Concreto limpo: Tornando os alicerces da sociedade sustentáveis

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O que é o concreto e porque precisamos dele?

O concreto é um forte, duradouro e versátil material de construção civil que tem sido extremamente importante na criação e expansão de cidades em todo o mundo. A procura mundial por esse material é enorme:

Qual das afirmações sobre o concreto você acha que é verdadeira?


O concreto perde apenas para a água como o material mais usado no planeta! Infelizmente, por causa de seu processo de fabricação, isso significa que a produção de concreto é responsável por gritantes 8% das emissões globais de CO₂.

O concreto é o segundo material mais consumido no planeta

Como é feito o concreto?

De que é composto o concreto?


O concreto tem três componentes principais: agregados (uma mistura de areia, brita e cascalho), uma pasta feita de água e cimento, e ar!

De que é composto o concreto?

O cimento é um elemento-chave para o concreto. Ele é feito de gipsita, que é um mineral macio, e clínquer – um sólido irregular feito a partir da queima de carbonato de cálcio e outros óxidos em um forno.

O que tem no cimento?

O clínquer é formado por uma reação química chamada de calcinação de calcário. Nesse processo, o carbonato de cálcio (CaCO₃ ou calcário) é transformado em óxido de cálcio (CaO) e dióxido de carbono (CO₂).

Como é feito o clínquer?

Quais são os impactos ambientais do concreto e do cimento?

Quais das seguintes opções são exemplos dos impactos ambientais da produção de concreto e cimento? Selecione todas as que se aplicam.


Todos esses fatores são impactos da indústria do concreto e cimento e existem em escala local, regional e global.

  • Impactos locais: durante o processo de calcinação calcária, a poeira do forno de cimento (CKD, da sigla em inglês) é liberada. Quando não coletada adequadamente, a CKD pode poluir a água, o solo e o ar. Pode também causar queimaduras na pele, danos aos olhos e até mesmo irritação respiratória ou câncer, visto que é suficientemente pequena para ser inalada.
  • Impactos regionais: durante a fabricação de cimento, a queima de combustível emite dióxido de enxofre (SO₂) e óxidos de nitrogênio (NOx), ambos os principais contribuintes para a chuva ácida.
  • Impactos globais: em uma média global, a produção de 1 kg de cimento gera aproximadamente 0,81 kg de CO₂.

Qual é a principal fonte de emissões de gases de efeito estufa na fabricação de concreto?


Surpreendentemente, a maior parte de seu impacto vem da fabricação de cimento, que responde por 90% das emissões do concreto.

Cerca de 30% a 40% das emissões diretas de CO₂ provêm da combustão de combustível para a produção de calor e eletricidade, 50% a 70% são liberados do calcário durante o processo de calcinação de pedra calcária (fabricação de cimento) descrito acima. As emissões restantes (até 10%) são consideradas emissões indiretas e geralmente causadas pelo transporte.

Criando cimento e concreto sustentáveis

Prevê-se que a procura mundial por cimento aumente 30% até 2040. Se não fizermos algo a respeito das emissões de CO₂ provenientes da atual produção de concreto, o crescimento dessa indústria será um dos principais contribuintes para as mudanças climáticas.

Precisamos reduzir, rapidamente, as emissões provenientes do cimento!

Podemos fazer concreto sem emitir CO₂?

Quanto as emissões de CO₂ da indústria de concreto precisam ser reduzidas até 2050 para evitar um aumento da temperatura global acima de 2 °C?


De acordo com o Acordo de Paris, para limitar o aumento da temperatura global em 2 °C, as emissões diretas de CO₂ da produção de cimento e concreto precisam ser reduzidas em 25% até 2050.

As soluções mais promissoras incluem:

  • Melhorar a eficiência energética
  • Utilização de combustíveis alternativos
  • Utilizar diferentes materiais de clínquer
  • Implementar captura, utilização e armazenamento de carbono (CCUS, da sigla em inglês)
  • Utilizar cimentos neutros em carbono
Como podemos tornar o concreto mais sustentável ?

1. Melhorar a eficiência energética: As melhorias na eficiência energética durante a fabricação de cimento podem reduzir as emissões diretas de CO₂ em até 12%. Cerca de 65% da demanda de energia térmica vem do forno, onde a energia térmica é absorvida pelas reações necessárias para transformar o calcário em clínquer, enquanto os aproximadamente 35% restantes são usados para secar o calcário.

Como podemos reduzir a demanda de energia? Há um par de opções:

Reduzindo a demanda por energia na produção de concreto

Fornos de processo seco: O calcário é exposto a um pré-aquecedor de longa secagem para reduzir seu teor de umidade, então menos calor é necessário para evaporar a água e o calcário pode sofrer calcinação mais rápido.

Recuperação de Excesso de Calor (EHR): Durante todo o processo de fabricação do cimento, há muito calor residual que pode ser facilmente coletado e reutilizado.

