- O concreto é o material mais usado no mundo depois da água, então tecnologias que reduzem as emissões de CO₂ do cimento têm impacto direto na resposta climática da indústria da construção
- Pesquisadores de Cambridge desenvolveram um método para processar cimento descartado junto em um forno elétrico a arco (EAF) usado na reciclagem de aço, reduzindo ao mesmo tempo as emissões da produção de concreto e de aço
- O ponto central do processo é substituir o fluxo de cal usado na reciclagem de aço por cimento descartado, transformando a escória que normalmente seria jogada fora em cimento reciclado utilizável em novo concreto
- Em testes no Materials Processing Institute, a produção em escala com base em forno elétrico a arco foi confirmada pela primeira vez, e, se o EAF for alimentado por energia renovável, no longo prazo também poderá ser possível produzir cimento sem emissões
- O processo Cambridge Electric Cement tem como meta produzir 1 bilhão de toneladas por ano até 2050, o que equivale a cerca de um quarto da produção anual atual de cimento
Como refazer cimento em um forno elétrico a arco
- Pesquisadores de Cambridge desenvolveram um método para reciclar cimento usando o forno elétrico a arco empregado na reciclagem de aço
- O método foi apresentado no estudo Electric recycling of Portland cement at scale, publicado na revista Nature
- Na reciclagem tradicional de aço, usa-se fluxo de cal para remover impurezas, e o resultado do processamento normalmente é um resíduo de escória
- Quando o cimento descartado substitui o fluxo de cal, o produto final passa a ser cimento reciclado que pode ser usado em novo concreto
- Esse processo reduz as emissões dos dois lados ao diminuir a necessidade de fluxo de cal, sem adicionar custos relevantes à produção de concreto ou de aço
Por que o cimento emite tanto
- O concreto é feito de areia, brita, água e cimento, e o cimento atua como aglutinante
- Embora represente uma pequena parte do volume do concreto, o cimento responde por quase 90% das emissões do concreto
- A produção tradicional de cimento passa pelo processo de clinquerização (clinkering), no qual calcário e matérias-primas moídas são aquecidos em grandes fornos a cerca de 1.450°C
- Nesse processo, o calcário é descarbonatado em cal, liberando grandes quantidades de CO₂
- Ao longo dos últimos 10 anos, cientistas vêm estudando formas de substituir cerca de metade do cimento no concreto por alternativas como cinzas volantes, mas esses substitutos ainda precisam da ativação química do cimento restante para endurecer
- Julian Allwood afirma que a demanda global por cimento é de cerca de 4 bilhões de toneladas por ano, e que é fisicamente difícil garantir volume suficiente usando apenas esses materiais alternativos
O experimento que conectou concreto descartado e escória siderúrgica
- A ideia partiu de que, se concreto antigo for triturado, a areia e as pedras forem removidas e o cimento for aquecido, a água pode ser eliminada e o clínquer pode se formar novamente
- A clinquerização exige calor e a combinação adequada de óxidos, e o cimento descartado contém esses componentes, mas precisa ser reativado
- Os pesquisadores produziram diferentes escórias adicionando resíduos de demolição, cal, alumina e sílica, e depois processaram esse material junto com aço fundido no EAF do Materials Processing Institute, resfriando tudo rapidamente
- Segundo Cyrille Dunant, a combinação de clínquer de cimento com óxido de ferro gera uma escória siderúrgica com boa formação de espuma e boa fluidez
- Se o equilíbrio dos componentes for ajustado e a escória for resfriada com rapidez suficiente, é possível obter cimento reativado sem aumentar os custos do processo siderúrgico
- Esse cimento reciclado tem teor de óxido de ferro mais alto que o cimento convencional, mas o impacto no desempenho é considerado pequeno
Meta de 1 bilhão de toneladas até 2050
- Testes recentes no Materials Processing Institute mostraram que é possível produzir cimento reciclado em escala em um forno elétrico a arco, algo alcançado pela primeira vez
- O processo Cambridge Electric Cement está ampliando rapidamente sua escala
- Até 2050, poderá ser possível produzir 1 bilhão de toneladas por ano, o que equivale a cerca de um quarto da produção anual atual de cimento
- Se o EAF for operado com energia renovável, esse método poderá levar, no longo prazo, à produção de cimento sem emissões
- Os pesquisadores solicitaram uma patente para o processo a fim de apoiar sua comercialização
Reduzir o uso de concreto é tão importante quanto a tecnologia
- Allwood diz que produzir cimento sem emissões é um “absolute miracle”, mas que também é preciso reduzir o uso de cimento e concreto
- O concreto é barato, resistente e pode ser produzido quase em qualquer lugar, mas a avaliação é que hoje ele é usado em excesso
- É possível reduzir muito o uso de concreto sem comprometer a segurança, mas isso exige vontade política
- O Cambridge Electric Cement pode ser não só um avanço para a indústria da construção, mas também um sinal de que as oportunidades de inovação na transição para zero emissões vão além do setor de energia
1 comentários
Opiniões no Hacker News
Surpreendentemente, reciclam concreto usando grandes fornos elétricos a arco usados na reciclagem de aço. Acredito que, se o forno a arco for alimentado por energia solar, concreto sem emissões também se torna possível.
