O Concreto Foi, É e Continuará a Ser um Material Estrutural Crítico – Como Podemos Contornar suas Deficiências?

Limitações do Concreto

O concreto tornou‑se o material central na construção nas últimas décadas, especialmente em ambientes urbanos densos. Ele substituiu progressivamente tijolos, pedras e madeira, graças ao seu baixo custo, facilidade de uso e escalabilidade.

Mas não está isento de problemas.

Sustentabilidade

Primeiro, está longe de ser um produto sustentável quando se trata dos recursos consumidos. Consome quantidades tremendas de areia, a ponto de ter sido descrito que o mundo está “ficando sem areia”.

Source: Visual Capitalist

A produção de cimento também é uma atividade muito intensiva em energia. É quase que exclusivamente alimentada por combustíveis fósseis, resultando em a produção de cimento ser responsável por 8% das emissões globais de CO₂.

Isso pode ser comparado às emissões de CO₂ de carros e vans, que são responsáveis por 10% das emissões globais. Portanto, tornar o concreto mais sustentável teria um impacto tão grande quanto transformar todos os carros do mundo em veículos elétricos e alimentá‑los apenas com energia verde.

Durabilidade

Se os edifícios de concreto durassem séculos, ao menos poderíamos considerar que o consumo de areia e as emissões de CO₂ foram algo feito de uma vez por todas, com a construção permanecendo por muito tempo depois.

Mas isso está longe de ser o caso. Edifícios de concreto armado, a maior parte do que é construído hoje, têm uma vida útil média de apenas 50‑100 anos. Eles precisam ser completamente demolidos, os entulhos removidos e enterrados em algum lugar, e reconstruídos do zero.

Novas Tecnologias de Concreto

Esses altos custos ambientais combinados com a falta de durabilidade significam que o concreto precisa ser aprimorado. Claro, poderíamos teoricamente voltar a usar apenas pedra, argila e madeira como materiais básicos para construção. No entanto, a praticidade e o baixo custo do concreto dificultam sua remoção da posição de material preferido pelos arquitetos.

Remoção do Aço

O principal culpado pela baixa durabilidade do concreto moderno é a barra de aço (vergalhão) inserida nele. O vergalhão de aço fornece importantes vantagens estruturais, melhorando radicalmente a resistência à tração do concreto (a capacidade de resistir a ser puxado ou esticado).

O problema é que o aço, que é majoritariamente feito de ferro, acaba enferrujando. Ao oxidar, ele se expande, causando fissuras no concreto ao redor. Isso costuma ser chamado de “câncer do concreto”, e é a razão pela qual o concreto armado dura apenas tanto tempo.

Source: USNW Sydney

Concreto com Grafeno

À medida que inventamos novos materiais, novas soluções podem ser aplicadas ao concreto. Ao adicionar grafeno ao concreto, um material 2D excepcional, pesquisadores da Universidade da Virgínia conseguiram melhorar o desempenho do concreto, tornando‑o mais durável e reduzindo as emissões de carbono.

Foi publicado no Journal of Building Engineering sob o título “Rheological, mechanical, and environmental performance of printable graphene‑enhanced cementitious composites with limestone and calcined clay.”

Os pesquisadores focaram no concreto usado em métodos de impressão 3D, tema que abordamos em maior detalhe em “Home Ownership is More Prohibitive than Ever Before in North America – Can 3D Printing Change This?”.

O concreto LC2 reforçado com grafeno poderia reduzir as emissões de gases de efeito estufa em aproximadamente 31% comparado às misturas tradicionais de concreto imprimível. Isso ocorre porque, em vez de usar aço – que por si só é um grande emissor de carbono na produção – eles usaram grafeno, que é feito de carbono puro. Assim, pelo menos na parte de reforço, este novo concreto captura carbono ao invés de emiti‑lo.

Mesmo assim, a parte do cimento continua sendo um processo intensivo em carbono, mas este é um bom primeiro passo.

E como o grafeno é muito mais estável e não oxida (não enferruja), esse tipo de concreto deve estar protegido contra o “câncer do concreto”. Se o edifício resultante durar muito mais, isso significará muito menos emissões a longo prazo.

