Tecnologia Científica

Equipe liderada pelo professor da UCLA ganha US $ 7,5 milhões NRG COSIA Carbon XPRIZE
Pesquisadores desenvolveram tecnologia para transformar dióxido de carbono em concreto
Por Christine Wei-li Lee - 28/04/2021


Escola de Engenharia UCLA Samueli
Gaurav Sant, professor de engenharia civil e ambiental na Escola de Engenharia da UCLA Samueli, segurando amostras do concreto produzido com a tecnologia desenvolvida por sua equipe.

Um grupo de engenheiros da UCLA se tornou a primeira equipe universitária a ganhar o grande prêmio na competição global NRG COSIA Carbon XPRIZE . Ao mitigar a pegada de carbono do concreto, a invenção da equipe pode eventualmente ser um passo importante na batalha global contra a mudança climática.

A equipe da UCLA CarbonBuilt, liderada por Gaurav Sant, professor de engenharia civil e ambiental na  Escola de Engenharia da UCLA Samueli , ganhou US $ 7,5 milhões na pista da competição para tecnologias relacionadas à geração de energia a carvão.

A tecnologia vencedora é uma abordagem ecologicamente correta para tirar as emissões de dióxido de carbono diretamente de usinas de energia e outras instalações industriais - emissões que de outra forma iriam para a atmosfera - e infundi-las em um novo tipo de concreto inventado pela equipe. À medida que endurece e ganha resistência, o concreto especialmente formulado absorve e retém permanentemente o gás de efeito estufa.

Por meio de extensa pesquisa na UCLA e testes no Integrated Test Center, uma instalação fora de Gillette, Wyoming, os pesquisadores demonstraram que seu processo reduziu a pegada de carbono do concreto em mais de 50%, enquanto produzia concreto que era tão forte e durável quanto o material tradicional.

Cada bloco de concreto CarbonBuilt armazena cerca de três quartos de libra de dióxido de carbono - uma quantidade significativa, considerando que 1 trilhão de blocos de concreto será produzido anualmente até o ano de 2027.

Sant ingressou no corpo docente da UCLA em 2010. Ele e um grupo de cientistas da equipe, bolsistas de pós-doutorado e alunos de doutorado iniciaram a pesquisa que levou ao prêmio em 2014.

“Estou absolutamente emocionado que CarbonBuilt ganhou o NRG COSIA Carbon XPRIZE,” disse Sant, que dirige o Instituto UCLA para Gestão de Carbono e também tem uma nomeação como docente no departamento de ciência e engenharia de materiais de Engenharia da UCLA. “Como engenheiro civil de terceira geração, estou fascinado com o papel que a construção tem desempenhado na solução dos desafios sociais. Ter passado a última década desenvolvendo uma solução para mitigar a pegada de carbono do concreto com uma equipe fenomenal e ter ganhado o NRG COSIA Carbon XPRIZE fazendo algo pelo qual estou apaixonado é um sonho definitivo que se tornou realidade. ”

Patrocinado pela NRG Energy e pela Oil Sands Innovation Alliance do Canadá, a competição NRG COSIA Carbon XPRIZE de US $ 20 milhões foi lançada em setembro de 2015 para encontrar maneiras de usar as emissões de dióxido de carbono de forma benéfica. A fundação sem fins lucrativos XPRIZE desafiou uma comunidade global de solucionadores de problemas a desenvolver tecnologias para transformar o dióxido de carbono das emissões de carvão e gás natural em produtos valiosos. Uma equipe canadense chamada CarbonCure venceu a outra faixa da competição, para geração de energia a gás natural.

A inscrição da UCLA foi uma das 47 inscrições de 38 equipes em sete países. CarbonBuilt, anteriormente conhecido como CO 2 Concrete, foi nomeado um dos 10 finalistas em outubro de 2017.

Sant disse que a inspiração original para a tecnologia vencedora veio de uma fonte improvável: conchas.

“As conchas são feitas de carbonato de cálcio, que é o agente de cimentação original da natureza”, disse ele. “Estávamos realmente motivados pela ideia de como as conchas do mar eram mantidas juntas. E foi assim que realmente começamos a transformar o dióxido de carbono em concreto ”.

Desafiado por especialistas na academia e na indústria que disseram que isso não poderia ser feito, Sant e sua equipe passaram os sete anos seguintes na missão de provar que estavam errados.

Blocos de concreto CarbonBuilt saindo da linha de produção.  Cada bloco de concreto
CarbonBuilt armazena cerca de três quartos de libra de dióxido de carbono.
Escola de Engenharia UCLA Samueli


Primeiro, os pesquisadores da UCLA desenvolveram uma nova fórmula para o cimento, que é o agente ligante no concreto. Eles usaram cal hidratada, ou portlandita, que pode absorver dióxido de carbono rapidamente, para substituir o cimento de silicato de cálcio tradicional, conhecido como cimento Portland comum. Em seguida, a equipe criou um método no qual o dióxido de carbono retirado diretamente do gás de combustão é rapidamente absorvido pela portlandita conforme o concreto endurece.

