Novo processo simples armazena CO2 no concreto sem comprometer a resistência

O novo processo não só poderia ajudar a sequestrar CO₂ da atmosfera cada vez mais quente, também resulta em concreto com resistência e durabilidade incomparáveis.

Em experimentos de laboratório, o processo atingiu um CO₂ eficiência de sequestro de até 45%, o que significa que quase metade do CO₂ injetado durante a fabricação do concreto foi capturado e armazenado. Os pesquisadores esperam que seu novo processo possa ajudar a compensar o CO₂ emissões das indústrias de cimento e concreto, que são responsáveis ​​por 8% das emissões globais de gases de efeito estufa.

O estudo foi publicado hoje (26 de junho) em Materiais de Comunicaçãouma revista publicada pela Nature Portfolio.

“As indústrias de cimento e concreto contribuem significativamente para a emissão de CO causada pelo homem.₂ emissões”, disse Alessandro Rotta Loria, da Northwestern, que liderou o estudo. “Estamos tentando desenvolver abordagens que reduzam o CO₂ emissões associadas a essas indústrias e, eventualmente, poderia transformar o cimento e o concreto em enormes “sumidouros de carbono”. Ainda não chegamos lá, mas agora temos um novo método para reutilizar parte do CO₂ emitido como resultado da fabricação de concreto neste mesmo material. E nossa solução é tão simples tecnologicamente que deveria ser relativamente fácil para a indústria implementar.”

“O mais interessante é que esta abordagem para acelerar e acentuar a carbonatação de materiais à base de cimento oferece uma oportunidade para desenvolver novos produtos à base de clínquer onde o CO₂ torna-se um ingrediente-chave”, disse o coautor do estudo Davide Zampini, vice-presidente de pesquisa e desenvolvimento global da CEMEX.

Rotta Loria é a Professora Assistente Louis Berger de Engenharia Civil e Ambiental na McCormick School of Engineering da Northwestern. O estudo foi uma colaboração entre o laboratório de Rotta Loria e a CEMEX, uma empresa global de materiais de construção dedicada à construção sustentável.

Limitações de processos anteriores

Uma parte não negociável da infraestrutura, o concreto é um dos materiais mais consumidos do mundo — perdendo apenas para a água. Para fazer concreto em sua forma mais simples, os trabalhadores combinam água, agregados finos (como areia), agregados grossos (como cascalho) e cimento, que une todos os ingredientes. Desde a década de 1970, pesquisadores anteriores exploraram várias maneiras de armazenar CO₂ dentro do concreto.

“A ideia é que o cimento já reaja com o CO₂”, explicou Rotta Loria. “É por isso que as estruturas de concreto absorvem naturalmente CO₂. Mas, claro, o CO absorvido₂ é uma pequena fração do CO₂ emitidos pela produção do cimento necessário para criar o concreto.”

Processos para armazenar CO₂ se enquadram em uma das duas categorias: carbonatação de concreto endurecido ou carbonatação de concreto fresco. Na abordagem endurecida, blocos de concreto sólidos são colocados em câmaras onde CO₂ o gás é injetado em altas pressões. Na versão nova, os trabalhadores injetam CO₂ gás na mistura de água, cimento e agregados enquanto o concreto está sendo produzido.

Em ambas as abordagens, parte do CO injetado₂ reage com o cimento para se tornar cristais sólidos de carbonato de cálcio. Ambas as técnicas, no entanto, compartilham limitações de quebra de acordo. Eles são prejudicados pelo baixo CO₂ eficiência de captura e alto consumo de energia. Pior ainda: o concreto resultante fica frequentemente enfraquecido, dificultando sua aplicabilidade.

Força incomparável

Na nova abordagem da Northwestern, os pesquisadores alavancaram o processo de carbonatação do concreto fresco. Mas, em vez de injetar CO₂ enquanto misturavam todos os ingredientes, eles primeiro injetaram CO₂ gás em água misturada com uma pequena quantidade de pó de cimento. Depois de misturar esta suspensão carbonatada com o resto do cimento e agregados, eles conseguiram um concreto que realmente absorveu CO₂ durante sua fabricação.

“A suspensão de cimento carbonatada em nossa abordagem é um fluido de viscosidade muito menor em comparação à mistura de água, cimento e agregados que é habitualmente empregada em abordagens atuais para carbonatar concreto fresco”, disse Rotta Loria. “Então, podemos misturá-lo muito rapidamente e alavancar uma cinética muito rápida das reações químicas que resultam em minerais de carbonato de cálcio. O resultado é um produto de concreto com uma concentração significativa de minerais de carbonato de cálcio em comparação a quando o CO₂ é injetado na mistura de concreto fresco.”

Depois de analisar o concreto carbonatado, Rotta Loria e seus colegas descobriram que sua resistência rivalizava com a durabilidade do concreto normal.

“Uma limitação típica das abordagens de carbonatação é que a resistência é frequentemente afetada pelas reações químicas”, disse ele. “Mas, com base em nossos experimentos, mostramos que a resistência pode, na verdade, ser ainda maior. Ainda precisamos testar isso mais a fundo, mas, pelo menos, podemos dizer que não é comprometido. Como a resistência permanece inalterada, as aplicações também não pode ser usado em vigas, lajes, colunas, fundações – tudo para o qual usamos concreto atualmente.”

“Os resultados desta pesquisa ressaltam que, embora a carbonatação de materiais à base de cimento seja uma reação bem conhecida, ainda há espaço para otimizar ainda mais o CO₂ absorção por meio de uma melhor compreensão dos mecanismos vinculados ao processamento de materiais”, disse Zampini.

O estudo, “Armazenando CO₂ ao mesmo tempo em que reforça o concreto por meio da carbonatação do cimento em suspensão”, foi apoiado pela CEMEX Innovation Holding Ltd.