Notícia

Cimento mais eficiente do ponto de vista ecológico pode abrir caminho para um futuro mais verde

Fonte

Universidade Rice

Data

sábado, 1 abril 2023 14:45

Áreas

Arquitetura. Construção Civil. Economia. Engenharia Ambiental. Engenharia Civil. Gestão de Resíduos. Indústria. Materiais. Química. Sustentabilidade. Tecnologias.

A produção de cimento, um ingrediente do concreto, é responsável por cerca de 8% das emissões anuais de dióxido de carbono no mundo, tornando-se um alvo significativo das metas de redução de emissões de gases de efeito estufa. Em direção a esses esforços, o laboratório do Dr. James Tour na Universidade Rice, nos Estados Unidos, usou o aquecimento flash Joule para remover metais pesados tóxicos das cinzas volantes, um subproduto em pó de usinas elétricas à base de carvão que é usado com frequência em misturas de concreto. O uso de cinzas volantes de carvão purificadas reduz a quantidade de cimento necessária e melhora a qualidade do concreto.

No estudo do laboratório, a substituição de 30% do cimento usado para fazer um lote de concreto por cinzas volantes de carvão purificadas melhorou a resistência e a elasticidade do concreto em 51% e 28%, respectivamente, enquanto reduziu as emissões de gases de efeito estufa e metais pesados em 30% e 41%, respectivamente, de acordo com o artigo publicado na revista científica Nature Communications Engineering.

“Reduzir as emissões da produção de cimento é muito importante para mitigar as emissões globais de efeito estufa”, disse o Dr. Bing Deng, pesquisador associado de pós-doutorado no laboratório do professor Tour e autor principal do artigo.

O engenheiro Dr. Satish Nagarajaiah destacou que “a produção de cimento é uma fonte significativa de emissões de dióxido de carbono. Reduzir o teor de cimento no concreto ajudará a reduzir as emissões”.

“Você pode usar menos concreto se usar cinzas volantes de carvão. No entanto, as cinzas volantes contêm metais pesados. Muitas vezes, tentamos consertar uma coisa e estragamos outra. Em nosso esforço para fazer algo com esses resíduos, ou seja, cinzas volantes de carvão, estávamos poluindo nosso meio ambiente porque os metais pesados estavam vazando”, explicou o professor James Tour.

Cerca de 750 milhões de toneladas de cinzas volantes de carvão são produzidas em todo o mundo a cada ano. Os cientistas da Universidade Rice desenvolveram um processo rápido e sem água baseado no aquecimento flash Joule, que pode remover até 90% dos metais pesados, tornando-o mais adequado para uso em infraestrutura.

“Basicamente, misturamos as cinzas volantes com negro de fumo, porque as cinzas volantes não conduzem eletricidade, e o negro de fumo torna a mistura condutora”, destacou o Dr. Bing Deng. “Em seguida, colocamos a mistura entre dois eletrodos de grafite ou cobre e usamos um capacitor para fornecer um pulso curto de corrente à amostra. Esta corrente traz a temperatura da amostra até cerca de 3.000 ^oC. A alta temperatura faz com que os metais pesados evaporem em um fluxo volátil que é então capturado. Usando esse método, podemos eliminar os metais pesados das cinzas volantes de carvão com eficiência muito alta. Para diferentes metais pesados como arsênico, cádmio, cobalto, níquel e chumbo, a eficiência de remoção é de 70% a 90% em apenas um segundo. Este é um processo de descarga muito rápido”, continuou o pesquisador.

Foi demonstrado que o aquecimento flash Joule funciona em diferentes composições de cinzas volantes de carvão resultantes da combustão de carvão extraído de várias localizações geográficas.

“Existem duas classes principais de cinzas volantes com diferentes composições inorgânicas: Classe C e Classe F. Descobrimos que nosso método funciona para ambos os tipos de cinzas volantes de carvão. Também funciona para outros resíduos perigosos, como lama vermelha ou resíduo de bauxita. Isso mostra que o processo pode se tornar uma abordagem generalizada para a descontaminação de resíduos sólidos industriais em larga escala”, disse o Dr. Bing Deng.

“As cinzas volantes de carvão purificadas não são apenas melhores para o meio ambiente, mas também aumentam a resistência e a qualidade do concreto”, disse o Dr. Wei Meng, pesquisador associado de pós-doutorado em Engenharia Civil e Ambiental na Universidade Rice e coautor principal do estudo. “Descobrimos que, substituindo 30% do cimento em uma mistura de concreto com as cinzas volantes de carvão purificadas, a resistência à compressão e o módulo de elasticidade do compósito aumentaram significativamente.”.

“Isso é muito significativo para a engenharia estrutural e para a indústria da construção porque estruturas mais fortes podem ser construídas com menos cimento. É por isso que esta pesquisa é valiosa para engenheiros civis”, continuou o Dr. Wei Meng.

“É uma grande vitória para o meio ambiente. Você está reduzindo as emissões e não está liberando metais pesados no processo”, concluiu o Dr. James Tour.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Rice (em inglês).

Fonte: Silvia Cernea Clark, Universidade Rice. Imagem: cinzas volantes de carvão sem metais pesados melhoram a resistência à compressão e o módulo de elasticidade do cimento. Fonte: Laboratório do Dr. James Tour, Universidade Rice.