Tecnologia Científica

Desvendando a absorção de carbono em pavimentos de concreto
A pesquisa do MIT descobriu que a absorção natural de carbono no concreto poderia compensar 5% das emissões de produção de cimento de pavimento dos EUA.
Por Andrew Logan - 27/01/2021


Um modelo desenvolvido no MIT sugere que um processo natural de absorção de carbono no concreto poderia compensar 5 por cento das emissões de CO2 geradas a partir do cimento usado nos pavimentos dos EUA. Créditos:Foto: Rodolpho Quirós / Pexels

Ao longo da superfície cinza do concreto, uma reação química está ocorrendo. Conhecida como carbonatação, essa reação forma carbonato de cálcio, um material benigno semelhante ao giz, mas também pode afetar as mudanças climáticas.

Isso ocorre porque o carbonato de cálcio se forma quando o CO 2 do ar reage com a água nos poros do concreto e, em seguida, com compostos de cálcio no concreto - o que significa que o concreto é um potencial sumidouro de carbono. Estimar a extensão de sua absorção de carbono em escala, no entanto, tem se mostrado difícil .

Em um novo artigo, os pesquisadores do MIT investigam a absorção de carbono de todos os pavimentos nos Estados Unidos. O estudo descobriu que o processo de carbonatação poderia compensar 5 por cento das emissões de CO 2 geradas a partir do cimento usado nos pavimentos dos EUA. Muitos desses deslocamentos, descobriram os pesquisadores, podem ocorrer anos depois de os pavimentos terem sido demolidos, especialmente em estados que usam projetos de pavimentos compostos.

Pós-doutorado Hessam AzariJafari, trabalhando no MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub), é o primeiro autor do novo artigo , que foi publicado online em Recursos, Conservação e Reciclagem em 11 de janeiro. Os coautores do trabalho incluem graduados em engenharia civil e ambiental o estudante Fengdi Guo e o Diretor do CSHub Jeremy Gregory, bem como Randolph Kirchain do Laboratório de Pesquisa de Materiais do MIT.

Pesando captação

Embora todo concreto experimente carbonatação em algum grau, a magnitude depende de quão grande é a superfície do concreto que é exposta ao ar. Isso pode tornar a estimativa da absorção de carbono um desafio. Embora muitos edifícios usem concreto, a exposição desse concreto varia amplamente conforme o projeto. Nos pavimentos, a história é diferente.

“Há uma grande oportunidade para [absorção de carbono] em pavimentos de concreto”, diz AzariJafari, “porque normalmente a relação superfície / volume dos pavimentos de concreto é 10 vezes maior do que a relação superfície / volume dos elementos de concreto em um edifício. ”

Mas só porque é mais fácil para essa absorção ocorrer, não significa que seja fácil estimar. Vários fatores, como geometria e manutenção do pavimento, clima e ingredientes, determinam a absorção de carbono pelo pavimento. Além do mais, a absorção de carbono continuará mesmo após a demolição do pavimento, dependendo de como os resíduos de concreto são armazenados.

Pesquisas anteriores sobre carbonatação têm lutado para gerenciar essas variáveis ​​incertas. Para simplificar os cálculos, a maioria das abordagens tende a inferir as propriedades do pavimento e não incorporar parâmetros desafiadores, mas importantes, como ações de manutenção, que podem “reiniciar” o processo de carbonatação.

Em seu trabalho, AzariJafari e colegas expandem o escopo da pesquisa de carbonatação de pavimentos, desenvolvendo um modelo de gerenciamento de pavimentos extenso que pode estimar a absorção de carbono em alta resolução.

“Os modelos de gestão de pavimentos são um tipo de ferramenta que as agências de transporte podem usar para prever e decidir onde e quando implementar determinadas ações de tratamento com base em um orçamento disponível”, explica AzariJafari. “Desenvolvemos este tipo de modelo de sistema de gestão de pavimentos para toda a rede dos EUA.”

Antes que pudesse executar o modelo, ele quantificou várias incertezas que poderiam levar a variações na absorção de carbono.

A maior incerteza em seu modelo era o clima. Existem várias zonas climáticas diferentes nos Estados Unidos, e cada zona afetará a carbonatação de maneira diferente. Em áreas com mais precipitação, a carbonatação pode ocorrer em maior profundidade no concreto, mas também ocorrerá em menor magnitude do que em áreas mais secas. 

A variação do material também introduz incerteza. Certos ligantes no concreto podem possuir diferentes concentrações de óxido de cálcio, o ingrediente que reage com o CO 2 , e a disponibilidade e o uso desses ligantes variam amplamente nos Estados Unidos. Além disso, cada vez que um pavimento recebe um tratamento, a nova superfície de concreto sofre carbonatação mais intensa, complicando ainda mais as estimativas de absorção.

Talvez o fator mais incerto sejam os tamanhos dos entulhos de concreto após a demolição. Depois que um pavimento recebe uma ação de manutenção, os resíduos de concreto dessas ações irão para aterros, onde o processo de carbonatação continua. Dependendo de como esse lixo é organizado - quanto mais espalhado, melhor - ele pode ter uma maior absorção.

Carbono capturado

Ao executar milhares de simulações, AzariJafari poderia prever como as incertezas provavelmente se desenrolariam durante o período de análise de 30 anos de seu estudo. Ele então usou essas previsões para calcular a absorção potencial de carbono em cada estado com base nas condições das estradas, ações de manutenção, orçamentos e comprimentos de estradas de seu modelo.

“Descobrimos que, após esse período de análise de 30 anos, esperamos ter uma absorção semelhante nas fases de uso e final de vida”, diz AzariJafari. “No total, descobrimos que 5,8 MT [milhões de toneladas] de CO 2 poderiam ser sequestrados, com 2,8 MT CO 2 vindo da fase de uso e 3 MT CO 2 vindo do fim da vida.”

Ele descobriu que estados com grandes redes com muitos pavimentos de concreto, como Texas e Califórnia, viram uma maior absorção durante a fase de uso, enquanto estados que pavimentaram com designs compostos (uma camada de asfalto sobre uma camada de concreto) viram uma maior absorção de carbono durante da vida.

Uma vez que esses projetos compostos exigem mais ações de manutenção, eles poderiam gerar mais resíduos de concreto que, por sua vez, levavam a uma absorção significativa de carbono no fim da vida. Na verdade, Massachusetts, que depende muito de designs compostos, pode ver mais aceitação do fim da vida útil do que a Califórnia.

É importante notar que a absorção no final da vida útil também apresentou uma variação maior devido à incerteza nas práticas de aterro, como a geometria das pilhas de resíduos.

“Deve-se considerar também que alguns países, como Holanda ou Cingapura, podem não ter espaço suficiente para espalhar todo esse material demolido”, observa AzariJafari. Esses países poderiam, no entanto, reciclar esses resíduos para uso na produção futura de concreto, mesmo que isso exclua o potencial de absorção de carbono.

Embora as incertezas inerentes ao aterro em fim de vida permaneçam, AzariJafari descobriu que o aterro é uma forma mais econômica de absorção de carbono do que a captura e sequestro artificial de carbono - pelo menos até que as tecnologias de captura de carbono se tornem mais robustas.

 

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