O Concreto Impresso em 3D Pode Salvar o Meio Ambiente?

O concreto está presente em todos os lugares ao nosso redor. De casas, escritórios e edifícios escolares a lojas, barragens, pontes, calçadas e estradas, o concreto ajuda a construir estruturas que usamos diariamente. 

Não é um material novo de forma alguma. Na verdade, o registro mais antigo de estruturas de concreto data de 6500 a.C. nas regiões da Síria e Jordânia. Depois, claro, temos os romanos que fizeram amplo uso do concreto em suas construções. E agora, milênios depois, muitas dessas estruturas ainda se mantêm de pé. 

Ao longo dos anos, o uso do concreto só aumentou, com o mercado global de concreto atingindo $687.2 billion em 2021. Espera‑se que ele cresça ainda mais, chegando a $821.6 billion até 2026, demonstrando o papel que o concreto desempenha em nossas vidas. 

Essa expansão é impulsionada pelo crescimento da indústria da construção, bem como pelo aumento dos investimentos em novos projetos de construção ao redor do mundo. O crescimento econômico e a rápida urbanização também contribuem para a crescente demanda por complexos residenciais e comerciais em todo o planeta. À medida que as cidades crescem, também aumenta a necessidade de infraestrutura e, com ela, a necessidade de concreto.

Embora saibamos que a demanda por cimento continua, e isso acontece há séculos, por que ele é tão popular em primeiro lugar? E será que tudo isso é positivo? Bem, vamos descobrir!

Concreto: A Necessidade Perigosa do Mundo

Antes de entender o que torna o concreto tão valioso, vamos ver exatamente o que ele é. É uma mistura de cimento (ou cal), água e agregados, que são um conjunto de partículas naturais ou artificiais como areia, cascalho ou pedra britada. 

Aqui, o cimento, que é uma mistura fabricada de cálcio, ferro, silício e alumínio, entre outros componentes, é o material ligante que confere ao concreto propriedades de endurecimento, enquanto a água ativa o cimento para formar um material denso. 

O que torna esse material composto tão valioso são suas propriedades, incluindo a maleabilidade — a capacidade do concreto recém‑misturado de ser moldado em quase qualquer forma — e a durabilidade — ou seja, pode durar muitos anos. Esse material acessível ainda pode ser ajustado para atender diferentes necessidades de construção.

Outras propriedades atrativas do concreto incluem sua facilidade de uso, resistência e capacidade de suportar não apenas cargas pesadas e esforços de compressão, mas também condições climáticas adversas e desastres naturais como terremotos e furacões.

Além disso, o concreto tem a capacidade de reter calor, é à prova de fogo e fácil de reparar caso ocorra algum dano. Todas essas propriedades tornam o cimento um produto altamente valioso, fazendo seu uso disparar.

Quando se trata de casos de uso do concreto, ele tem diversas aplicações na indústria da construção. O concreto é, na verdade, o material de construção mais usado no mundo, depois da água. É utilizado na construção de barragens, pontes, rodovias, aeroportos, vias, canais, reservatórios e pavimentos, além de edifícios residenciais, complexos comerciais e outras estruturas de suporte de carga.

Simplificando, o concreto é um material fundamental na construção, desempenhando um papel crucial na formação da infraestrutura ao nosso redor. 

Mas isso não significa que o concreto ofereça apenas benefícios. Na verdade, ele é extremamente perigoso. 

Para começar, o cimento é responsável por 1,6 bilhão de toneladas métricas de dióxido de carbono (CO2), o que representa cerca de 8 % das emissões globais de CO2. E a dependência extensiva do setor de construção ao cimento agrava ainda mais sua enorme pegada de carbono.

Enquanto isso, a fabricação de cimento Portland comum (OPC) é responsável por 5 % a 8 % das emissões globais de CO2 de origem antropogênica. Quando extrapolado para todas as atividades relacionadas à construção, a mais recente pesquisa mostra um quadro alarmante, com quase 40 % das emissões de CO2 relacionadas à energia provenientes desse setor, que consome 36 % da energia final mundial.

Isso é extremamente preocupante porque as emissões de CO2 estão projetadas para alcançar um recorde de 37.41 GtCO2. As emissões de CO2 também são a principal causa do aquecimento global e, segundo o IPCC, o aquecimento global na taxa atual deve chegar a 1,5 °C acima dos níveis pré‑industriais entre 2030 e 2052.

