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. 

Há registros muito antigos de materiais e pisos com ligantes minerais. O concreto romano, por sua vez, tornou-se conhecido por grandes construções, algumas ainda preservadas. Datas sobre o “primeiro concreto” variam conforme a definição e não devem confundir todos os materiais antigos com o concreto moderno.

Uma estimativa comercial citada no artigo avaliava o mercado global de concreto em 687,2 bilhões de dólares em 2021 e projetava 821,6 bilhões de dólares para 2026. Trata-se de uma previsão histórica com um escopo específico, não de receita já realizada.

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.

O concreto é amplamente utilizado, mas seus benefícios e impactos precisam ser avaliados separadamente. Cimento é o ligante e concreto é o material composto; os dois termos não são intercambiáveis.

Concreto: utilidade e impacto ambiental

O concreto é formado por agregados, água e um ligante, geralmente cimento. Areia, cascalho e brita são exemplos de agregados; a formulação varia conforme a aplicação.

O cimento é um ligante mineral fabricado, normalmente a partir de matérias-primas ricas em cálcio e outros elementos. As reações de hidratação permitem o endurecimento, enquanto a água participa dessas reações. A mistura e a cura influenciam a resistência e a durabilidade.

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.

O concreto apresenta boa resistência à compressão, mas resistência à tração limitada. O desempenho de uma estrutura em terremotos, furacões ou outras condições depende de projeto, armadura, execução e manutenção, não apenas do material.

Sua massa térmica e resistência ao fogo podem ser úteis, mas não o tornam imune a danos ou sempre fácil de reparar. Incêndios intensos podem causar fissuras e lascamento. Essas propriedades dizem respeito ao concreto e ao sistema construtivo.

O concreto está entre os materiais mais utilizados no mundo; a comparação “depois da água” refere-se ao consumo de materiais em geral, não a uma classificação da água como material de construção. Suas aplicações incluem edifícios, barragens, pontes, pavimentos e outras obras.

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

A produção e o uso do concreto também têm impactos ambientais importantes, sobretudo os associados ao cimento.

A fabricação de cimento contribui significativamente para as emissões globais de dióxido de carbono (CO₂). A participação depende do ano e da inclusão de emissões de processo e energia; valores absolutos e percentuais de fontes diferentes não devem ser tratados como uma única medição.

O artigo cita estimativas de aproximadamente 5–8% das emissões antropogênicas globais de CO₂ associadas à produção de cimento. A pesquisa sobre edifícios e construção usa um escopo mais amplo, incluindo operação e materiais. Percentuais de energia e emissões desse setor variam conforme o ano e a metodologia, e não são todos atribuíveis ao concreto.

O artigo também citava uma previsão histórica de emissões fósseis anuais de 37,41 gigatoneladas de CO₂. Esse número não é uma medição permanente. A faixa 2030–2052 para atingir 1,5 °C aparecia em uma avaliação anterior do IPCC; deve ser identificada como projeção daquela avaliação, não como calendário garantido.

Estimativas de produção anual de concreto chegam a dezenas de bilhões de toneladas. A evolução futura não é necessariamente indefinida e depende da demanda, de políticas, de substituições e de eficiência.

Avançando a Construção com Impressão 3D 

A importância do concreto para a infraestrutura torna relevante reduzir os impactos de sua produção e utilização.

Há diversas estratégias possíveis, e nenhuma deve ser avaliada apenas por uma vantagem isolada.

Pesquisam-se ligantes com menor teor de clínquer, materiais suplementares e outras formulações. Grafeno e cânhamo têm aplicações diferentes. Usar calcário de origem fóssil, por si só, não produz cimento “livre de carbono”; é necessário avaliar as emissões do processo e do ciclo de vida.

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. 

A construção por impressão 3D vem sendo pesquisada e aplicada há anos, com adoção crescente em determinados projetos. Pode otimizar geometrias e uso de material, mas não substitui automaticamente todas as etapas de uma obra.

A impressão no local pode reduzir algumas etapas logísticas e tarefas manuais. Equipamentos, preparação, manutenção e riscos de operação continuam necessários; segurança e economia dependem do projeto.

Em 2024, o empreendimento de 100 casas em Wolf Ranch, no Texas, estava próximo da conclusão em suas etapas de impressão. A ICON é responsável pelo sistema usado, mas uma casa concluída também precisa de fundações, cobertura, instalações e acabamentos.

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 havia levantado centenas de milhões de dólares, segundo os dados históricos citados. Valores de captação e avaliação privada não equivalem a receita ou preço de ações. Seu contrato com a NASA diz respeito ao desenvolvimento de tecnologia de construção na superfície lunar, não a estruturas já entregues na Lua.

Em 2018, a ICON apresentou uma estrutura de cerca de 350 pés quadrados impressa em aproximadamente dois dias, descrita como a primeira desse tipo com licença nos EUA. Esse prazo não equivale a todas as etapas de uma casa pronta para morar. Jason Ballard afirmou:

“É um dos materiais mais resistentes da Terra.”

Para sua comunidade no Texas, a empresa usa a impressora Vulcan, que funciona de forma semelhante a uma impressora 3D de mesa comum e extruda o material camada por camada. A diferença é que essa Vulcan tem 45 pés de largura e pesa 4,75 toneladas.

O material é preparado e bombeado até o cabeçote, que o deposita por um bico ao longo de uma trajetória programada. Não se imprime “sobre um pincel”; o material forma camadas sobre a base ou a camada anterior.