Reduzindo a demanda elétrica na moagem de cimento: Em toda a fabricação de cimento, a maior demanda elétrica vem da moagem de cimento (31% a 44%). Nos últimos 100 anos, as fábricas têm usado moinhos de esferas para moer cimento e matérias-primas, que consomem cerca de 30 kWh por tonelada de material alimentado. Essa quantidade de energia poderia abastecer uma residência média por quase três dias no Reino Unido[ovoenergia]!

Felizmente, existem alternativas que consomem menos energia. Os rolos de moagem de alta pressão (HPGR) quebram o cimento quando exposto a altas pressões entre dois rolos, criando partículas menores. Em comparação com os moinhos de bolas, o HPGR pode representar uma economia de energia de 30% a 50%. Moinhos de rolos verticais (VRM) usam uma corrente de ar para forçar pequenas partículas a deixar o moinho enquanto o resto permanece para moagem adicional. Os VRM são capazes de produzir partículas mais finas do que os moinhos de bolas e também usam 70% menos energia.

No entanto, essas tecnologias enfrentam alguns desafios de implementação, como alto custo de investimento.

2. Mudança para combustíveis alternativos: Na produção de cimento, o combustível é usado para produzir calor no forno e no calcinador. Em uma média global, 70% desse combustível vem do carvão, seguido por 24% do petróleo e gás natural e menos de 6% dos combustíveis alternativos.

Quais combustíveis alternativos poderiam ser usados para alimentar o forno e o calcinador? Selecione todas as alternativas corretas.


Os tipos de combustíveis que o setor do cimento usa

Precisamos de combustíveis físicos que possam ser alimentados e queimados dentro do forno e calcinador, para que a energia nuclear e eólica não funcionem, mas a biomassa e os resíduos podem! Em vez de combustíveis intensivos em carbono, biomassa e materiais residuais podem ser alimentados no forno e no calcinador. Em princípio, eles poderiam substituir 100% dos combustíveis usados no forno e até 60% nos calcinadores. O uso dessas alternativas aos combustíveis fósseis pode evitar até 42% das atuais emissões diretas na indústria de cimento!

3. Reduzir a relação entre clínquer e cimento: A produção de 1 tonelada de clínquer libera cerca de 0,706 toneladas de CO₂. No entanto, o clínquer pode ser substituído por materiais alternativos com baixa pegada de carbono ou até mesmo emissões líquidas igual a zero, como escória granulada de alto forno (GBFS), cinzas volantes (FA), pozolanas e calcário.

O uso dessas alternativas depende de muitos fatores, principalmente disponibilidade e preço. Além disso, é importante considerar como as propriedades do cimento serão alteradas usando essas alternativas.

4. Utilização de captura e armazenamento de carbono (CCUS): CCUS consiste em capturar CO₂ conforme é emitido e, em seguida, comprimi-lo em um líquido para armazená-lo no subsolo (CCS) ou para usá-lo para fazer novos produtos (CCU). Embora a tecnologia CCUS ainda esteja em fase de testes industriais, ela apresenta resultados promissores para uso na cadeia produtiva do cimento. Os diferentes tipos de tecnologia CCUS serão abordados em detalhes posteriormente neste curso!

5. Cimentos neutros em carbono:

O que são cimentos carbono-negativo?


Os cimentos de carbono negativo têm o potencial de armazenar mais CO₂ do que realmente emitem durante seu processo de fabricação! Uma maneira de fazer isso é usando cimentos à base de óxido de magnésio, que potencialmente podem absorver e armazenar CO₂ do ambiente. Como é que isso funciona?

Como o próprio nome indica, a principal matéria-prima desses cimentos é o óxido de magnésio (MgO), que é queimado para produzir um clínquer denominado magnésia calcinada cáustica (MCC). Quando o MCC é hidratado, ele se transforma em brucita (Mg(OH)₂), componente que se transforma em carbonato de magnésio (MgCO4) quando exposto à atmosfera; isso basicamente significa que ele absorve CO₂ do ar.

Como funcionam os cimentos à base de óxido de magnésio.

Embora essa tecnologia ainda esteja sendo desenvolvida, apresenta resultados promissores para o futuro, pois poderia absorver mais CO₂ do que é liberado em toda a cadeia de produção! Atualmente, existem muitas empresas produzindo cimentos neutros em carbono, como CarbonCure e Novacem.

Conclusão

O concreto é um material amplamente utilizado e importante, cuja produção contribui muito com as emissões de CO₂ no mundo. Felizmente, como vimos, há muitas vias de descarbonização promissoras e desenvolvimentos interessantes acontecendo (seja modificando o processo de fabricação, utilizando fontes alternativas de energia e materiais primários diferentes, ou alterando a composição do próprio concreto), e mais opções continuarão a surgir no futuro! Com essa visão, o futuro é claro: a indústria de concreto e cimento pode e deve ser transformada para cumprir os objetivos climáticos globais.

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