Cimento Portland e CO2: estudo mostra que trocar calcário por basalto pode reduzir energia em 40% e emissões em 80%

O cimento quase nunca aparece quando se fala em mudanças climáticas. Ainda assim, o setor libera aproximadamente tanto dióxido de carbono quanto todos os automóveis de passageiros do planeta.

Um estudo novo aponta uma solução surpreendentemente simples: substituir a rocha que serve de base para fabricar o cimento.

Ao usar outro tipo de rocha como matéria-prima, seria possível reduzir o consumo de energia em mais de 40% e cortar as emissões de carbono associadas em mais de 80%.

A pesquisa foi liderada por Jeff Prancevic, geólogo da UC Santa Barbara, em conjunto com Cody Finke, da Brimstone Energy, Inc.

Produção de cimento e emissões de CO2

O cimento Portland - usado em praticamente toda a construção moderna - responde por cerca de 4.4% das emissões globais de gases de efeito estufa.

Esse dado costuma surpreender porque o cimento não tem a mesma visibilidade pública de carros ou usinas de energia.

“Cimento mal aparece na mente do público como um grande motor das mudanças climáticas, mas as emissões de CO2 da produção de cimento são semelhantes às de todos os carros de passageiros do mundo”, disse Prancevic.

O ponto central do problema está na matéria-prima. Hoje, o setor obtém cálcio a partir do calcário - e, quimicamente, o calcário é composto por aproximadamente metade de CO2.

Quando as fábricas aquecem esse material até os cerca de 1,500°C necessários para produzir cal virgem, ingrediente-chave do cimento, esse dióxido de carbono é liberado diretamente na atmosfera.

Antes mesmo de considerar a energia consumida no processo, escapam por volta de 500 kg de CO2 a cada tonelada métrica de cimento produzida.

Trata-se de um método simples, aprimorado ao longo de mais de um século, mas que embute emissões de carbono no próprio desenho do processo.

Uma rocha diferente, uma química diferente

O estudo parte de uma pergunta objetiva: e se o cálcio viesse de outra fonte?

Para isso, os autores avaliaram rochas silicáticas ricas em cálcio - com destaque para basalto e gabro - como alternativa ao calcário.

Ao contrário do calcário, os silicatos não guardam carbono em sua estrutura química; por isso, o processamento não libera CO2 da mesma forma.

O primeiro passo foi verificar se existiria material suficiente. Com base em mapas geológicos já disponíveis, a equipe estimou a disponibilidade superficial de rochas silicáticas ao redor do mundo.

A conclusão foi que há quantidades capazes de sustentar a produção de cimento por várias centenas de milhares de anos, mantendo-se as taxas atuais.

“Nem todo esse basalto é facilmente acessível, mas os números sugerem que o cálcio do basalto é praticamente inesgotável”, afirmou Prancevic.

Um corte drástico nas emissões do cimento

Na sequência, o grupo modelou o perfil de energia e emissões para a fabricação de cimento a partir de silicatos.

O limite teórico mínimo de energia ficou em menos de 60% do exigido para processar calcário.

Se o gás natural for usado como fonte de energia, as emissões mínimas de CO2 por tonelada de cimento poderiam cair de 609 kg para algo em torno de 50 kg, a depender do tipo específico de rocha.

Mesmo considerando eletricidade média da rede e processos atuais ainda não optimizados, a proposta reduziria as emissões em mais de 25% quando comparada ao método convencional.

Ferro e alumínio a partir do basalto

Um dos resultados mais marcantes do trabalho é o que também pode ser obtido durante o processo, além do cimento.

O basalto, além de cálcio, contém ferro e alumínio. E a proporção entre cálcio e ferro no basalto é quase exatamente a mesma proporção com que a sociedade consome cimento e aço.

Com isso, ambos os materiais poderiam, em tese, ser produzidos a partir da mesma rocha, com pouca perda de um ou de outro.

Além disso, o basalto traz aproximadamente 20 vezes mais alumínio do que os níveis de consumo globais atuais. Um excedente desse tamanho poderia criar oportunidades de produção totalmente novas.

A possibilidade de gerar múltiplos materiais valiosos a partir de uma única matéria-prima é uma das principais razões pelas quais a rota dos silicatos se mostra muito mais eficiente do que a rota do calcário.

Em vez de um processo de propósito único que entrega um produto e muito CO2, a proposta se aproxima de um sistema industrial mais integrado.

Mudar um setor enraizado

Apesar de atraente, a ideia esbarra num obstáculo importante: a indústria do cimento opera de forma muito semelhante há bem mais de cem anos.

“A indústria da construção foi construída em torno do cimento Portland, do projeto à aplicação e à manutenção”, disse Prancevic.

“Mesmo mudanças subtis nas normas são analisadas com extremo cuidado e demoram a ser adoptadas. É exactamente por isso que nos concentrámos numa tecnologia para fazer o mesmo cimento Portland a que os construtores estão acostumados.”

Cimentos alternativos de menor carbono existem há décadas. Ainda assim, eles não substituíram o cimento convencional, em parte porque os incentivos financeiros não foram fortes o bastante.

A mudança também exigiria ajustes em cadeias de suprimentos já estabelecidas e em normas de construção.

Ao fabricar o cimento Portland padrão - apenas a partir de uma rocha diferente - o caminho dos silicatos contorna essa barreira. Em vez de obrigar o setor a se reorganizar em torno de algo novo, ele pode encaixar-se na infraestrutura existente.

O cimento também é barato, custando cerca de US$ 150 por tonelada. Para ganhar tração real, qualquer método novo precisará comprovar economias relevantes - ou, pelo menos, custos equivalentes.

Testando novas tecnologias

Os coautores de Prancevic na Brimstone Energy estão a trabalhar para levar a tecnologia ao mercado. Porém, o artigo também funciona como um convite para que a comunidade científica amplie os testes.

“Este artigo é, na verdade, um apelo para que outros pesquisadores experimentem novas tecnologias para acelerar a descarbonização do cimento, porque existe o potencial de resolver um problema climático tão grande quanto o dos carros simplesmente obtendo cálcio de uma rocha diferente”, disse Prancevic.

“Estou surpreso por ter demorado tanto para que essa solução fosse considerada”, concluiu.