Dadas as ramificações ambientais do concreto, enquanto sua taxa de consumo anual chega a 30 bilhões de toneladas e se espera que continue a subir indefinidamente, é importante que todos, desde inovadores até organizações e governos, enfrentem essa questão de frente.

Avançando a Construção com Impressão 3D 

O concreto, como observamos acima, é um mal necessário porque, embora ofereça grandes benefícios e seja crucial para a civilização, ele é realmente prejudicial ao planeta, que já lida com desmatamento, mudanças climáticas, perda de biodiversidade e muito mais. 

Adicione concreto à mistura e as coisas só pioram. Mas e se houver uma maneira de mitigar os efeitos nocivos desse material de construção tão popular? 

Bem, por um lado, o concreto está evoluindo para atender às necessidades complexas e avançadas do mundo. Como compartilhamos anteriormente, materiais avançados como grafeno e cânhamo estão sendo cada vez mais utilizados em materiais de construção. Até mesmo cimento livre de carbono é produzido substituindo a calcária ou usando calcária baseada em combustíveis fósseis.

Existe outra solução, e é a impressão 3D. Isso mesmo! O mesmo método que está sendo usado para criar arte, móveis e outros produtos de consumo, além de forense, próteses e cirurgias, também está mudando o jogo da construção. 

A impressão 3D ou manufatura aditiva, que consiste em criar objetos tridimensionais a partir de um arquivo digital depositando camadas de material, tem ganhado grande impulso graças aos seus benefícios de prototipagem rápida, personalização, economia de custos, redução de desperdício de material, estímulo à inovação e sustentabilidade. 

Essa tecnologia já está sendo utilizada na construção, o que não é novidade, já que a impressão 3D foi usada na construção há muitas décadas. Contudo, o uso da impressão 3D cresceu significativamente nos últimos anos para acelerar o processo, otimizar o uso de material, explorar designs intrincados e estruturas personalizadas, facilitar a construção remota e melhorar a segurança.

Os benefícios multifacetados da impressão 3D incluem ainda cadeias de suprimento mais curtas graças à construção no local e uma redução substancial dos riscos no ambiente de trabalho devido à menor necessidade de mão‑de‑obra manual em operações de alto risco.

Este ano, vimos o maior bairro impresso em 3D do mundo no Texas próximo da conclusão, após dois anos de construção. A empresa de construção impressa em 3D ICON está por trás deste projeto.

A ICON, empresa privada, não só imprime casas residenciais, como também está envolvida em defesa e construção fora da Terra. Há menos de uma década, a ICON levantou um total de $451 million, o que elevou sua avaliação para cerca de $2 billion. A empresa está, de fato, contratada pela NASA para construir plataformas de pouso, abrigos e outras estruturas na Lua como parte do programa de exploração Artemis da agência.

In 2018, it built the first permitted 350-square-foot 3D-printed home in the U.S., which only took two days. The house was built using concrete because, as ICO CEO Jason Ballard stated:

“It’s one of the most resilient materials on Earth.”

For its Texas community, the company is using its Vulcan printer, which is much like a regular desktop 3D printer, and pipes layer by layer. The difference with this Vulcan printer is that it is 45 feet wide and weighs 4.75 tons. 

Quanto ao seu processo, o pó de concreto é misturado com areia, água e outros aditivos e então bombeado para a impressora. A mistura de concreto é então extrudida por um bico sobre um pincel, que constrói camada por camada seguindo um caminho pré‑programado.

A impressora robótica construiu 100 casas impressas em 3D no que a empresa afirma ser a maior comunidade impressa em 3D do mundo. Com a impressão 3D sendo mais rápida, menos cara, minimizando o desperdício de material de construção e exigindo menos trabalhadores, ela está trazendo “muita eficiência ao mercado de construção”, segundo a empresa.

Isso é apenas o começo, porém, como evidencia o crescimento que se espera para o mercado de construção com impressão 3D. Avaliado em $5.5 billion last year, the global 3D printing construction market is projected to grow at a CAGR of 105.8% to reach a whopping $3.3 trillion by 2032. 

Esses números podem parecer impressionantes à primeira vista, mas como compartilhamos em nosso artigo anterior, a impressão 3D pode emergir como uma solução potencial para o grave problema da escassez de moradias, o que torna a meta de trilhões de dólares uma possibilidade real.