Vergalhão de Cânhamo

Materiais avançados como o grafeno podem não ser a única opção. Isso é positivo, pois o grafeno ainda é relativamente caro, o que pode dificultar a comercialização desses concretos de alto desempenho e baixas emissões.

O cânhamo (a espécie não psicoativa das plantas de cannabis) está sendo cada vez mais usado em materiais de construção. Quando processado adequadamente, pode ser transformado em material de isolamento, blocos de cânhamo para pequenas construções e até mesmo em hemcrete (cânhamo + concreto).

Source: 2050 Materials

Ele também pode ser moldado em vergalhão para concreto na forma de vergalhão composto de Termoplástico Reforçado com Fibra Natural (NFRT), ou vergalhão de cânhamo, misturando corda à base de cânhamo com uma capa termoplástica.

Source: CASE

Como o cânhamo é uma fibra vegetal, ele é negativo em carbono, aprisionando carbono atmosférico. Além disso, o cânhamo é muito resistente e não inflamável.

Concreto Autocurativo

Nem todo concreto dura apenas algumas décadas. Algumas formas de concreto foram realmente resistentes o suficiente para durar milênios, já na época do Império Romano. Por exemplo, o famoso Panteão é a maior cúpula de concreto não reforçado do mundo e foi construído em 128 d.C.

A primeira chave é que essas estruturas de concreto não utilizavam vergalhão. Elas também foram feitas com materiais especiais, como rochas vulcânicas e cinzas, que tornavam o concreto parcialmente autocurativo.

Portanto, embora possa não ser perfeitamente escalável, já que rochas vulcânicas não são tão abundantes quanto areia, pode ser uma opção para muitas construções que realmente não precisam de vergalhão e que têm pouca probabilidade de precisar de reconstrução.

Concreto Aquecido

Além da corrosão, outro fator que pode danificar edifícios de concreto são os ciclos de congelamento‑descongelamento no inverno. Cada vez que a água congela, ela se expande, lascando um pouco o concreto ou provocando fissuras. Com o tempo, isso pode evoluir para danos cada vez mais graves.

Em “Self‑Heating Concrete Could Help our Roads, Aquifers, and Wallets”, exploramos como materiais de mudança de fase de baixa temperatura (PCM) podem ser incorporados em microcápsulas de parafina e misturados diretamente ao concreto.

Isso poderia ajudar a manter o concreto livre de geada em temperaturas próximas de 0 °C e reduzir a necessidade de manutenção de estradas no inverno.

Cimento Livre de Carbono

Com as emissões de carbono do cimento quase tão altas quanto as dos automóveis, é necessário um aprimoramento importante para reduzir ou eliminar totalmente as emissões associadas, o que é mais fácil dizer do que fazer.

Energia Verde

Como a produção de cimento requer muito calor, precisamos observar o desenvolvimento de alternativas elétricas ou térmicas aos fornos e calcificadores baseados em combustíveis fósseis.

Não é necessariamente uma tarefa técnica muito complexa, mas ver toda a indústria mudar seu equipamento e adotar essa nova tecnologia levará tempo.

Além disso, alternativas elétricas a processos industriais baseados em combustíveis fósseis são tão verdes quanto a eletricidade que utilizam. Portanto, também é necessária uma oferta constante de eletricidade livre de carbono.

Emissões Relacionadas ao Calcário

Um grande problema ao remover as emissões de carbono da produção de cimento é que nem todas as emissões provêm da energia consumida. Se fosse esse o caso, apenas usar eletricidade verde para aquecer o calcário até cimento seria suficiente.

Mas o próprio calcário, a matéria‑prima base do cimento, é um emissor de CO₂, conforme esta fórmula (com Δ=calor): CaCO₃ + Δ → CaO + CO₂ em um processo chamado calcinação.

