ferramenta central é a aprendizagem automática, software que identifica padrões a partir de dados e consegue sinalizar receitas promissoras antes de as equipas produzirem novas séries de ensaio.

Depois, as simulações estimam como o ligante se comportará enquanto 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 que, de outra forma, seriam gastos a perseguir formulações fracas.

Ensaios de esforço são decisivos

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

“Estamos a fazê-lo em pequena escala e também em elementos estruturais reais de grande escala”, disse Dehn.

A prudência é particularmente importante com ligantes pouco familiares, porque pequenas variações na química podem mudar o padrão de fissuração, a migração de água e o risco de corrosão.

Uma mistura que armazene carbono mas falhe precocemente não seria viável à escala de que a indústria necessita.

A Europa apoia a passagem à escala

A Europa financiou o C-SINC com quase quatro milhões de euros durante quatro anos, apostando que a proposta vai além de uma química engenhosa.

O consórcio reúne universidades e um fabricante de betão pré-fabricado, aproximando investigação e indústria para encaminhar o material rumo à utilização em construção real.

Esta colaboração acelera a transição para fábricas, trabalho de normalização e produtos de construção em escala total.

A rapidez conta, porque o betão amigo do clima não reduzirá as emissões de forma significativa se os produtores não conseguirem fabricá-lo a baixo custo e em grande volume.

Os limites continuam a contar

Mesmo cimentos promissores à base de magnésia - ligantes assentes em compostos de magnésio - ainda enfrentam questões de durabilidade e de industrialização.

Algumas formulações de magnésio apresentam menor alcalinidade (ou seja, são menos básicas do ponto de vista químico), pelo que a armadura de aço e a resistência ao intemperismo exigem verificações cuidadosas.

Os investigadores também precisam de demonstrar que o material se integra nas cadeias de abastecimento, normas e práticas de mistura existentes, sem elevar demasiado os custos.

Durabilidade, custo e barreiras regulamentares não invalidam o conceito, mas ajudam a explicar a urgência dos ensaios atualmente 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 atuais mostram que existe agora uma via química plausível para o setor.

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