Dado o enorme interesse na construção com impressão 3D, também faz sentido utilizar essa tecnologia para transformar o mercado da construção para melhor. E é exatamente isso que os cientistas da Nanyang Technological University (NTU) de Cingapura estão fazendo.

Os pesquisadores deram um passo ainda mais adiante ao imprimir em 3D o próprio concreto. Para isso, desenvolveram um método de impressão 3D de concreto que captura carbono, demonstrando uma nova forma de reduzir o impacto ambiental da indústria da construção.

Clique aqui para saber se a impressão 3D pode nos ajudar a enfrentar a escassez de moradias.

Impressão 3D de Concreto que Captura CO2

No início deste mês, cientistas da NTU publicaram sua pesquisa sobre “Carbon capture and sequestration with in‑situ CO2 and steam‑integrated 3D concrete printing.”

A pesquisa detalhou o método inovador que visa reduzir significativamente a pegada de carbono do cimento, diminuindo o uso de material, a necessidade de mão‑de‑obra e o tempo de construção. 

Também se sugere que o desenvolvimento sustentável por meio da impressão 3D de concreto pode acrescentar até 5 % de redução no consumo global de energia. Esses benefícios ambientais são potencialmente equivalentes à sua capacidade de otimizar os processos de construção.

Entretanto, a mistura de CO2 no concreto, como faz o estudo mais recente, já foi realizada antes com o objetivo de melhorar a qualidade do material e ajudar a reduzir o impacto ambiental negativo do cimento.

Estudos iniciais já demonstraram melhorias nas propriedades mecânicas do concreto por meio da mistura direta em lote com CO2 e da exposição do concreto ao CO2 durante a produção em câmaras de carbonatação, devido à formação de uma “cápsula de carbonatação”. 

Estudos anteriores relataram um aumento de quase 15 vezes na resistência à penetração e até 1,16 % de absorção de carbono em apenas meia hora de mistura de argamassa com CO2. Ajustar a cura de carbonatação acelerada (ACC) mostrou ainda uma absorção de carbono entre 1,98 % e 25,5 %.

Embora a pesquisa sobre impressão 3D de concreto tenha se concentrado principalmente no desenvolvimento de misturas cimentícias verdes para reduzir sua pegada de carbono, o estudo mais recente observou que poucos consideraram o avanço de tecnologias de processamento, particularmente para melhorar sua capacidade de captura e armazenamento de carbono em massa (CCS). 

Os estudos sobre a carbonatação de materiais cimentícios, especialmente a atenção mínima às profundidades, como observaram os pesquisadores, são a razão pela qual sua implementação em escala levanta questões de validade. Sem mencionar que soluções de CCS confinadas em câmaras enfrentam limitações em termos de hardware e consumo de energia quando aplicadas à impressão 3D de concreto (3DCP). Como resultado, os benefícios da construção escalável, automatizada e no local são comprometidos.

Isso cria a necessidade de desenvolver um processo de carbonatação artificial para a impressão 3D de concreto que vá além das técnicas tradicionais de cura.

Como resultado, os pesquisadores da NTU desenvolveram um novo processo para estudar sua eficácia na captura de dióxido de carbono.

A tecnologia recém‑desenvolvida envolve um sistema de extrusão em duas etapas. A primeira etapa consiste em injetar CO2 e vapor no concreto em mistura. A mistura então incorpora e armazena diretamente o CO2 na estrutura do concreto. O CO2 e o vapor em questão são capturados como subprodutos de processos industriais. 

Essa nova abordagem demonstrou um aumento de 38,2 % na captura de carbono em massa, oferecendo mais uma forma de alcançar a construção descarbonizada por meio da impressão 3D de concreto.

O design do acessório de cabeçote proprietário, que facilita a injeção regulada de aditivos gasosos e líquidos, busca enfrentar a questão crítica das preocupações de sustentabilidade ambiental na construção automatizada. Também aborda a necessidade de configurações sob demanda, mas, sobretudo, a falta de soluções de CCS prontamente disponíveis que sejam compatíveis com a impressão 3D de concreto.

Não só o novo método reduz a pegada de carbono do cimento, como também demonstrou melhorar as propriedades mecânicas do concreto. Isso, por sua vez, oferece grande resistência à estrutura em comparação ao concreto impresso em 3D tradicional.

