Tecnologia Científica

O papel do concreto na redução das emissões de edifícios e pavimentos
Os pesquisadores do MIT descobriram que as emissões de edifícios 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 emissões de produção de concreto e usá-lo de maneiras inovadoras, é possível reduzir significativamente as emissões de edifícios e pavimentos nos Estados Unidos.

Como o material mais consumido depois da água, o concreto é indispensável aos diversos sistemas essenciais - de estradas a edifícios - em que é utilizado.

Mas, devido ao seu uso extensivo, a produção de concreto também contribui com cerca de 1 por cento das emissões nos Estados Unidos e continua sendo uma das várias indústrias intensivas em carbono em todo o mundo. Enfrentar as mudanças climáticas, então, significará 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 alcançado.

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

A equipe descobriu que, se estratégias de redução fossem implementadas, as emissões para pavimentos e edifícios entre 2016 e 2050 poderiam cair em até 65 por cento e 57 por cento, respectivamente, mesmo se o uso de concreto acelerasse muito nesse período. Essas metas estão próximas 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 até 2050.

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

Fontes e soluções

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

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

Devido aos atributos únicos do concreto, ele pode influenciar o desempenho de sustentabilidade de longo prazo dos sistemas em que é usado. Pavimentos de concreto, por exemplo, podem reduzir o consumo de combustível dos veículos, 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 próprio material - uma mistura cuidadosamente proporcionada de pó de cimento, água, areia e agregados. Desembaraçar a contribuição do concreto para os impactos operacionais e incorporados de edifícios e pavimentos é essencial para o planejamento de reduções de GEE em ambos os setores.

Conjunto de cenários

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

Como esses dois setores são imensos e estão evoluindo rapidamente, modelá-los exigiu uma estrutura complexa.

“Não temos detalhes sobre cada edifício e pavimento nos Estados Unidos”, explica Randolph Kirchain, um cientista pesquisador do Laboratório de Pesquisa de Materiais e codiretor do CSHub.

“Como tal, começamos desenvolvendo projetos de referência, que pretendem ser representativos de edifícios e pavimentos atuais e futuros. Estes foram adaptados para serem apropriados para 14 zonas climáticas diferentes nos Estados Unidos e, em seguida, distribuídos 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 possíveis.

“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 de superfície, tráfego, espessura, largura da pista e número de pistas para cada segmento”, diz Hessam AzariJafari , um pós-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, secundárias e de reconstrução especificadas para cada condição climática. ”

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

Como o próprio nome pode sugerir, o cenário projetado refletiu as tendências atuais. Para o setor de construção, as soluções englobaram a esperada descarbonização da rede e melhorias nos códigos de construção e eficiência energética que estão atualmente sendo implementados em todo o país. Para pavimentos, a única solução projetada foram melhorias na economia de combustível dos veículos. Isso porque, à medida que a eficiência do veículo continua a aumentar, o excesso de emissões do veículo devido à baixa qualidade da estrada também diminuirá.

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

“No cenário ambicioso”, explica Kirchain, “fomos além das tendências projetadas e exploramos mudanças razoáveis ​​que excedem as políticas atuais e os compromissos [da indústria]”.

Aqui, as estratégias 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 estratégias inovadoras, incluindo investir mais para produzir estradas mais suaves, aplicar seletivamente sobreposições de concreto para produzir pavimentos mais rígidos e introduzir pavimentos mais reflexivos - o que pode alterar o equilíbrio de energia da Terra enviando mais energia da atmosfera.

Resultados

À medida que a rede se torna mais verde e novas casas e edifícios se tornam mais eficientes, muitos especialistas previram que os impactos operacionais de novos projetos de construção diminuirão em comparação com suas emissões incorporadas.

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

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

Na verdade, o estudo concluiu que as operações criarão a maioria das emissões até 2050, a menos que todas as fontes de energia - elétrica e térmica - sejam neutras em carbono até 2040. Isso sugere que intervenções ambiciosas na rede elétrica e outras fontes de emissões operacionais podem ter o maior impacto.

Suas previsões de reduções de emissões geraram percepções adicionais.  

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

Como a maioria dos edifícios durante o período de análise eram existentes em vez de novos, o consumo de energia dominou as emissões em ambos os cenários. Consequentemente, a descarbonização da rede elétrica e a melhoria da eficiência dos eletrodomésticos e da iluminação levaram às maiores melhorias para os edifícios, eles descobriram.

Em contraste com o setor de construção, os cenários de pavimentação tiveram um abismo considerável entre os resultados: o cenário projetado levou a uma redução de apenas 14%, enquanto o cenário 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 estratégias de redução de GEE que estão sendo perseguidas de acordo com as projeções atuais.

“A lacuna entre os cenários de pavimentação mostra que precisamos ser mais proativos na gestão dos impactos de GEE dos pavimentos”, explica Kirchain. “Há 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 cenário ambicioso do pavimento) tenha atendido às 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 edifícios existentes e do projeto de estruturas com durabilidade, resiliência 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, é necessário mais desenvolvimento. E, no entanto, esse mesmo desenvolvimento pode pressagiar emissões maiores.

A equipe do MIT descobriu que esse não é necessariamente o caso. Mesmo que a América continue a usar mais concreto, os benefícios do próprio material e as intervenções feitas nele podem tornar as metas climáticas mais viáveis.

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

 

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