Ao usar uma solução à base de água carbonatada, em vez de água sem gás, durante o processo de fabricação do concreto, uma equipe de engenheiros liderada pela Northwestern University descobriu uma nova maneira de armazenar dióxido de carbono (CO2) no onipresente material de construção.

O novo processo não só poderia ajudar a sequestrar o CO2 da atmosfera cada vez mais quente, como também resultaria em concreto com resistência e durabilidade incomparáveis.

Em experimentos de laboratório, o processo alcançou uma eficiência de sequestro de CO2 de até 45%, o que significa que quase metade do CO2 injetado durante a fabricação do concreto foi capturado e armazenado. Os investigadores esperam que o seu novo processo possa ajudar a compensar as emissões de CO2 das indústrias do cimento e do betão, que são responsáveis por 8% das emissões globais de gases com efeito de estufa .

O estudo foi publicado hoje na Communications Materials, revista publicada pela Nature Portfolio.

“As indústrias de cimento e concreto contribuem significativamente para as emissões de CO2 causadas pelo homem ”, disse Alessandro Rotta Loria, da Northwestern, que liderou o estudo. “Estamos a tentar desenvolver abordagens que reduzam as emissões de CO 2 associadas a essas indústrias e, eventualmente, possam transformar o cimento e o betão em enormes 'sumidouros de carbono'. Ainda não chegamos lá, mas agora temos um novo método para reutilizar parte do CO2 emitido como resultado da fabricação de concreto neste mesmo material. E nossa solução é tão simples tecnologicamente que deveria ser relativamente fácil de ser implementada pela indústria."

"O mais interessante é que esta abordagem para acelerar e acentuar a carbonatação de materiais à base de cimento oferece uma oportunidade para desenvolver novos produtos à base de clínquer onde o CO 2 se torna um ingrediente chave", disse o coautor do estudo Davide Zampini, vice-presidente de pesquisa global e desenvolvimento na CEMEX.

Rotta Loria é professora assistente Louis Berger de Engenharia Civil e Ambiental na Escola de Engenharia McCormick da Northwestern. O estudo foi uma colaboração entre o laboratório de Rotta Loria e a CEMEX, uma empresa global de materiais de construção dedicada à construção sustentável.

Uma parte não negociável da infraestrutura, o concreto é um dos materiais mais consumidos do mundo — perdendo apenas para a água. Para fazer concreto em sua forma mais simples, os trabalhadores combinam água, agregados finos (como areia), agregados grossos (como cascalho) e cimento, que une todos os ingredientes. Desde a década de 1970, pesquisadores anteriores exploraram várias maneiras de armazenar CO 2 dentro do concreto.

"A ideia é que o cimento já reage com o CO2 ," Rotta Loria explicou. "É por isso que as estruturas de concreto absorvem CO2 naturalmente . Mas, é claro, o CO 2 absorvido é uma pequena fração do CO2 emitido pela produção do cimento necessário para criar o concreto."

Os processos para armazenar CO2 se enquadram em uma de duas categorias: carbonatação de concreto endurecido ou carbonatação de concreto fresco. Na abordagem endurecida, blocos sólidos de concreto são colocados em câmaras onde o gás CO2 é injetado a altas pressões. Na versão nova, os trabalhadores injetam gás CO2 na mistura de água, cimento e agregados durante a produção do concreto.

Em ambas as abordagens, parte do CO2 injetado reage com o cimento para se tornar cristais sólidos de carbonato de cálcio. Ambas as técnicas, no entanto, compartilham limitações de quebra de acordo. Eles são prejudicados pela baixa eficiência de captura de CO2 e pelo alto consumo de energia. Pior ainda: o concreto resultante fica frequentemente enfraquecido, dificultando sua aplicabilidade.

Na nova abordagem da Northwestern, os pesquisadores alavancaram o processo de carbonatação de concreto fresco. Mas, em vez de injetar CO2 enquanto misturavam todos os ingredientes, eles primeiro injetaram gás CO2 em água misturada com uma pequena quantidade de pó de cimento. Depois de misturar essa suspensão carbonatada com o restante do cimento e agregados, eles obtiveram um concreto que realmente absorveu CO2 durante sua fabricação.

"A suspensão de cimento carbonatada em nossa abordagem é um fluido de viscosidade muito mais baixa em comparação com a mistura de água, cimento e agregados que é habitualmente empregada nas abordagens atuais para concreto carbonatado fresco", disse Rotta Loria. "Assim, podemos misturá-lo muito rapidamente e aproveitar uma cinética muito rápida das reações químicas que resultam em minerais de carbonato de cálcio. O resultado é um produto concreto com uma concentração significativa de minerais de carbonato de cálcio em comparação com quando o CO2 é injetado no fresco mistura de concreto."

Depois de analisar o concreto carbonatado, Rotta Loria e seus colegas descobriram que sua resistência rivalizava com a durabilidade do concreto normal.

“Uma limitação típica das abordagens de carbonatação é que a resistência é frequentemente afetada pelas reações químicas”, disse ele. "Mas, com base em nossos experimentos, mostramos que a resistência pode, na verdade, ser ainda maior. Ainda precisamos testar isso mais a fundo, mas, pelo menos, podemos dizer que não é comprometido. Como a resistência permanece inalterada, as aplicações também não pode ser usado em vigas, lajes, colunas, fundações - tudo para o qual usamos concreto atualmente."

“As descobertas desta pesquisa sublinham que embora a carbonatação de materiais à base de cimento seja uma reação bem conhecida, ainda há espaço para otimizar ainda mais a absorção de CO2 através de uma melhor compreensão dos mecanismos ligados ao processamento de materiais”, disse Zampini.

O estudo, “Armazenando CO2 enquanto fortalece o concreto através da carbonatação de seu cimento em suspensão”, foi apoiado pela CEMEX Innovation Holding Ltd.