O material mais usado no mundo tem um enorme problema de carbono. Um parafuso de plasma pode consertar

O cimento, o principal ingrediente de ligação do concreto, é o material manufaturado mais consumido na Terra. É incomparável em termos de preço acessível, durabilidade, versatilidade e, infelizmente, em sua pegada de carbono. A produção de cimento liberta mais de mil milhões de toneladas de dióxido de carbono por ano, representando cerca de 8% das emissões globais. Agora, uma equipa de investigadores pode ter descoberto como reduzir significativamente essas emissões.

A grande maioria das emissões de carbono da indústria do cimento provém do processo de aquecimento que transforma uma mistura de calcário, argila e outros ingredientes em “clínquer”, sólidos rochosos que são depois transformados em pó de cimento. As matérias-primas são aquecidas em fornos movidos a combustíveis fósseis que atingem temperaturas de até 1.400 graus Celsius (2.552 graus Fahrenheit), tornando o processo muito intensivo em carbono. Por cada tonelada de clínquer produzida, é emitida cerca de uma tonelada de CO2.

A nova abordagem foi apresentada por Qi Zheng, pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Stanford, na reunião de outono da American Chemical Society, em 25 de agosto. Ela elimina a necessidade de fornos movidos a combustíveis fósseis por meio de aquecimento a plasma, que envolve o direcionamento da eletricidade por meio de gás ionizado. Se essa eletricidade vier de fontes de energia limpa, os pesquisadores dizem que todo o processo de aquecimento do plasma poderia ser livre de emissões.

“Estamos motivados por resolver problemas do mundo real, e a descarbonização da produção de cimento é um dos desafios mais difíceis que a indústria pesada enfrenta”, disse Zheng ao Gizmodo por e-mail. “O cimento é essencial para a infraestrutura moderna, por isso o nosso objetivo não é simplesmente substituí-lo, mas encontrar uma forma prática de o fabricar com emissões de carbono substancialmente mais baixas, mantendo ao mesmo tempo o desempenho e a escalabilidade que a indústria exige.”

Uma solução concreta

Em testes de prova de conceito, o aquecimento por plasma gerou temperaturas acima de 4.352 graus F (2.400 C), permitindo que as matérias-primas se fundissem em clínquer quase 100 vezes mais rápido do que com o aquecimento tradicional, segundo os pesquisadores. Ao reduzir o tempo necessário para o aquecimento, o novo método também reduziu o calor residual, aumentando a eficiência térmica de cerca de 30% para 80%.

“Em vez de depender de um forno rotativo convencional e transferir calor dos gases de combustão através de múltiplas etapas intermediárias, nossa abordagem fornece calor extremamente intenso diretamente ao material”, disse Zheng. “Este aquecimento direto é também o que permite o processamento muito rápido demonstrado em nosso estudo.”

Quando ele e seus colegas observaram seu cimento de “baixo carbono” sob um microscópio eletrônico, perceberam que o aquecimento do plasma havia criado alguns defeitos em nanoescala. Isso pode parecer ruim, mas essas imperfeições se dissolveram rapidamente na água e, na verdade, melhoraram a capacidade de pega do cimento, tornando-o mais resistente do que o cimento tradicional.

Os pesquisadores também descobriram que seu método de aquecimento por plasma funcionava ao usar como matéria-prima resíduos de cimento obtidos em instalações de reciclagem. No entanto, os resíduos de cimento podem variar dependendo de onde e quando são recolhidos, pelo que Zheng e os seus colegas terão de testar “se a nova tecnologia é robusta o suficiente para lidar com todos os tipos de resíduos, ou se precisamos de fazer uma triagem um pouco antes de alimentarmos o material nas máquinas”, disse ele num comunicado.

Também seria necessária uma enorme expansão para implementar esta metodologia de aquecimento por plasma em toda a indústria do cimento e satisfazer a procura global, por isso não é provável que existam fornos a combustíveis fósseis tão cedo.

“Reconhecemos que o sucesso do laboratório é apenas o primeiro passo”, disse Zheng. “Uma validação adicional em escala muito maior – de toneladas a quilotons de produção – será essencial antes que a tecnologia possa ser considerada pronta para ampla adoção industrial.” O próximo passo é colaborar com as partes interessadas da indústria do cimento para testar e dimensionar o seu método para produção em massa.

A corrida para zero líquido

Apesar do longo caminho a percorrer, este avanço marca um passo importante na descarbonização da produção de cimento, e há uma necessidade urgente de o fazer. A indústria estabeleceu uma meta de atingir emissões líquidas zero até 2050 e, para permanecer no caminho certo, precisa de alcançar uma redução de 40% em relação aos níveis de 2020 até 2030.

Estudos anteriores demonstraram que o betão absorve passivamente o dióxido de carbono e, portanto, compensa algumas das emissões provenientes da produção de cimento, mas um estudo recente publicado na Nature’s Communications Sustainability sugere que a compensação é insignificante.

“Não se pode confiar na carbonatação ambiental como uma ferramenta significativa para reduzir o acúmulo de dióxido de carbono atmosférico”, disse o autor principal Gaurav Sant, professor de engenharia civil e ambiental da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, em um comunicado. “O efeito é real e substancial quando visto isoladamente, mas é trivial à escala de gigatoneladas que importa – e é demasiado lento para ajudar a indústria do cimento a cumprir o seu objectivo para 2030 de reduzir as emissões de carbono em 40%.”

A mudança para métodos de produção de baixo carbono poderia realmente fazer a diferença. O mundo nunca deixará de precisar de mais cimento, mas avanços como esta tecnologia de aquecimento por plasma mostram que talvez não seja necessário ter um custo tão elevado para o clima.