Novo ligante de betão que transforma CO2 capturado em minerais estáveis

Concrete tested at scale

Em vez de tratar o betão apenas como um problema climático, uma nova linha de investigação está a tentar transformá-lo num aliado: um ligante capaz de converter CO2 capturado em minerais estáveis, sem perder a resistência necessária para uso estrutural.

A ideia muda o enquadramento do material - de grande fonte de emissões para uma forma de fixar carbono de forma permanente no ambiente construído, se o desempenho em obra se confirmar.

Blocos e vigas portantes que estão agora a ser testados em Karlsruhe, uma cidade no sudoeste da Alemanha perto da fronteira francesa, mostram este comportamento de armazenamento de carbono sob exigências estruturais reais.

Ao analisar estes elementos, o professor Frank Dehn, do Karlsruhe Institute of Technology (KIT), observa 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 minerais se mantém estável dentro do betão à medida que este endurece e trabalha sob cargas crescentes.

Estes primeiros sinais apontam para um material estrutural viável, mas também levantam dúvidas sobre quanto cimento tradicional pode ser substituído sem comprometer o desempenho a longo prazo.

Cement’s carbon footprint

A maior parte do impacto climático do betão vem do clínquer, o ingrediente cozido a alta temperatura que permite ao cimento “colar” a areia e a brita.

Parte desse peso vem do calor intenso necessário, e o calcário acrescenta ainda mais quando os fornos libertam dióxido de carbono para produzir cimento Portland.

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

Qualquer ligante que reduza o clínquer sem fragilizar o betão ataca o problema precisamente onde a poluição começa.

Supplies are shrinking

Durante anos, os construtores reduziram emissões do cimento com materiais cimentícios suplementares, pós adicionados que substituem parte do clínquer.

Cinzas volantes de centrais a carvão e escória de altos-fornos funcionaram bem, porque essas indústrias já as produziam em volumes enormes.

Essa oferta está a diminuir à medida que o carvão sai de cena e a siderurgia muda, deixando o betão de baixo carbono com menos acesso a estes substitutos habituais.

A escassez transformou uma opção “extra” num problema central, e é por isso que novas matérias-primas minerais passaram a parecer muito mais atrativas.

How carbon is stored

O C-SINC, o projeto europeu por trás da nova mistura, usa silicatos de magnésio - minerais ricos em magnésio que reagem com dióxido de carbono.

Num processo acelerado de mineralização, uma reação que transforma gás em minerais sólidos, as partículas ricas em magnésio ligam o carbono formando carbonato de magnésio.

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

Esta reação de ligação do carbono é o núcleo da promessa e também define quanto clínquer a mistura consegue, de forma realista, substituir.

Why storage lasts

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

“O CO2 não é apenas armazenado, está quimicamente ligado num mineral. Permanece firmemente ligado, por isso não pode escapar durante períodos muito longos”, disse Dehn.

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

A permanência é crucial, porque uma solução climática que libertasse carbono décadas mais tarde teria um efeito muito menor do que o que estes investigadores pretendem.

Computers narrow mixes

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

Uma ferramenta-chave é a aprendizagem automática, software de deteção de padrões treinado com dados, capaz de identificar receitas promissoras antes de as equipas fazerem lotes de teste.

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

Este rastreio por computador não elimina os ensaios físicos, mas pode poupar meses perdidos a perseguir fórmulas fracas.

Stress tests matter

O betão para edifícios reais tem 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 escala”, disse Dehn.

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

Uma mistura que armazena carbono mas falha cedo não seria viável à escala de que a indústria precisa.

Europe backs scaling

A Europa investiu quase quatro milhões de euros no C-SINC durante quatro anos, apostando que a ideia é mais do que química engenhosa.

O consórcio liga universidades e um fabricante de betão pré-fabricado, juntando investigação e indústria para empurrar o material na direção de uso real na construção.

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

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

Limits still matter

Mesmo cimentos promissores à base de magnésia - ligantes construídos em torno de compostos de magnésio - ainda enfrentam dúvidas sobre durabilidade e aumento de escala.

Algumas formulações de magnésio têm menor alcalinidade, ou seja, são menos básicas do ponto de vista químico, o que exige verificações cuidadosas quanto ao aço de armadura e à exposição ao tempo.

Os investigadores também precisam de demonstrar que o material se encaixa nas cadeias de fornecimento, nos códigos e nos hábitos de mistura existentes, sem fazer disparar os custos.

Durabilidade, custos e obstáculos normativos não anulam a ideia, mas ajudam a explicar a urgência dos ensaios atuais.

Future of carbon concrete

O betão não vai tornar-se um sumidouro de carbono de um dia para o outro, mas os testes em curso sugerem que a indústria tem agora uma rota química plausível.

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