Tecnologia Científica

O papel do concreto na redução das emissaµes de edifa­cios e pavimentos
Os pesquisadores do MIT descobriram que as emissaµes de edifa­cios e pavimentos dos EUA podem ser reduzidas em cerca de 50 por cento, mesmo com o aumento do uso de concreto.
Por Andrew Logan - 18/09/2021


Ao reduzir as emissaµes de produção de concreto e usa¡-lo de maneiras inovadoras, épossí­vel reduzir significativamente as emissaµes de edifa­cios e pavimentos nos Estados Unidos.

Como o material mais consumido depois da a¡gua, o concreto éindispensa¡vel aos diversos sistemas essenciais - de estradas a edifa­cios - em que éutilizado.

Mas, devido ao seu uso extensivo, a produção de concreto também contribui com cerca de 1 por cento das emissaµes nos Estados Unidos e continua sendo uma das várias indaºstrias intensivas em carbono em todo o mundo. Enfrentar asmudanças climáticas, então, significara¡ reduzir os impactos ambientais do concreto, mesmo que seu uso continue a aumentar.

Em um novo artigo no Proceedings of the National Academy of Sciences , uma equipe de pesquisadores atuais e antigos do MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub) descreve como isso pode ser alcana§ado.

Eles apresentam uma extensa avaliação do ciclo de vida dos setores de construção e pavimentação que estima como as estratanãgias de redução de gases de efeito estufa (GEE) - incluindo aquelas para concreto e cimento - poderiam minimizar as emissaµes cumulativas de cada setor e como essas reduções seriam comparadas a  redução nacional de GEE alvos. 

A equipe descobriu que, se estratanãgias de redução fossem implementadas, as emissaµes para pavimentos e edifa­cios entre 2016 e 2050 poderiam cair em até65 por cento e 57 por cento, respectivamente, mesmo se o uso de concreto acelerasse muito nesse período. Essas metas estãopróximas das metas de redução dos EUA definidas como parte dos Acordos do Clima de Paris. As soluções consideradas também permitiriam a produção de concreto para ambos os setores atingir a neutralidade de carbono até2050.

Apesar da conta­nua descarbonização da rede e dos aumentos na eficiência do combusta­vel, eles descobriram que a grande maioria das emissaµes de GEE de novos edifa­cios e pavimentos durante este período derivaria do consumo de energia operacional, em vez das chamadas emissaµes incorporadas - emissaµes da produção de materiais e construção.

Fontes e soluções

O consumo de concreto, por sua versatilidade, durabilidade, construtibilidade e papel no desenvolvimento econa´mico, tem projeção de aumento em todo o mundo.

Embora seja essencial considerar os impactos incorporados da produção de concreto em andamento, éigualmente essencial colocar esses impactos iniciais no contexto do ciclo de vida do material.

Devido aos atributos aºnicos do concreto, ele pode influenciar o desempenho de sustentabilidade de longo prazo dos sistemas em que éusado. Pavimentos de concreto, por exemplo, podem reduzir o consumo de combusta­vel dos vea­culos, enquanto as estruturas de concreto podem suportar perigos sem a necessidade de reparos que consomem muita energia e materiais.

Os impactos do concreto, então, são tão complexos quanto o pra³prio material - uma mistura cuidadosamente proporcionada de pa³ de cimento, a¡gua, areia e agregados. Desembaraçar a contribuição do concreto para os impactos operacionais e incorporados de edifa­cios e pavimentos éessencial para o planejamento de reduções de GEE em ambos os setores.

Conjunto de cenários

Em seu artigo, os pesquisadores do CSHub previram as potenciais emissaµes de gases de efeito estufa dos setores de construção e pavimentação a  medida que várias estratanãgias de redução de emissaµes foram introduzidas entre 2016 e 2050 .

Como esses dois setores são imensos e estãoevoluindo rapidamente, modela¡-los exigiu uma estrutura complexa.

“Nãotemos detalhes sobre cada edifa­cio e pavimento nos Estados Unidos”, explica Randolph Kirchain, um cientista pesquisador do Laborata³rio de Pesquisa de Materiais e codiretor do CSHub.

“Como tal, comea§amos desenvolvendo projetos de referaªncia, que pretendem ser representativos de edifa­cios e pavimentos atuais e futuros. Estes foram adaptados para serem apropriados para 14 zonas climáticas diferentes nos Estados Unidos e, em seguida, distribua­dos pelos EUA com base em dados do Censo dos EUA e da Administração de Rodovias Federais ”

Para refletir a complexidade desses sistemas, seus modelos deveriam ter as resoluções mais altas possa­veis.

“No setor de pavimentos, coletamos o estoque atual da rede dos EUA com base em segmentos de 10 milhas de alta precisão, juntamente com as condições desuperfÍcie, tra¡fego, espessura, largura da pista e número de pistas para cada segmento”, diz Hessam AzariJafari , um pa³s-doutorado no CSHub e um coautor no artigo.

“Para modelar futuras ações de pavimentação ao longo do período de análise, assumimos quatro condições climáticas; quatro tipos de estradas; asfalto, concreto e estruturas de pavimento composto; bem como ações de pavimentação principais, secunda¡rias e de reconstrução especificadas para cada condição climática. ”

Usando essa estrutura, eles analisaram um cena¡rio “projetado” e um “ambicioso” de estratanãgias de redução e atributos do sistema para edifa­cios e pavimentos ao longo do período de análise de 34 anos. Os cenários foram definidos pelo tempo e intensidade das estratanãgias de redução de GEE.