Como hoje o concreto responde por 7,5% das emissões antropogênicas de carbono, isso pode fazer uma grande diferença. Fornos a arco consomem energia demais, mas, se a energia solar dobrar a cada dois anos, em certos horários do dia haverá eletricidade sobrando em quantidade difícil de absorver, e fornos a arco se tornam uma boa forma de consumir preços spot negativos de eletricidade.
Segundo https://ourworldindata.org/grapher/electricity-prod-source-s..., a geração elétrica renovável mundial foi de 10.700 TWh em 2021 e 11.600 TWh em 2023; a produção de aço bruto em 2023 foi de 1,5 bilhão de toneladas, das quais 30% foram produzidas em fornos elétricos. Mesmo assumindo que 20% desses 30% já usem eletricidade renovável, restariam 24%, ou 360 milhões de toneladas, precisando de eletricidade verde; 360 milhões × 0,4 MWh = 144 TWh necessários. Sem essa suposição, seria algo em torno de 152 TWh; portanto, teoricamente, alocando cerca de 1,5% da eletricidade renovável mundial, seria possível substituir 24% da produção de aço bruto por fornos elétricos. Como o crescimento da eletricidade renovável mundial foi de +5%, em teoria parece possível tornar a produção de aço verde em um ano; mesmo que os números estejam 100% errados, seria algo na casa de 2 anos. Mas, se esses 5% não vierem acompanhados de uma redução de 5% no consumo de carvão e gás, não adianta — e, na prática, não é isso que acontece.
Mesmo em grande escala, é provável que isso reduza apenas um pouco esses 7,5%.
https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=50357
Dá para dessalinizar água ou minerar criptomoedas; e, se surgirem robôs com capacidades em nível humano, poderemos aumentar indefinidamente a produção de tudo.
É uma descoberta muito interessante, mas mesmo hoje o cimento usado não vai simplesmente direto para aterros.
A maior parte do cimento vira concreto, e o concreto britado em vários tamanhos é um material valioso, usado como agregado mais barato que pedra britada na construção de estradas, entre outras aplicações. Na região onde moro, quando vejo anúncios de venda de concreto britado e ligo, muitas vezes já foi vendido. Como o solo ao redor é de argila e areia, parece haver sempre falta desse tipo de material.
Entulho de concreto também tem valor de recuperação no próprio canteiro. Para reciclá-lo por esse método, seria preciso transportá-lo até uma usina de moagem, britá-lo, separá-lo, transportá-lo novamente até um forno e só então começaria o processo descrito no artigo.
A parte do “se for possível, é algo enorme” parece estar em reverter o concreto para pasta de cimento hidratada.
O artigo científico propriamente dito: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07338-8
O artigo diz que a pasta de cimento recuperada (RCP) atualmente não é fornecida em escala comercial e que o valor dos agregados recuperados melhorados não é alto o suficiente para cobrir o custo do processamento adicional, por isso a RCP hoje vai para aterros. No entanto, afirma que o know-how e a tecnologia necessários para a produção de RCP em grande escala existem, citando [22].
22. Thermomechanical beneficiation of recycled concrete aggregates (RCA): https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095006182...
Só que o artigo citado não sustenta a afirmação de que existe tecnologia para reciclar concreto em RCP. Esse artigo trata da remoção de argamassa aderida (AM) de agregados de concreto reciclado (RCA).