Além de absorver o dióxido de carbono no concreto, o processo Reversa do CarbonBuilt reduz a quantidade de cimento Portland comum necessária para produzir concreto entre 60% e 90%. O processo também ocorre em temperaturas e pressões normais. Como resultado, o concreto CarbonBuilt tem uma pegada de carbono muito menor do que o concreto convencional. Isso poderia contribuir muito para reduzir a produção mundial de gases de efeito estufa, já que a produção do cimento tradicional usado em concreto é a causa de quase 9% das emissões mundiais de dióxido de carbono.

Outra vantagem atraente da nova tecnologia é que ela é econômica. Ao contrário de outras tecnologias de mitigação de carbono que requerem uma configuração cara para capturar as emissões de dióxido de carbono ou purificá-las, o processo CarbonBuilt permite que o dióxido de carbono no gás de combustão de plantas industriais e de energia seja utilizado diretamente e convertido em sua fonte sem essas etapas extras.

“É um momento transformador e eureka para a UCLA e para a ciência e a engenharia”, disse Jayathi Murthy, Ronald e Valerie Sugar Dean da UCLA Engineering. “Por meio de tenacidade e determinação absoluta, Gaurav e sua equipe foram capazes de transformar um projeto de pesquisa em uma tecnologia inovadora que pode resolver um problema social real e gerar mudanças positivas no mundo.”

Para avançar para as finais, os pesquisadores da UCLA demonstraram que sua tecnologia poderia consumir 135 quilos (cerca de 297 libras) de dióxido de carbono em 24 horas. Em 2017, a equipe teve que cumprir determinados requisitos técnicos, sujeitos à verificação por empresa independente. Esses resultados foram avaliados por um painel de juízes especialistas da academia e da indústria que avaliou a quantidade de dióxido de carbono que foi convertido em concreto CarbonBuilt, bem como o valor de engenharia, ambiental e econômico do material de construção.

Originalmente agendada para fevereiro de 2020, a rodada final da competição foi adiada devido à pandemia COVID-19. Em junho de 2020, a equipe da UCLA foi implantada no Centro de Teste Integrado para demonstrar seu sistema em escala industrial. A demonstração durou quatro meses e produziu cerca de 150 toneladas métricas (mais de 330.000 libras) de blocos de concreto CarbonBuilt. Alguns dos blocos de concreto foram doados à tribo Eastern Shoshone para projetos habitacionais na Reserva Wind River em Fort Washakie, Wyoming.

Os fundos do prêmio NRG COSIA Carbon XPRIZE apoiarão pesquisas inovadoras de mitigação de carbono e desenvolvimento de tecnologia na UCLA Engineering. CarbonBuilt, que é uma empresa privada fundada por Sant, garantiu os direitos relacionados ao portfólio de patentes do projeto de propriedade da UCLA para comercializar a tecnologia.

Antes de ganhar o grande prêmio, a equipe levantou $ 10 milhões para o desenvolvimento da tecnologia CarbonBuilt. Além de um prêmio de US $ 500.000 da Fundação XPRIZE em 2018 por chegar às finais, Sant garantiu uma doação de US $ 1,8 milhão em 2019 do Departamento de Energia. (Testes adicionais para concluir a concessão do DOE recentemente concluída no National Carbon Capture Center em Wilsonville, Alabama.) E a Anthony and Jeanne Pritzker Family Foundation contribuiu com US $ 1,5 milhão em 2017.

Muitos membros do corpo docente da UCLA contribuíram para o sucesso da equipe, incluindo Dante Simonetti, professor assistente de engenharia química e biomolecular; JR DeShazo, professor de políticas públicas e de engenharia civil e ambiental, e diretor do UCLA Luskin Center for Innovation; Laurent Pilon, professor de engenharia mecânica e aeroespacial e de bioengenharia; Richard Kaner, um distinto professor de química e bioquímica e de ciência e engenharia de materiais; e Mathieu Bauchy, professor associado de engenharia civil e ambiental.

Membros adicionais da equipe incluem os atuais e ex-cientistas do projeto UCLA Engineering, Dale Prentice, Gabriel Falzone, Iman Mehdipour e Bu Wang; Hyukmin Kweon, ex-bolsista de pós-doutorado da UCLA; Zhenhua Wei, ex-aluno de doutorado em engenharia civil e ambiental; Camly Tran, diretora executiva do Institute for Carbon Management; e experientes consultores da indústria, incluindo Edward Muller, Stephen Raab e o CEO da CarbonBuilt, Rahul Shendure.

 

.
.

Leia mais a seguir