A empresa usou o sistema para imprimir paredes das 100 casas do empreendimento. Ganhos de tempo, custo e desperdício são alegações ligadas ao projeto e à etapa de impressão, não resultados universais para qualquer obra.

Uma previsão comercial citada no artigo estimava o mercado de construção por impressão 3D em 5,5 bilhões de dólares em 2023 e projetava crescimento composto anual de 105,8%, até cerca de 3,3 trilhões de dólares em 2032. É uma projeção especialmente agressiva, sensível à definição do mercado e às hipóteses usadas, não uma trajetória comprovada.

A impressão 3D pode contribuir para a produção de moradias, mas custos de terreno, financiamento, infraestrutura e licenciamento também importam. A escassez habitacional não valida, por si só, uma previsão de mercado trilionário.

Pesquisadores da Nanyang Technological University (NTU), em Singapura, investigaram como combinar impressão de concreto com incorporação de CO₂.

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.

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Impressão 3D de Concreto que Captura CO2

Em pesquisa divulgada em 2024, cientistas da NTU publicaram sua pesquisa sobre “Carbon capture and sequestration with in-situ CO₂ and steam-integrated 3D concrete printing”.

O estudo avaliou a integração de CO₂ e vapor ao processo de impressão para aumentar a incorporação de carbono e melhorar propriedades do material. Não demonstrou redução universal de mão de obra ou do tempo total de construção.

Estimativas de redução de até 5% no consumo global de energia referem-se a cenários mais amplos discutidos na literatura. Não são um resultado medido deste experimento nem uma economia global já alcançada.

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.

Métodos anteriores já haviam incorporado CO₂ durante mistura ou cura, formando produtos de carbonatação. Sua distribuição e profundidade no material são relevantes para avaliar a absorção e o desempenho.

Valores de absorção e aumento da resistência à penetração citados para pesquisas anteriores dependem das formulações e condições de cura. Resistência à penetração não é sinônimo de resistência à compressão, e percentuais com bases distintas não são diretamente comparáveis.

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). 

A distribuição e a profundidade da carbonatação influenciam a transferência dos resultados para estruturas maiores. Câmaras de cura também impõem limites de tamanho, equipamento e energia quando combinadas com impressão no local.

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.

O processo usa um sistema de extrusão que injeta CO₂ e vapor na mistura durante a impressão. A proposta permite utilizar correntes provenientes de processos industriais, mas um balanço ambiental completo deve considerar captura, transporte, energia e processamento.

Nos ensaios, a incorporação de carbono em massa aumentou 38,2% em relação ao método comparativo de cura confinada por carbonatação acelerada. Isso não significa que 38,2% da massa do concreto seja CO₂ nem que as emissões totais tenham caído nessa proporção.

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.

Além da incorporação de carbono, o estudo mediu melhorias em propriedades mecânicas nas condições avaliadas. O resultado não garante o mesmo desempenho em toda formulação ou estrutura.

Em comparação com os controles nas respectivas condições de cura, o estudo relatou aumentos de até 50,0% na imprimibilidade, 45,3% na resistência à flexão e 36,8% na resistência à compressão. São resultados experimentais específicos.

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.

Uma empresa do setor de impressão 3D

A seguir, um exemplo de empresa de capital aberto da manufatura aditiva. A Stratasys atua principalmente com impressão de polímeros; sua presença aqui não indica que forneça o sistema de concreto da NTU. Previsões para o mercado geral de impressão 3D têm escopo diferente do mercado de construção.

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. 

O artigo citava valores históricos de mercado de aproximadamente 689,5 milhões de dólares, preço de 9,66 dólares por ação e queda de 32,35% no ano. Não são cotações atuais. Com prejuízo por ação, um P/L negativo não funciona como indicador comum de barateamento.

Para o terceiro trimestre de 2024, a Stratasys relatou receita de 140,0 milhões de dólares, abaixo dos 162,1 milhões do terceiro trimestre de 2023, uma queda de cerca de 13,6%. A afirmação de que o valor aumentou estava invertida. A empresa informou crescimento anual de consumíveis por oito trimestres consecutivos, o que não significa crescimento da receita total.

A margem bruta GAAP foi de 44,8%, enquanto o prejuízo líquido GAAP foi de 26,6 milhões de dólares. O lucro líquido ajustado, não GAAP, foi de aproximadamente 0,4 milhão. Quanto ao caixa, foram utilizados 4,5 milhões de dólares nas operações no trimestre; o fluxo operacional acumulado no ano era positivo. Lucro e fluxo de caixa são medidas distintas.

A companhia manteve a previsão de receita de 570–580 milhões de dólares para 2024 e elevou a projeção de lucro ajustado para 2,1–5 milhões. Os investimentos de capital previstos eram de 15–20 milhões. Eram expectativas da administração, não resultados finais.

“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.

O plano de reestruturação previa cerca de 40 milhões de dólares de economia anual a partir do primeiro trimestre de 2025. Isso era uma meta apresentada em 2024, não economia já confirmada.

“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

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Conclusão

O concreto é essencial para muitas obras e tem impactos importantes, especialmente na fabricação do cimento. O processo da NTU demonstra uma possibilidade de incorporar CO₂ durante a impressão, mas sua contribuição ambiental precisa ser avaliada no ciclo de vida e na escala de uso.

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.

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