Como a construção está sob pressão para descarbonizar seu cimento mais rapidamente

Renderização digital da Lower Thames Crossing, Reino Unido. Novas estradas e um túnel de dupla perfuração sob o Tâmisa ligarão a rodovia M25, perto de Brentwood, à A2, a leste de Gravesend (Foto: National Highways)

Essa é a mensagem de Andrew Kidd, diretor de sustentabilidade ambiental do Programa de Travessia do Baixo Tâmisa, de £ 9 bilhões (€ 10,6 bilhões), da National Highways, no Reino Unido.

O cimento depende do clínquer, o produto dos fornos de cimento que se forma após o aquecimento de uma mistura de matérias-primas (incluindo calcário e argila) a uma temperatura intensa de 1.450 °C (2.650 °F). Somadas às reações químicas envolvidas, as emissões de carbono resultantes do processo representam 90% da pegada de carbono total do cimento.

A escória de altos-fornos usada na produção de aço é usada há muito tempo como um suplemento de baixo carbono ao cimento em misturas de concreto. Mas, à medida que a indústria siderúrgica também se move em direção à descarbonização, surge um problema.

Embora a produção de aço atual seja baseada em 70% em altos-fornos e 30% em fornos elétricos a arco (FEA), a produção de aço está se tornando cada vez mais dependente destes últimos por ser um método mais ecológico de produção de aço. E isso significa menos escória para cimento de baixo carbono.

A fabricação de aço dependerá cada vez mais, possivelmente exclusivamente, de EAFs no futuro.

Como resultado, a indústria do cimento está sendo forçada a repensar radicalmente seus processos, abordagens e sistemas, e encontrar "ingredientes" substitutos mais ecológicos para impulsionar um futuro de baixo carbono.

A construção civil tem que inovar muito mais rápido

Andrew Kidd, diretor de sustentabilidade ambiental do Programa de Travessia do Baixo Tâmisa da National Highways (Imagem fornecida)

Kidd, que lidera a descarbonização do Lower Thames Crossing, que alivia a pressão sobre o Dartford Crossing sobre o Tâmisa, perto de Londres, está procurando novas maneiras de descarbonizar o cimento usado na construção do projeto.

“Criamos o Lower Thames Crossing como um pioneiro da indústria para a construção de baixo carbono. Nossa missão é construir o projeto com as menores emissões possíveis – mas, em todos os projetos atuais, é preciso demonstrar que a infraestrutura é construída com uma intensidade de carbono consistente com os orçamentos de carbono”, afirma.

Nosso maior desafio é que a indústria da construção está atualmente emitindo mais carbono do que em 1990, e ainda assim temos um compromisso nacional de atingir uma redução de 68% até 2030. Estaremos na metade da construção do projeto em 2030 e queremos contribuir para o cumprimento dos nossos compromissos nacionais de redução de carbono. O desafio só tende a aumentar. O governo anunciou recentemente uma nova meta de redução de 81% nas emissões até 2035 — portanto, temos uma grande oportunidade de fazer algo radicalmente diferente com o projeto Lower Thames Crossing.

Kidd observa que o setor da construção, geralmente conservador e acostumado a evoluir lentamente, está tendo que mudar sua abordagem.

"Agora, a empresa precisa inovar em um ritmo muito mais acelerado do que nos últimos dois séculos. Houve uma mudança real na abordagem das grandes empresas e em seu apetite por inovar e lançar novos produtos no mercado."

Startups de baixo carbono oferecem novas soluções

Uma startup que desenvolveu uma nova abordagem para cimento de baixo carbono é a Relinker (anteriormente conhecida como Cambridge Electric Cement), uma empresa derivada da Universidade de Cambridge.

Foto macro de perto de fragmentos e partículas de clínquer de cimento triturado antes de serem moídos em um pó fino para uso em concreto e materiais de construção. (Imagem: AdobeStock - stock.adobe.com)

Recentemente incluída na lista Cleantech Group 50toWatch deste ano, a Relinker conseguiu produzir o componente reativo do cimento Portland comum, evitando as principais fontes de emissões.

O método envolve pegar o concreto velho de edifícios e estruturas que foram demolidos e triturá-lo para separar a pasta de cimento velha (e, naquele ponto, não reativa) e o agregado limpo.

Embora o agregado possa ser usado em outros lugares, a pasta de cimento antiga passa por um EAF junto com o processo regular de fabricação de aço e, graças ao processo patenteado da Relinker, sai cimento novo, que a empresa chama de Cambridge Electric Cement (CEC) .

O periódico científico Nature revisou e publicou recentemente a espectroscopia completa e a análise de materiais do Relinker e confirmou que ele atende às especificações do cimento Portland comum, ou seja, mais de 67% de compostos de Alita e Belita juntos na proporção ideal, sendo capaz de fornecer resistência tanto no primeiro dia quanto na máxima.

Kidd afirma: “O que a Relinker está produzindo não é um material suplementar como a escória de alto-forno; é um substituto direto para o próprio cimento. E embora haja inevitavelmente um prêmio verde a ser pago por tal inovação, ela não exige que a indústria da construção mude nada em seus métodos habituais de trabalho.”

Novos materiais cimentícios suplementares (SCMs)

Pete Winslow é diretor de Engenharia de Expedição na The Useful Simple Trust, uma família de práticas profissionais de design que impulsionam mudanças. Ele se concentra em impulsionar as melhores práticas e inovação na descarbonização do concreto e do aço para criar um ambiente construído melhor.

