Um cimento autocura desenvolvido pelo Pacific Northwest National Laboratory pode superar o concreto convencional, oferecendo uma tecnologia potencialmente preventiva da poluição para a crescente indústria geotérmica.

Esta combinação revolucionária usa um ingrediente flexível, um polímero, para reparar superfícies fraturadas e preencher rachaduras, minimizando os riscos de falha mecânica e oferecendo uma fonte de energia sustentável.

O químico Carlos Fernandez e sua equipe em colaboração com Simerjeet Gill do Laboratório Nacional de Brookhaven, detalhar as propriedades de cura do polímero e como ele pode melhorar o desempenho mecânico do cimento em um papel, "Insights sobre as propriedades físicas e químicas de um composto de cimento-polímero desenvolvido para aplicações em poços geotérmicos, " no Compósitos de cimento e concreto .

O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Escritório de Tecnologias Geotérmicas do Departamento de Energia.

Polímeros sob pressão

O cimento usado em poços geotérmicos é conhecido por rachar sob pressão e em ambientes de alta temperatura associados à perfuração para energia geotérmica. O objetivo do artigo da equipe era ver como seu cimento autocurante se comportaria quando testado contra cimento convencional nessas condições extremas de calor. Por meio de uma variedade de testes, realizado no PNNL e na National Synchroton Light Source II do BNL, a equipe descobriu que a tecnologia de cimento autocurante poderia eliminar a necessidade de remover, reparar e substituir poços de cimento rachados.

Os pesquisadores do PNNL testaram a resistência e as reações do cimento de autocura ao estresse mecânico e conduziram análises da área de superfície, composição química, e topografia de superfície. Os testes confirmaram que o cimento autocurante é uma alternativa significativa ao cimento convencional porque é flexível e cura fissuras de forma autônoma.

A flexibilidade é atribuída à ligação quimicamente "macia" ou flexível entre os átomos do polímero e do cimento. Esta ligação suave permite grandes deformações que podem ser contidas dentro do cimento sem quebrar as ligações. Isso foi previsto por meio de modelagem computacional feita por Vanda Glezakou do PNNL. O polímero adiciona 60 a 70 por cento mais elasticidade ao cimento quando ele é adicionado, reduzindo fraturas no cimento, Fernandez relata no jornal.

Por conta deles, polímeros são grandes, moléculas em forma de cadeia que trabalham para manter as substâncias juntas e são encontradas naturalmente no corpo humano. Quando adicionado ao cimento, os polímeros adicionam flexibilidade ao material quebradiço e evitam que as rachaduras se espalhem rapidamente. O polímero se desprende, migra para o crack, e atribui de volta para preencher a rachadura. Houve uma redução de 87% no tamanho da fissura quando o polímero foi adicionado ao concreto.

Cimentando o futuro

O cimento é o segundo maior consumível do mundo, atrás apenas da água. Assim, Encontrar uma maneira de tornar o cimento ainda mais eficaz pode ser uma virada de jogo não apenas para a indústria geotérmica, mas para a indústria de construção em geral.

“A ideia em alguns anos seria estendê-lo a tudo, "Fernandez disse." O céu é o limite.

A indústria de cimento fatura mais de US $ 37 bilhões anualmente. Contudo, o craqueamento do cimento rende em média US $ 12 bilhões por ano apenas para consertar a infraestrutura. A combinação de polímero-cimento pode chegar a US $ 3,4 bilhões por ano em economia para infraestruturas como barragens, instalações de resíduos nucleares, e arranha-céus, Fernandez prevê. Isso pode significar menos fechamentos de estradas e reparos de manutenção que obstruem as estradas e criam inconvenientes para viagens diárias.

Como uma luminária LED, o cimento-polímero pode criar economias a longo prazo. O cimento convencional custa 5 centavos por libra. O custo estimado para o cimento-polímero é de 30 a 35 centavos por libra. Contudo, pode potencialmente estender a vida útil de estruturas baseadas em concreto em 30 a 50 anos, Fernandez disse.

Para a indústria do petróleo, especificamente, onde as altas temperaturas são constantes, remover e substituir concreto rachado é demorado, empreendimento caro, Fernandez disse. Substituir o cimento convencional por cimento autocurante pode representar uma economia de milhões de dólares.

O cimento autocurante também pode ser usado em instalações de resíduos nucleares e barragens hidrelétricas, onde rachaduras nas estruturas e falhas mecânicas podem resultar em inundações ou contaminação. Inspeções e reparos anuais e semestrais dispendiosos podem diminuir em número, Fernandez disse. A natureza flexível do cimento autocurante também permite que ele resista a maiores tensões mecânicas de desastres naturais e condições climáticas extremas, como tremores de terremoto ou ventos fortes.

Uma alternativa concreta para o meio ambiente

O cimento autocurável pode resolver as principais preocupações sobre a vedação de poços de petróleo, gás, e produção de calor geotérmico. Vazamentos em poços causam contaminação e limitam a capacidade de fornecer alternativas de energia limpa. Esses vazamentos contaminam aquíferos e águas superficiais.

Outras misturas de polímero de autocura e cimento desenvolvidas para a indústria de petróleo e gás costumam ter propriedades mecânicas pobres e não podem suportar os ambientes de alta temperatura encontrados em poços geotérmicos.

"O desenvolvimento de uma combinação de polímero-cimento de autocura que seja funcional em ambientes geotérmicos pode representar uma tecnologia revolucionária para o crescimento da indústria de energia geotérmica, "relatou a equipe no jornal.

Existem grandes reservas de energia geotérmica em todo o país e em todo o mundo que não estão em uso porque o cimento do poço falha em condições de alta temperatura e em ambientes quimicamente corrosivos. A energia geotérmica é a energia térmica que a Terra gera e armazena. Com melhorias como cimento autocurante, a energia geotérmica tem o potencial de ser aplicável, fonte de energia sustentável. O cimento de autocura pode fornecer energia significativa com liberação mínima de carbono para a atmosfera.

Adicionalmente, dezenas de milhares de toneladas de cimento convencional acabam em aterros sanitários, Fernandez disse. Com a extensão de mais de 30 anos de uso adicional do composto, menos cimento iria para aterros sanitários.