É bom que este tópico tenha sobrevivido mesmo depois do processo de flags do HN
Gostaria que outras fontes de energia não baseadas em carbono promissoras, como a geotérmica por perfuração, também fossem discutidas. Fugindo um pouco do assunto, pessoas leigas costumam se surpreender quando se diz NET-ZERO == MAX-CO2 == MAX-HEAT. É fácil pensar que, ao chegar a emissões líquidas zero, a missão está cumprida, mas o que realmente importa é a área sob a curva, ou seja, a quantidade total de CO2/equivalente de gases de efeito estufa que mandamos para a atmosfera, e essas coisas permanecem por muito tempo
Já estamos nos aproximando de +1,5°C, e, nas condições atuais em que as emissões se mantêm em um platô elevado, se a temperatura subir cerca de 0,25~0,3°C por década, é muito provável que, por volta de 2050, quando chegarmos a emissões líquidas zero, estejamos na faixa de +2,5~+3,0°C. Não tenho certeza de que +2,5°C seja habitável para grandes populações, então acabo olhando até para coisas como gerenciamento da radiação solar (SRM). Por exemplo, uma abordagem seria lançar partículas de enxofre para aumentar a cobertura de nuvens e reduzir a luz solar absorvida pelos oceanos, produzindo um efeito líquido de resfriamento. Até recentemente, o enxofre no combustível dos navios porta-contêineres tinha esse efeito, mas depois foram impostas regulamentações para reduzir o teor de enxofre dos combustíveis
No fim, entramos nesta bagunça ao criar por geoengenharia uma biosfera quente e rica em CO2, e parece que também vamos precisar de engenharia para sair dela. Ainda assim, é um alívio haver muitas tecnologias que parecem capazes de substituir combustíveis de carbono, armazenar energia e reduzir o calor
Segundo, é preciso garantir financiamento contínuo. Se fizermos SRM por 20 anos e então pararmos de repente, 20 anos de aumento das mudanças climáticas aparecerão de uma só vez. Além disso, seria necessário o maior esforço diplomático da história da humanidade para fazer com que quase todos os países participem. Como todos os países seriam afetados, sem consentimento isso poderia levar a conflitos. Por exemplo, a Rússia espera temperaturas mais altas e uma temporada de cultivo mais longa
Outra abordagem é não construir coisas que precisarão ser demolidas daqui a 10 anos. Muitos prédios grandes de concreto nas cidades foram demolidos em menos de 20 anos, e alguns desapareceram em apenas 10 anos
É bastante desperdício; com planejamento e visão de futuro, certamente deve haver uma forma melhor
A ideia é substituir o fundente usado na reciclagem de aço por concreto residual e, em vez de escória inútil, obter cimento reciclado
É uma ideia realmente boa, mas é preciso lembrar que, mesmo que toda a produção mundial de aço fosse convertida para esse método, o impacto sobre a produção de cimento seria mínimo. O aço está na escala de cerca de 100 milhões de toneladas/ano, enquanto o cimento está em cerca de 4 bilhões de toneladas/ano
https://www.statista.com/statistics/267264/world-crude-steel...
Em 2022, a produção mundial de aço bruto foi de cerca de 1,9 bilhão de toneladas. Ainda assim, sua intuição de que o impacto sobre a produção de cimento seria pequeno está correta
Segundo este relatório, ao produzir aço novo a partir de minério são necessários cerca de 270 kg de calcário por tonelada de aço, e, ao reciclar aço em forno elétrico a arco, são necessários 88 kg
https://worldsteel.org/wp-content/uploads/Fact-sheet-raw-mat...
Cerca de 35% da produção mundial de aço é reciclada, e 65% é baseada em minério. Portanto, este estudo de Cambridge, aplicado ao aço reciclado, poderia substituir cerca de 59 milhões de toneladas de consumo de calcário. É pouco em comparação com os bilhões de toneladas de consumo mundial de cimento, mas pode ter relevância local para municípios que tenham fornos elétricos a arco
Os pesquisadores de Cambridge descobriram que o cimento usado é um substituto eficaz para o fundente de cal. Então me parece que esse concreto é “reciclado” apenas como material substituto durante a fabricação de aço
Esse método é difícil de escalar. Mesmo para processar apenas 1% do concreto que gostaríamos de reciclar, seria preciso produzir uma quantidade absurdamente maior de aço
É um hack bem elegante
A produção de cimento é uma causa significativa das emissões de dióxido de carbono no mundo. É surpreendente que estejam sendo desenvolvidos métodos eficazes de reciclagem de cimento