De acordo com o artigo de pesquisa, a integração de CO2 e vapor resultou em um aumento de até 50 % na imprimibilidade 3D, 45,3 % na resistência à flexão e 36,8 % na resistência à compressão. 

Os pesquisadores concluíram que as amostras que foram expostas à impressão integrada de CO2‑vapor e cura ao ar livre obtiveram a maior captura de carbono. Segundo os pesquisadores:

“A solução apresentada oferece um caminho promissor rumo à construção descarbonizada, ao mesmo tempo em que amplia opções viáveis de CCS além dos métodos tradicionais de cura confinada.”

A equipe ainda destacou a otimização das configurações de impressão, dos projetos de mistura e da injeção de gases de combustão para reduzir o desperdício de matéria‑prima de dióxido de carbono puro como possíveis áreas de pesquisa futura.

Empresa Investível no Espaço de Impressão 3D

Agora, vamos analisar uma empresa de capital aberto envolvida no mercado de impressão 3D, que está estimada em $17.5 billion in 2024 e deve crescer a um CAGR de 16.4% para $37.4 billion nos próximos cinco anos, avançando no setor e ajudando a mudar o mundo para melhor.

1. Stratasys Ltd.

A Stratasys é um nome popular no espaço de impressão 3D e fornece soluções em vários setores. As tecnologias da empresa têm contribuído para os avanços no campo da impressão 3D. 

Com uma capitalização de mercado de $689.5 million market cap, Stratasys tem suas ações negociadas atualmente a $9.66, queda de 32.35% neste ano. A empresa apresenta um EPS (TTM) de -1.32 e um P/E (TTM) de -7.30.

Para o terceiro trimestre de 2024, a Stratasys relatou receita de $140.0 million, acima dos $162.1 million registrados no mesmo trimestre do ano passado. Com esses números, a receita recorrente de consumíveis da empresa tem apresentado crescimento ano a ano por oito trimestres consecutivos, o que ela afirmou “refletir a contínua forte utilização das impressoras”.

O crescimento da margem bruta GAAP da Stratasys melhorou para 44.8%, enquanto seu prejuízo líquido GAAP foi de $26.6 million, e a receita líquida non‑GAAP começou a alcançar lucratividade. $4.5 million of cash were reported to be used in operations, and YTD’s operating cash flow remains positive.

Com esses números robustos, a Stratasys elevou suas projeções para o ano completo de 2024. Conforme isso, relatou receita de $580 mln in revenue of $570 million, Non‑GAAP net income of $5 million, and capital expenditures of $20 million.

“Começamos com sucesso a transformar a empresa por meio da otimização de custos e focando em oportunidades de maior crescimento.”

– CEO Dr. Yoav Zeif disse na época

Ele ainda observou que a principal plataforma F3300 da empresa está recebendo muita atenção enquanto continua a expandir-se em seus principais setores-alvo, incluindo saúde, automotivo e aeroespacial.

De acordo com o Dr. Zeif, o plano de reestruturação da empresa ajudará a gerar $40 million in annual cost savings from next year.

“Estamos bem posicionados para entregar crescimento de receita, lucratividade e fluxo de caixa aumentados em 2025, para atender à demanda reprimida assim que as condições de mercado melhorarem.”

– Dr. Zeif

Clique aqui para saber tudo sobre investir na Stratasys Ltd. (SSYS )

Conclusão

O concreto tem sido uma pedra angular do desenvolvimento humano por séculos, mas não está isento de perigos. O impacto ambiental do concreto está se tornando uma preocupação grave, criando uma necessidade urgente de encontrar soluções melhores. A mais recente tecnologia dos pesquisadores da NTU é um desses desenvolvimentos que segue na direção correta. Ao utilizar princípios de manufatura aditiva, a impressão 3D de concreto redefiniu as operações tradicionais e promoveu a sustentabilidade. 

À medida que o mundo luta contra a expansão urbana e as mudanças climáticas, inovações como a impressão 3D de concreto podem ajudar a atender às necessidades crescentes e complexas da construção, ao mesmo tempo que mitigam seus efeitos nocivos. E embora desafios permaneçam na escalabilidade e padronização, com o tempo, à medida que a tecnologia melhora e é amplamente adotada, a impressão 3D pode desempenhar um papel fundamental na formação da infraestrutura do amanhã.

Clique aqui para uma lista das principais ações de manufatura aditiva e impressão 3D.