Apesar das muitas vantagens do concreto como um material de construção moderno, incluindo sua alta resistência, baixo custo e facilidade de fabricação, sua produção atualmente responde por aproximadamente 8% das emissões globais de dióxido de carbono.
Descobertas recentes de uma equipe do MIT revelaram que a introdução de novos materiais nos processos de fabricação de concreto existentes poderia reduzir significativamente essa pegada de carbono, sem alterar as propriedades mecânicas do concreto. Os resultados desta pesquisa foram publicados no periódico PNAS Nexus, em um artigo dos professores de engenharia civil e ambiental do MIT, Admir Masic e Franz-Josef Ulm, do pós-doutor Damian Stefaniuk e do estudante de doutorado Marcin Hajduczek, juntamente com James Weaver do Instituto Wyss da Universidade Harvard.
Após a água, o concreto é o segundo material mais consumido do mundo e representa o alicerce da infraestrutura moderna. No entanto, durante sua fabricação, grandes quantidades de dióxido de carbono são liberadas, tanto como subproduto químico da produção de cimento quanto na energia necessária para alimentar essas reações.
Aproximadamente metade das emissões associadas à produção de concreto são provenientes da queima de combustíveis fósseis, como óleo e gás natural, que são utilizados para aquecer uma mistura de calcário e argila, que se transforma no conhecido pó cinza chamado de cimento Portland comum (OPC). Embora a energia necessária para esse processo de aquecimento possa eventualmente ser substituída por eletricidade gerada a partir de fontes renováveis de energia solar ou eólica, a outra metade das emissões é inerente ao próprio material: à medida que a mistura mineral é aquecida a temperaturas superiores a 1.400 graus Celsius, ocorre uma transformação química do carbonato de cálcio e da argila em uma mistura de clinquer (constituída principalmente de silicatos de cálcio) e dióxido de carbono, este último escapando para o ar.
Quando o cimento é misturado com água, areia e cascalho durante a produção de concreto, ele se torna altamente alcalino, criando um ambiente aparentemente ideal para a absorção e armazenamento de longo prazo do dióxido de carbono na forma de materiais carbonatados (um processo conhecido como carbonatação). Apesar desse potencial do concreto em absorver naturalmente o dióxido de carbono da atmosfera, quando essas reações ocorrem normalmente, principalmente dentro do concreto curado, elas podem enfraquecer o material e diminuir a alcalinidade interna, o que acelera a corrosão das barras de reforço. Esses processos, por sua vez, acabam destruindo a capacidade de carga do edifício e afetando negativamente seu desempenho mecânico a longo prazo. Como resultado, essas reações de carbonatação tardia, que ocorrem ao longo de décadas, são reconhecidas há muito tempo como caminhos indesejáveis que aceleram a deterioração do concreto.
“O problema com essas reações de carbonatação pós-cura”, diz Masic, “é que elas perturbam a estrutura e a química da matriz de cimentação que é muito eficaz na prevenção da corrosão do aço, o que leva à degradação.”
Em contraste, as novas vias de sequestro de dióxido de carbono descobertas pelos autores dependem da formação muito precoce de carbonatos durante a mistura e despejo do concreto, antes que o material endureça, o que poderia eliminar em grande parte os efeitos prejudiciais da absorção de dióxido de carbono após a cura do material.
A chave para o novo processo é a adição de um único ingrediente simples e barato: bicarbonato de sódio. Em testes de laboratório usando a substituição por bicarbonato de sódio, a equipe demonstrou que até 15% do total de dióxido de carbono associado à produção de cimento pode ser mineralizado durante essas etapas iniciais, o suficiente para potencialmente reduzir significativamente a pegada de carbono global do material.
“É tudo muito emocionante”, diz Masic, “porque nossa pesquisa avança o conceito de concreto multifuncional ao incorporar os benefícios adicionais da mineralização de dióxido de carbono durante a produção e o lançamento.”
Além disso, o concreto resultante endurece muito mais rapidamente por meio da formação de uma fase composta previamente não descrita, sem afetar seu desempenho mecânico. Esse processo permite que a indústria da construção seja mais produtiva: as formas podem ser removidas mais cedo, reduzindo o tempo necessário para concluir uma ponte ou edifício.
A composição, uma mistura de carbonato de cálcio e hidrato de silicato de cálcio, “é um material completamente novo”, diz Masic. “Além disso, por meio de sua formação, podemos dobrar o desempenho mecânico do concreto em estágio inicial.” No entanto, ele acrescenta que essa pesquisa ainda está em andamento. “Embora ainda não esteja claro como a formação dessas novas fases afetará o desempenho a longo prazo do concreto, essas novas descobertas sugerem um futuro otimista para o desenvolvimento de materiais de construção neutros em carbono.”
Embora a ideia de carbonatação do concreto em estágios iniciais não seja nova, e existam várias empresas que atualmente exploram essa abordagem para facilitar a absorção de dióxido de carbono após o concreto ser moldado em sua forma desejada, as descobertas atuais da equipe do MIT destacam o fato de que a capacidade pré-curativa do concreto de sequestrar dióxido de carbono tem sido amplamente subestimada e subutilizada.
“Nossa nova descoberta poderia ser combinada com outras inovações recentes no desenvolvimento de aditivos para concreto de menor pegada de carbono, fornecendo materiais de construção muito mais verdes e até mesmo negativos em carbono para o ambiente construído, transformando o concreto de um problema em parte da solução”, diz Masic.