É bem sabido que a produção de cimento - o principal material de construção do mundo - é uma importante fonte de emissões de gases de efeito estufa, responsável por cerca de 8 por cento de todos esses lançamentos. Se a produção de cimento fosse um país, seria o terceiro maior emissor do mundo.

Uma equipe de pesquisadores do MIT surgiu com uma nova maneira de fabricar o material que poderia eliminar essas emissões por completo, e poderia até fazer alguns outros produtos úteis no processo.

As descobertas estão sendo relatadas hoje na revista PNAS em um artigo de Yet-Ming Chiang, o Professor Kyocera de Ciência e Engenharia de Materiais no MIT, com a pós-doutoranda Leah Ellis, estudante de graduação Andres Badel, e outros.

"Cerca de 1 quilo de dióxido de carbono é liberado para cada quilo de cimento feito hoje, "Diz Chiang. Isso soma 3 a 4 gigatoneladas (bilhões de toneladas) de cimento, e das emissões de dióxido de carbono, produzido anualmente hoje, e essa quantia deve crescer. O número de edifícios em todo o mundo deve dobrar até 2060, o que equivale a "construir uma nova cidade de Nova York a cada 30 dias, "diz ele. E a commodity agora é muito barata de se produzir:custa apenas cerca de 13 centavos o quilo, que ele diz que o torna mais barato do que a água engarrafada.

Portanto, é um verdadeiro desafio encontrar maneiras de reduzir as emissões de carbono do material sem torná-lo muito caro. Chiang e sua equipe passaram o ano passado em busca de abordagens alternativas, e teve a ideia de usar um processo eletroquímico para substituir o atual sistema dependente de combustível fóssil.

Cimento Portland comum, a variedade padrão mais amplamente usada, é feito moendo calcário e depois cozinhando-o com areia e argila em fogo alto, que é produzido pela queima de carvão. O processo produz dióxido de carbono de duas maneiras diferentes:a partir da queima do carvão, e dos gases liberados do calcário durante o aquecimento. Cada um deles produz contribuições aproximadamente iguais para as emissões totais. O novo processo eliminaria ou reduziria drasticamente ambas as fontes, Chiang diz. Embora tenham demonstrado o processo eletroquímico básico em laboratório, o processo exigirá mais trabalho para ser escalonado em escala industrial.

Em primeiro lugar, a nova abordagem pode eliminar o uso de combustíveis fósseis para o processo de aquecimento, substituindo a eletricidade gerada a partir de produtos limpos, fontes renováveis. "Em muitas geografias, a eletricidade renovável é a eletricidade de menor custo que temos hoje, e seu custo ainda está caindo, "Chiang diz. Além disso, o novo processo produz o mesmo produto de cimento. A equipe percebeu que tentar obter aceitação para um novo tipo de cimento - algo que muitos grupos de pesquisa têm buscado de maneiras diferentes - seria uma batalha difícil, considerando o quão amplamente utilizado o material é em todo o mundo e como os construtores podem ser relutantes em tentar novos, materiais relativamente não testados.

O novo processo se concentra no uso de um eletrolisador, algo que muitas pessoas encontraram nas aulas de química do ensino médio, onde uma bateria é ligada a dois eletrodos em um copo d'água, produzindo bolhas de oxigênio de um eletrodo e bolhas de hidrogênio do outro, à medida que a eletricidade divide as moléculas de água em seus átomos constituintes. Mais importante, o eletrodo de evolução de oxigênio do eletrolisador produz ácido, enquanto o eletrodo de evolução de hidrogênio produz uma base.

No novo processo, o calcário pulverizado é dissolvido no ácido em um eletrodo e dióxido de carbono de alta pureza é liberado, enquanto o hidróxido de cálcio, geralmente conhecido como cal, precipita como um sólido no outro. O hidróxido de cálcio pode então ser processado em outra etapa para produzir o cimento, que é principalmente silicato de cálcio.

O dióxido de carbono, na forma de um puro, fluxo concentrado, pode então ser facilmente sequestrado, aproveitado para produzir produtos de valor agregado, como um combustível líquido para substituir a gasolina, ou usado para aplicações como recuperação de óleo ou mesmo em bebidas carbonatadas e gelo seco. O resultado é que nenhum dióxido de carbono é liberado para o meio ambiente a partir de todo o processo, Chiang diz. Por contraste, o dióxido de carbono emitido por fábricas de cimento convencionais é altamente contaminado com óxidos de nitrogênio, óxidos de enxofre, monóxido de carbono e outros materiais que tornam impraticável "esfregar" para tornar o dióxido de carbono utilizável.

Os cálculos mostram que o hidrogênio e o oxigênio também emitidos no processo podem ser recombinados, por exemplo, em uma célula de combustível, ou queimado para produzir energia suficiente para abastecer todo o resto do processo, Ellis diz, produzindo nada além de vapor de água.

Em sua demonstração de laboratório, a equipe realizou as principais etapas eletroquímicas necessárias, produzindo cal a partir do carbonato de cálcio, mas em pequena escala. O processo se parece um pouco com sacudir um globo de neve, uma vez que produz uma enxurrada de partículas brancas suspensas dentro do recipiente de vidro à medida que a cal precipita para fora da solução.

Embora a tecnologia seja simples e possa, em princípio, ser facilmente ampliado, uma fábrica de cimento típica hoje produz cerca de 700, 000 toneladas do material por ano. "Como você penetra em uma indústria como essa e põe o pé na porta?" pergunta Ellis, o autor principal do artigo. Uma abordagem, ela diz, é tentar substituir apenas uma parte do processo de cada vez, em vez de todo o sistema de uma vez, e "passo a passo" adicione gradualmente outras partes.

O sistema inicial proposto pela equipe é "não porque necessariamente pensemos que temos a estratégia exata" para a melhor abordagem possível, Chiang diz, "mas para fazer com que as pessoas do setor eletroquímico comecem a pensar mais sobre isso, "e ter novas ideias." É um primeiro passo importante, mas ainda não é uma solução totalmente desenvolvida. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.