O concreto é o material de construção mais usado no mundo - sua fabricação contribui com até 8% do dióxido de carbono para a atmosfera. Crédito:eugenesergeev, iStock
Uma equipe internacional de cientistas criou um novo banco de dados de modelos de dinâmica molecular que simulam as propriedades do cimento em todas as suas variedades. O objetivo é ajudar a ajustar esse componente do concreto e reduzir as emissões em seu processo de fabricação.
O cimento é usado para ligar o concreto, o material de construção mais usado no mundo e uma fonte significativa de dióxido de carbono atmosférico. Sua fabricação contribui com até 8% do gás de efeito estufa para a atmosfera.
Investigue as interações atômicas
Um novo banco de dados, chamado cemff, para campos de força de cimento. Nesse caso, o campo de força não é uma barreira invisível de uma história de ficção científica. É a coleção de parâmetros que os cientistas usam para construir modelos de computador de interações atômicas. Esses parâmetros incluem a energia intrínseca dos átomos em um sistema de simulação. Eles são usados para calcular como os átomos interagem individual e coletivamente com seus vizinhos para dar ao material suas propriedades.
A aplicação de modelos de campo de força atomísticos precisos permite fazer simulação em computador de vários tipos de minerais inorgânicos presentes no cimento. Muito importante, ajuda os pesquisadores acadêmicos e industriais a recorrer a muitos tipos de campos de força para fazer simulações e previsões confiáveis de formulações de cimento para fins específicos. A Cemff poderia ajudar a fortalecer o design da indústria, materiais de construção mais duráveis que também reduzem as emissões de dióxido de carbono da fabricação de mais de 3 bilhões de toneladas de cimento e concreto por ano.
Imagem de microscopia eletrônica de transmissão do cimento e estrutura atômica do cimento modelo. Crédito:ETH Zurich / EPFL / Rice University
Desenvolvimento de cimentos ecológicos
"A publicação deste banco de dados comum representa um marco para a área que aumentará muito o impacto da modelagem molecular no desenvolvimento de cimentos novos e ecologicamente corretos", diz Robert Flatt, Professor de Civil, Engenharia Ambiental e Geomática da ETH Zurique e um dos assessores científicos do projeto de banco de dados cemff.
Quinze cientistas de 11 instituições trabalharam no projeto liderado por Ratan Mishra da ETH Zurique, Rouzbeh Shahsavari da Rice University e Paul Bowen da EPFL Lausanne. Em sua pesquisa, a simulação de modelos de campo de força mostra como as moléculas componentes do cimento interagem umas com as outras. Essas interações microscópicas determinam o desempenho do concreto em aplicações do mundo real e permitem o ajuste fino do material para ter o melhor desempenho por décadas e da maneira mais ambientalmente consciente.
"A modelagem molecular ainda requer vários trade-offs, "disse Mishra, autor principal do artigo e cientista de materiais do grupo do professor Flatt. "O exemplo típico é tempo versus precisão, mas mais importante, é essencial reconhecer em que modelos específicos são bons e em que podem ser desafiados. ”O Cemff permitirá que os pesquisadores tenham uma visão mais abrangente sobre esta questão e selecionem a melhor abordagem para o problema que estão enfrentando.
Uma construção simulada de cimento produzida por um modelo no banco de dados cemff. O modelo contém hidrogênio (branco), oxigênio (vermelho), silicato (amarelo) e cálcio (verde). Crédito:ETH Zurique
Reduza a pegada de carbono
O cimento consiste principalmente em silicatos de cálcio que reagem com a água para produzir o material endurecido que confere propriedades mecânicas e durabilidade ao concreto. Quase 60 por cento das emissões de dióxido de carbono da produção de cimento vêm da decomposição do calcário, a fonte de cálcio no cimento. Para reduzir a pegada de carbono, os fabricantes costumam suplementar a mistura com argilas, resíduos como cinzas volantes e materiais reciclados.
Todos influenciam as características mecânicas e a resiliência do produto; é por isso que há necessidade de simulações em nanoescala que permitam aos fabricantes testar as misturas quanto à resistência e durabilidade antes mesmo de fazer o cimento real.
"Espero que o formato aberto e a base internacional do banco de dados cemff encorajem a comunidade de modelagem e experimental a criar benchmarks sólidos para ajudar a compreender e prever com mais precisão as propriedades do material mais usado na Terra e nos ajudar a construir um futuro mais sustentável , "diz Paul Bowen, professor do Laboratório de Tecnologia do Pó da EPFL, e iniciador do projeto.