Pete Winslow, diretor de engenharia de expedição, The Useful Simple Trust (Imagem: Andrew Mason)

Winslow, que também preside o painel de pesquisa da The Institution of Structural Engineers e o Grupo de Descarbonização do Concreto do Infrastructure Client Group, afirma: “De modo geral, a indústria do cimento não está se descarbonizando com a rapidez necessária. Tem sido difícil porque é um material difícil de lidar e existem muitos ativos existentes em todo o mundo com licenças, autorizações de planejamento e processos em vigor para a produção de cimento e concreto. Precisamos de concreto e cimento diariamente, caso contrário, não podemos construir usinas nucleares, as fundações para turbinas eólicas, reservatórios para nossa segurança hídrica, nossas defesas contra enchentes ou mesmo transporte público de baixo carbono.”

“O setor passará por uma transição com o tempo, mas precisaremos que todos os grandes players globais de cimento e concreto embarquem nessa jornada. Muitos estão começando agora, mas o foco não é rápido o suficiente. E é por isso que as startups, os disruptores que podem inovar e tentar algo diferente, são essenciais.”

Ao lado da Relinker, ele vê valor em startups como a Seratech e a NeoCem, que estão preenchendo a lacuna deixada pela diminuição da quantidade de escória de alto-forno para oferecer uma solução alternativa intermediária. Essas empresas estão focadas na produção de materiais cimentícios suplementares (SCMs), que reduzem a pegada de carbono do concreto ao deslocar uma parte do cimento usado na mistura. Além da escória de alto-forno, os SCMs convencionais incluem argila calcinada, calcário finamente moído e cinza volante (um resíduo deixado pela combustão do carvão). Desde que apenas uma porcentagem do cimento seja deslocada, a pegada de carbono da mistura geral pode ser reduzida sem afetar significativamente o desempenho do concreto.

Winslow acrescenta: “Existem pouquíssimas tecnologias que podem ser consideradas eliminadoras completas de carbono, por isso é fundamental expandir empresas como a Relinker e SCMs alternativos, como a argila calcinada, que são amplamente abundantes e relativamente baratas. Muitos altos-fornos não funcionarão por tanto tempo, o que significa que precisamos usar alternativas à escória de alto-forno. Algumas argilas calcinadas tratadas termicamente podem ser usadas para substituir 50% do cimento, permitindo um concreto de alta qualidade.”

Embora enormes quantidades de aço sejam reprocessadas em fornos a arco, a capacidade de produção de cimento não chega nem perto da quantidade total de cimento que o mundo precisa. O cimento reciclado renderia o dobro se fosse misturado 50:50 com argila calcinada, em vez de usá-lo apenas como um produto similar.

Cimentos inteiramente novos

Enquanto isso, empresas sediadas nos EUA, como a Sublime Systems, uma empresa derivada do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), e a Brimstone, sediada na Califórnia, estão focadas em fornecer cimentos mais ecológicos e totalmente novos.

A Brimstone inicia seu processo exclusivo com uma rocha "nova" – isto é, rochas de silicato de cálcio sem carbono, em vez de calcário convencional rico em carbono, que libera CO2 quando processado.

A abordagem da Sublime utiliza eletroquímica em vez de calor e combustão para produzir um cimento de baixo carbono. Ainda em fase de testes, a empresa obteve algum sucesso na produção de hidróxido de cálcio, que, quando combinado com sílica, pode ser usado no lugar do cimento. Embora esses materiais possam apresentar resistências finais semelhantes às do cimento Portland, os tempos de cura e a resistência inicial podem ser diferentes dos que a indústria da construção está acostumada.

Um caminhão de cimento na usina de concreto CEMEX Hollywood, em Los Angeles, Califórnia, EUA (Imagem: GDMatthews via AdobeStock - stock.adobe.com)

No entanto, até o momento, a Sublime levantou mais de US$ 200 milhões de investidores líderes em tecnologia climática, produtores líderes de cimento e acordos de cooperação do Departamento de Energia dos EUA, e está buscando construir uma planta pioneira neste ano.

Kidd afirma: “Por estarem sediadas nos EUA, uma das vantagens da Brimstone e da Sublime é o acesso a investimentos governamentais maiores e mais ousados. Gostaria de ver mais investimentos dos setores público e privado para apoiar as empresas britânicas neste setor. O setor da construção civil não investe o suficiente em si mesmo. Nossas grandes construtoras normalmente operam com margens apertadas e pode ser difícil reinvestir. E, observando as estatísticas de longo prazo no setor da construção civil, o investimento em P&D é bastante baixo em comparação com outros setores. A grande oportunidade agora é inverter o paradigma, investir no futuro e criar um setor globalmente competitivo em um mundo com emissões líquidas zero.”

A captura e armazenamento de carbono (CAC) continua sendo um tema polêmico para o governo do Reino Unido. Esse processo visa capturar o CO2 emitido durante a fabricação do cimento e sequestrá-lo imediatamente.

Kidd afirma: “Essa ideia de que você pode pegar seu cimento existente, adicionar sua captura de carbono e que isso será uma parte importante de como chegaremos à emissão zero de carbono simplesmente não será aplicável a todos ou em todos os lugares. O Reino Unido tem a sorte de ter antigos campos de gás em operação para armazenar/usar o carbono – mas isso não se aplica a todas as fábricas de cimento do mundo. Já existem muitos fornos elétricos a arco globalmente, o que torna a opção de cimento elétrico inerentemente superescalável – com a vantagem adicional de que a indústria da construção não precisará adaptar seus processos.”