Ligante de betão capaz de transformar CO2 capturado em minerais estáveis

O betão é muitas vezes visto como um “vilão” do clima, mas uma nova linha de investigação está a tentar virar essa narrativa: um ligante de betão capaz de transformar dióxido de carbono capturado em minerais estáveis, sem perder a resistência exigida em aplicações estruturais.

Na prática, a ideia passa por deixar de apenas reduzir emissões e começar também a imobilizar carbono dentro das próprias estruturas. Se funcionar à escala, o CO2 pode ficar preso no ambiente construído durante muito tempo, em vez de voltar à atmosfera.

Concrete tested at scale

Blocos e vigas portantes já estão a ser testados em Karlsruhe, uma cidade no sudoeste da Alemanha perto da fronteira francesa, onde este comportamento de armazenamento de carbono está a ganhar forma 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 retém carbono enquanto suporta peso e resiste a tensões.

Os resultados até agora indicam que o carbono ligado em minerais se mantém estável dentro do betão à medida que endurece e trabalha sob cargas crescentes.

Estes primeiros dados 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 altas temperaturas que permite ao cimento “colar” a areia e a brita.

Uma parte do problema está no calor necessário, e o calcário acrescenta outra parcela 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 enfraquecer o betão ataca o problema exatamente onde começa a maior fatia da poluição.

Supplies are shrinking

Durante anos, os construtores reduziram as emissões do cimento com materiais cimentícios suplementares: pós adicionados para substituir parte do clínquer.

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

Essa oferta está a diminuir à medida que o carvão é desativado e a siderurgia muda, deixando o betão de baixo carbono com menos destes “ajudantes” habituais.

A escassez transformou o que era uma opção secundária num problema central, e é por isso que novas matérias-primas minerais parecem agora muito mais apelativas.

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 fixam o carbono em 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 fixação do carbono é o centro da promessa e, ao mesmo tempo, define quanto clínquer a mistura pode substituir de forma realista.

Why storage lasts

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

“O CO2 não é apenas armazenado, é quimicamente ligado num mineral. Fica firmemente ligado, por isso não consegue escapar ao longo de períodos muito longos”, disse 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 importante porque uma solução climática que libertasse carbono décadas depois teria um efeito muito menor do que o que estes investigadores procuram.

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 leque de opções.

Uma ferramenta-chave é o machine learning, software de deteção de padrões treinado com dados, capaz de identificar receitas promissoras antes de as equipas fazerem lotes de ensaio.

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

Esta triagem por computador não elimina a necessidade de testes físicos, mas pode poupar meses gastos a perseguir fórmulas fracas.

Stress tests matter

Betão para edifícios reais tem de fazer mais do que endurecer: precisa de suportar cargas, resistir ao tempo 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 aproximar o material de uma utilização real na construção.

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

A rapidez conta porque o betão amigo do clima não vai reduzir emissões de forma significativa se os produtores não o conseguirem fabricar de forma barata e em volume.

Limits still matter

Mesmo cimentos promissores à base de magnésia - ligantes construídos em torno de compostos de magnésio - ainda enfrentam questões de durabilidade e de passagem à escala industrial.

Algumas formulações de magnésio têm menor alcalinidade, ou seja, são menos básicas do ponto de vista químico, pelo que o aço de armadura e a resistência às intempéries exigem verificações cuidadosas.

Os investigadores também têm de provar que o material se integra nas cadeias de abastecimento, normas e hábitos de mistura existentes sem fazer disparar os custos.

Desafios de durabilidade, custo e regulamentação não anulam a ideia, mas explicam a urgência dos testes atuais.

Future of carbon concrete

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

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