Como o pra³prio nome pode sugerir, o cena¡rio projetado refletiu as tendaªncias atuais. Para o setor de construção, as soluções englobaram a esperada descarbonização da rede e melhorias nos ca³digos de construção e eficiência energanãtica que estãoatualmente sendo implementados em todo opaís. Para pavimentos, a única solução projetada foram melhorias na economia de combusta­vel dos vea­culos. Isso porque, a  medida que a eficiência do vea­culo continua a aumentar, o excesso de emissaµes do vea­culo devido a  baixa qualidade da estrada também diminuira¡.

Ambos os cenários projetados para edifa­cios e pavimentos apresentaram a introdução gradual de estratanãgias de concreto de baixo carbono, como conteaºdo reciclado, captura de carbono na produção de cimento e o uso de carbono capturado para produzir agregados e curar concreto.

“No cena¡rio ambicioso”, explica Kirchain, “fomos além das tendaªncias projetadas e exploramosmudanças razoa¡veis ​​que excedem as políticas atuais e os compromissos [da indaºstria]”.

Aqui, as estratanãgias do setor de construção foram as mesmas, mas implementadas de forma mais agressiva. O setor de pavimentos também obedeceu a metas mais agressivas e incorporou várias estratanãgias inovadoras, incluindo investir mais para produzir estradas mais suaves, aplicar seletivamente sobreposições de concreto para produzir pavimentos mais ra­gidos e introduzir pavimentos mais reflexivos - o que pode alterar o equila­brio de energia da Terra enviando mais energia da atmosfera.

Resultados

Amedida que a rede se torna mais verde e novas casas e edifa­cios se tornam mais eficientes, muitos especialistas previram que os impactos operacionais de novos projetos de construção diminuira£o em comparação com suas emissaµes incorporadas.

“O que nossa avaliação do ciclo de vida descobriu”, diz Jeremy Gregory, diretor executivo do MIT Climate Consortium e principal autor do artigo, “éque [essa previsão] não énecessariamente o caso”.

“Em vez disso, descobrimos que mais de 80 por cento das emissaµes totais de novos edifa­cios e pavimentos entre 2016 e 2050 derivariam de sua operação.”

Na verdade, o estudo concluiu que as operações criara£o a maioria das emissaµes até2050, a menos que todas as fontes de energia - elanãtrica e tanãrmica - sejam neutras em carbono até2040. Isso sugere que intervenções ambiciosas na rede elanãtrica e outras fontes de emissaµes operacionais podem ter o maior impacto.

Suas previsaµes de reduções de emissaµes geraram percepções adicionais.  

Para o setor de construção, eles descobriram que o cena¡rio projetado levaria a uma redução de 49 por cento em comparação com os na­veis de 2016, e que o cena¡rio ambicioso proporcionaria uma redução de 57 por cento.

Como a maioria dos edifa­cios durante o período de análise eram existentes em vez de novos, o consumo de energia dominou as emissaµes em ambos os cenários. Consequentemente, a descarbonização da rede elanãtrica e a melhoria da eficiência dos eletrodomanãsticos e da iluminação levaram a s maiores melhorias para os edifa­cios, eles descobriram.

Em contraste com o setor de construção, os cenários de pavimentação tiveram um abismo considera¡vel entre os resultados: o cena¡rio projetado levou a uma redução de apenas 14%, enquanto o cena¡rio ambicioso teve uma redução de 65% - o suficiente para cumprir as metas do Acordo de Paris dos Estados Unidos para esse setor. Esse abismo deriva da falta de estratanãgias de redução de GEE que estãosendo perseguidas de acordo com as projeções atuais.

“A lacuna entre os cenários de pavimentação mostra que precisamos ser mais proativos na gestãodos impactos de GEE dos pavimentos”, explica Kirchain. “Ha¡ um potencial tremendo, mas ver esses ganhos requer ação agora.”

Esses ganhos de ambos os cenários ambiciosos poderiam ocorrer mesmo quando o uso do concreto triplicasse durante o período de análise em comparação com os cenários projetados - um reflexo não apenas da demanda crescente de concreto, mas de seu papel potencial na descarbonização de ambos os setores.

Embora apenas um dos cenários de redução (o cena¡rio ambicioso do pavimento) tenha atendido a s metas do Acordo de Paris, isso não impede o cumprimento dessas metas: existem muitas outras oportunidades.

“Neste estudo, nos concentramos principalmente em reduções incorporadas para concreto”, explica Gregory. “Mas outros materiais de construção poderiam receber tratamento semelhante.

“Outras reduções também podem vir da reforma de edifa­cios existentes e do projeto de estruturas com durabilidade, resiliencia a perigos e adaptabilidade em mente, a fim de minimizar a necessidade de reconstrução.”

Este estudo responde a um paradoxo no campo da sustentabilidade. Para que o mundo se torne mais justo, énecessa¡rio mais desenvolvimento. E, no entanto, esse mesmo desenvolvimento pode pressagiar emissaµes maiores.

A equipe do MIT descobriu que esse não énecessariamente o caso. Mesmo que a Amanãrica continue a usar mais concreto, os benefa­cios do pra³prio material e as intervenções feitas nele podem tornar as metas climáticas mais via¡veis.

O Centro de Sustentabilidade de Concreto do MIT éuma equipe de pesquisadores de vários departamentos do MIT trabalhando em ciaªncia, engenharia e economia de concreto e infraestrutura. Sua pesquisa éapoiada pela Portland Cement Association e a Ready Mixed Concrete Research and Education Foundation.

 

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