Mas algumas alternativas existem:

• Substituição do calcário: usando silicato de cálcio, em vez de carbonato de cálcio (calcário), a empresa Brimstone propõe criar cimento livre de carbono.
  • Como o silicato de cálcio é um mineral muito abundante, isso é principalmente uma questão de desenvolver a tecnologia e torná‑la competitiva comercialmente.
• Captura de carbono: atualmente, a maioria das instalações produtoras de cimento utiliza calcificadores e calcário baseados em combustíveis fósseis; pode ser mais fácil capturar as emissões do que evitá‑las.
  • Uma primeira planta piloto produzindo cimento dessa forma já está em operação na Noruega e pode servir de modelo.

Empresa de Cimento Sustentável

Como uma das líderes mundiais na produção de cimento, a CRH será fundamental para transformar a construção em cimento em uma indústria mais sustentável. É a número 1 em volume total de material de construção fornecido tanto nos mercados dos EUA quanto da Europa.

A empresa atua em 28 países e 3.390 localidades, empregando 78.500 pessoas, com a CRH Americas respondendo por 65 % de suas vendas globais de 2023.

A empresa espera que os robustos gastos dos governos ocidentais em infraestrutura ajudem a expandir seus negócios. As tendências de reindustrialização e de relocalização da manufatura de alta tecnologia também devem contribuir.

Sustentabilidade

A CRH fez avanços sérios em sustentabilidade com uma série de iniciativas:

• É a maior recicladora da América do Norte, com 43,9 milhões de toneladas de resíduos e subprodutos de outras indústrias reciclados em 2023.
• Reduziu suas emissões de CO₂ em 8 % em 2023, graças ao uso de 36 % de combustíveis alternativos em suas fábricas de cimento.
• Almeja reduzir as emissões em 30 % até 2030 (em comparação com as emissões de 2021).

Isso é louvável, mas pode ser visto como pouco, tarde demais.

Afortunadamente, a CRH também é impulsionadora de mudanças mais fundamentais na indústria. Notavelmente, investiu US$ 75 milhões na empresa de cimento de baixo carbono Sublime, junto com a gigante europeia de concreto Holcim.

Sublime Systems foi criada a partir do MIT em 2020 para utilizar um eletrólito que produz cimento em temperaturas ambientes, substituindo fornos intensivos em energia e combustíveis fósseis. Também permite o uso de fontes de cálcio como material de entrada, evitando a liberação de CO₂ proveniente do calcário.

A primeira instalação comercial da Sublime em Holyoke está prevista para abrir já em 2026. Se comprovada bem‑sucedida, pode ser o verdadeiro divisor de águas para a indústria do cimento e abrir caminho para concreto de baixa emissão em escala.

“A Sublime é uma força disruptiva na produção de cimento. Sua tecnologia única atravessa todo o processo de produção, desde o uso de eletricidade limpa até matérias‑primas livres de carbono. Estamos entusiasmados com seu potencial e felizes por nos associarmos para levá‑la ao mercado em escala. Este investimento está totalmente alinhado com a estratégia da Holcim de acelerar a descarbonização da construção ao escalar as tecnologias mais inovadoras.”

Officer Nollaig Forrest – Chief Sustainability Officer da Holcim

A CRH também investiu em outras startups de descarbonização e sustentabilidade:

• € 23,7 milhões na Cool Planet Technologies, desenvolvendo soluções de captura de carbono para indústrias tradicionalmente difíceis de descarbonizar.
• $ 34,7 milhões da CRH e outros investidores na Carbon Upcycling Technologies, usando uma solução de mineralização totalmente elétrica para armazenar permanentemente CO₂ em subprodutos e minerais industriais, como cimento, plásticos, produtos de consumo, fertilizantes e produtos farmacêuticos.
• AICrete, uma plataforma “receita‑como‑serviço” que trabalha com produtores locais de concreto, otimizando materiais locais e minimizando a quantidade de cimento usado por meio de análises de IA, reduzindo tanto a pegada de CO₂ quanto o custo da produção de concreto.
• O financiamento Série B da FIDO AI, uma startup que usa IA para reduzir o consumo de água e aumentar a economia de água.

No geral, a CRH é uma líder lucrativa na indústria do concreto e está se preparando ativamente para a descarbonização do setor, tanto diretamente em instalações existentes quanto como fornecedora principal de capital para startups inovadoras que criam a próxima geração de tecnologia de produção de cimento e concreto.