Ligante de betão C-SINC mineraliza dióxido de carbono e mantém resistência estrutural

Investigadores mostraram que um novo ligante para betão consegue transformar dióxido de carbono capturado em minerais estáveis, sem perder a resistência necessária para aplicações estruturais.

Com este avanço, o betão deixa de ser visto apenas como um grande emissor e passa a poder funcionar como um material capaz de aprisionar carbono de forma permanente no ambiente construído.

Betão testado à escala real

Blocos e vigas portantes, atualmente em ensaios em Karlsruhe - cidade do sudoeste da Alemanha, perto da fronteira com a França - estão a demonstrar este comportamento de armazenamento de carbono sob exigências estruturais reais.

Ao analisar estes elementos, o professor Frank Dehn, do Karlsruhe Institute of Technology (KIT), observa diretamente de que forma o novo ligante retém carbono enquanto suporta cargas e resiste a esforços.

Até agora, os resultados indicam que o carbono, fixado sob a forma de mineral, se mantém estável dentro do betão à medida que este endurece e é submetido a cargas progressivamente mais elevadas.

Estes sinais iniciais apontam para um material estrutural viável, mas também levantam dúvidas sobre até que ponto é possível substituir cimento tradicional sem comprometer o desempenho a longo prazo.

Pegada de carbono do cimento

A maior parte do impacto climático do betão vem do clínquer, o componente obtido em fornos a alta temperatura que permite ao cimento “colar” a areia e a brita.

Uma parte relevante desse peso ambiental resulta do calor necessário no processo, e o calcário agrava-o quando os fornos libertam dióxido de carbono para produzir cimento Portland.

A decomposição do calcário ajuda a explicar porque o clínquer de cimento está associado a cerca de oito por cento das emissões globais de dióxido de carbono.

Assim, qualquer ligante que reduza o teor de clínquer sem enfraquecer o betão ataca o problema exatamente onde a maior parte da poluição tem origem.

As matérias-primas estão a escassear

Durante anos, o setor da construção reduziu as emissões do cimento recorrendo a materiais cimentícios suplementares, isto é, pós adicionados que substituem uma fração do clínquer.

Cinzas volantes de centrais a carvão e escórias de altos-fornos foram opções eficazes, em parte porque já eram produzidas por outras indústrias em volumes muito elevados.

No entanto, essa disponibilidade está a diminuir com o encerramento de centrais a carvão e com mudanças na siderurgia, deixando o betão de baixo carbono com menos acesso a auxiliares tradicionais.

O que antes era uma alternativa tornou-se um obstáculo central - e é por isso que novas matérias-primas minerais passaram a ser muito mais apelativas.

Como o carbono é armazenado

O C-SINC, projeto europeu por trás desta nova formulação, utiliza silicatos de magnésio, minerais ricos em magnésio que reagem com dióxido de carbono.

Num processo acelerado de mineralização - uma reação que converte gás em minerais sólidos - as partículas ricas em magnésio fixam carbono sob a forma de carbonato de magnésio.

Uma parte do carbono pode vir de gases de escape industriais, o que significa que o betão não só reduz emissões como também armazena gás capturado.

Esta reação de fixação é o núcleo da promessa da tecnologia e, ao mesmo tempo, condiciona quanto clínquer a mistura consegue substituir de forma realista.

Porque é que o armazenamento dura

Quando o carbono passa a integrar um mineral carbonatado, torna-se muito mais difícil voltar a libertar-se do que no caso de gás comprimido armazenado no subsolo.

“ O CO2 não é apenas armazenado, fica quimicamente ligado num mineral. Mantém-se firmemente ligado, pelo que não pode escapar durante períodos muito longos ”, afirmou Dehn.

Um estudo anterior mostrou que o processamento de olivina, uma rocha comum rica em magnésio, pode gerar um substituto de cimento rico em sílica e um carbonato de magnésio com carbono incorporado.

A permanência é crucial, porque uma solução climática que voltasse a libertar carbono décadas mais tarde teria um impacto muito menor do que o que estes investigadores ambicionam.

Computadores afinam as misturas

Encontrar uma formulação de betão trabalhável costuma exigir longas rondas de tentativa e erro, pelo que o C-SINC está a recorrer a algoritmos para reduzir o número de opções.

Uma das ferramentas centrais é a aprendizagem automática, software de identificação de padrões treinado com dados, capaz de destacar receitas promissoras antes de as equipas produzirem lotes experimentais.

Depois, simulações estimam como o ligante se comportará enquanto o betão cura, fissura e suporta cargas ao longo do tempo.

Esta triagem computacional não elimina a necessidade de ensaios físicos, mas pode poupar meses de trabalho ao evitar fórmulas frágeis.

Ensaios de esforço são decisivos

O betão usado em edifícios reais precisa de mais do que endurecer: tem de suportar cargas, resistir às condições meteorológicas e proteger o aço.

“ Estamos a fazê-lo à pequena escala e também em elementos estruturais reais de grande escala ”, disse Dehn.

A prudência é ainda mais importante com ligantes pouco conhecidos, porque pequenas alterações na química podem influenciar a fissuração, o transporte de água e o risco de corrosão.

Uma mistura que retenha carbono mas falhe precocemente não será viável à escala de que a indústria necessita.

A Europa apoia a passagem à escala

A Europa destinou quase quatro milhões de euros ao C-SINC durante quatro anos, numa aposta de que esta abordagem é mais do que química engenhosa.

O consórcio reúne universidades e um fabricante de betão prefabricado, aproximando investigação e indústria para acelerar a transição do material para utilização real na construção.

Esta cooperação dá ao trabalho científico um caminho mais rápido para fábricas, normalização e produtos de construção à escala real.

A rapidez é relevante porque o betão amigo do clima só reduzirá emissões de forma significativa se os produtores conseguirem fabricá-lo a baixo custo e em grandes volumes.

Limites que continuam a contar

Mesmo cimentos promissores à base de magnésia - ligantes centrados em compostos de magnésio - ainda enfrentam questões de durabilidade e desafios ao aumentar a escala.

Algumas formulações com magnésio têm menor alcalinidade, isto é, são menos básicas do ponto de vista químico, pelo que a proteção das armaduras de aço e o desempenho face à meteorologia exigem verificações cuidadosas.

Os investigadores também precisam de demonstrar que o material se integra nas cadeias de abastecimento, nos códigos e nas práticas de mistura já existentes, sem elevar demasiado os custos.

Durabilidade, custo e barreiras regulamentares não anulam a ideia, mas explicam a urgência dos testes em curso.

Futuro do betão com carbono

O betão não se tornará num sumidouro de carbono de um dia para o outro; ainda assim, os testes atuais sugerem que existe uma via química plausível para o setor.

Se os ensaios à escala real continuarem a confirmar resistência e durabilidade, os edifícios do futuro poderão aprisionar uma parte da poluição que antes era criada para os construir.