Notícia

Pesquisadores descobrem como eliminar emissões de carbono na produção de cimento

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

sábado, 21 setembro 2019 11:05

Áreas

Construção Civil. Engenharia Ambiental. Inovação.

É sabido que a produção de cimento – o principal material de construção do mundo – é uma importante fonte de emissões de gases de efeito estufa, representando cerca de 8% de todas essas emissões. Se a produção de cimento fosse um país, seria o terceiro maior emissor do mundo.

Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) criou uma nova maneira de fabricar cimento que poderia eliminar completamente essas emissões e até mesmo produzir outros produtos úteis no processo. As descobertas foram publicadas na revista científica PNAS e o estudo foi liderado pelo Dr. Yet-Ming Chiang, professor de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT.

“Cerca de 1 kg de dióxido de carbono é liberado para cada kg de cimento fabricado hoje”, diz o professor Chiang. Isso adiciona de 3 a 4 gigatoneladas (bilhões de toneladas) de cimento e de emissões de dióxido de carbono, produzidas anualmente hoje, e esse montante está projetado para crescer. O número de edifícios no mundo deve dobrar até 2060, o que equivale a “construir uma nova cidade de Nova York a cada 30 dias”, diz ele. E a produção da commodity é muito barata: custa apenas cerca de 13 centavos de dólar por quilograma, o que ele diz que a torna mais barata que a água engarrafada.

Portanto, é um verdadeiro desafio encontrar maneiras de reduzir as emissões de carbono do material sem torná-lo muito caro. O Dr. Chiang e sua equipe passaram o último ano procurando abordagens alternativas e tiveram a ideia de usar um processo eletroquímico para substituir o atual sistema dependente de combustível fóssil.

O cimento Portland comum, a variedade padrão mais usada, é produzido moendo calcário e depois misturando com areia e argila em alta temperatura, produzida pela queima de carvão. O processo produz dióxido de carbono de duas maneiras diferentes: da queima do carvão e dos gases liberados pelo calcário durante o aquecimento. Cada uma delas produz contribuições aproximadamente iguais para o total de emissões. O novo processo eliminaria ou reduziria drasticamente as duas fontes, diz o professor Chiang. Mas como os pesquisadores demonstraram apenas o processo eletroquímico básico no laboratório, o processo exigirá mais desenvolvimentos até chegar à escala industrial.

Antes de tudo, a nova abordagem poderia eliminar o uso de combustíveis fósseis no processo de aquecimento, substituindo a eletricidade gerada por fontes limpas e renováveis. “Em muitas geografias, a eletricidade renovável é a eletricidade de menor custo que temos hoje e seu custo ainda está caindo”, argumenta o professor Chiang. Além disso, o novo processo produz o mesmo cimento. A equipe percebeu que tentar obter aceitação para um novo tipo de cimento – algo que muitos grupos de pesquisa têm buscado de maneiras diferentes – seria uma batalha difícil, considerando o quão amplamente o cimento é utilizado em todo o mundo e como as construtoras relutam em tentar novos materiais, principalmente aqueles pouco testados.

O novo processo se concentra no uso de um eletrolisador, onde uma bateria é conectada a dois eletrodos em um copo de água, produzindo bolhas de oxigênio a partir de um eletrodo e bolhas de hidrogênio do outro, à medida que a eletricidade divide as moléculas de água em seus átomos constituintes. De maneira importante, o eletrodo do oxigênio do eletrolisador produz ácido, enquanto o eletrodo do hidrogênio produz uma base.

No novo processo, o calcário pulverizado é dissolvido no ácido em um eletrodo e o dióxido de carbono de alta pureza é liberado, enquanto o hidróxido de cálcio, geralmente conhecido como cal, precipita como sólido no outro. O hidróxido de cálcio pode ser processado em outra etapa para produzir o cimento, que é principalmente silicato de cálcio.

O dióxido de carbono, na forma de uma corrente pura e concentrada, pode ser facilmente sequestrado, aproveitado para produzir produtos de valor agregado, como um combustível líquido para substituir a gasolina, ou usado para aplicações como recuperação de óleo ou mesmo em bebidas carbonatadas e gelo seco. O resultado é que nenhum dióxido de carbono é liberado para o meio ambiente durante todo o processo, afirma o professor Chiang. Por outro lado, o dióxido de carbono emitido pelas fábricas de cimento convencionais está altamente contaminado com óxidos de nitrogênio, óxidos de enxofre, monóxido de carbono e outros materiais que tornam impraticável tornar o dióxido de carbono utilizável.

Cálculos mostram que o hidrogênio e o oxigênio também emitidos no processo podem ser recombinados, por exemplo, em uma célula de combustível ou queimados para produzir energia suficiente para alimentar todo o resto do processo, produzindo finalmente nada além de vapor de água.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do MIT (em inglês).

Fonte: David L. Chandler, MIT News Office. Imagem: No novo processo, os corantes mostram como o ácido (rosa) e a base (roxa) são produzidos nos eletrodos positivo e negativo. Uma variação desse processo pode ser usada para converter carbonato de cálcio (CaCO3) em hidróxido de cálcio (Ca (OH) 2), que pode ser usado para fazer cimento Portland sem produzir emissões de gases de efeito estufa. Fonte: Felice Frankel, MIT.