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Pesquisadores do MIT encontram uma maneira de eliminar as emissões de carbono da produção de cimento – uma importante fonte global de gases de efeito estufa.
Artigo MIT de David L. Chandler: É sabido que a produção de cimento – o principal material de construção do mundo – é uma importante fonte de emissão de gases de efeito estufa, representando cerca de 8% 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 criou uma nova maneira de fabricar o material que poderia eliminar completamente essas emissões e até mesmo produzir outros produtos úteis no processo.
As descobertas estão sendo relatadas hoje na revista PNAS em um artigo de Yet-Ming Chiang, professor de Ciência e Engenharia de Materiais da Kyocera no MIT, com Leah Ellis, pós-doutorado, estudante de graduação Andres Badel e outros.
“Cerca de 1 kg de dióxido de carbono é liberado para cada kg de cimento fabricado hoje”, diz Chiang. Isso adiciona de 3 a 4 gigatoneladas (bilhões de toneladas) de cimento e de emissões de dióxido de carbono, produzidas anualmente hoje, e esse montante está projetado para crescer. O número de edifícios no mundo deve dobrar até 2060, o que equivale a “construir uma nova cidade de Nova York a cada 30 dias”, diz ele. E a mercadoria agora é muito barata de produzir: custa apenas cerca de 13 centavos de dólar por quilograma, o que ele diz que a torna mais barata 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 último ano procurando abordagens alternativas e tiveram a idéia de usar um processo eletroquímico para substituir o atual sistema dependente de combustível fóssil.
O cimento Portland comum, a variedade padrão mais usada, é produzido moendo calcário e depois cozinhando-o com areia e argila em alta temperatura, produzido pela queima de carvão. O processo produz dióxido de carbono de duas maneiras diferentes: da queima do carvão e dos gases liberados pelo calcário durante o aquecimento.
Cada uma delas produz contribuições aproximadamente iguais para o total de emissões. O novo processo eliminaria ou reduziria drasticamente as duas fontes, diz Chiang. Embora eles tenham demonstrado o processo eletroquímico básico no laboratório, o processo exigirá mais trabalho para aumentar a escala industrial.
Antes de tudo, a nova abordagem poderia eliminar o uso de combustíveis fósseis no processo de aquecimento, substituindo a eletricidade gerada por fontes limpas e renováveis. “Em muitas geografias, a eletricidade renovável é a eletricidade de menor custo que temos hoje e seu custo ainda está caindo”, diz Chiang. 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 relutantes podem tentar materiais novos e relativamente não testados.
O novo processo se concentra no uso de um eletrolisador, algo que muitas pessoas encontraram como parte das aulas de química do ensino médio, onde uma bateria é conectada a dois eletrodos em um copo de água, produzindo bolhas de oxigênio a partir de um eletrodo e bolhas de hidrogênio do outro, à medida que a eletricidade divide as moléculas de água em seus átomos constituintes. 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 o dióxido de carbono de alta pureza é liberado, enquanto o hidróxido de cálcio, geralmente conhecido como cal, precipita como sólido no outro. O hidróxido de cálcio pode ser processado em outra etapa para produzir o cimento, que é principalmente silicato de cálcio.
O dióxido de carbono, na forma de uma corrente pura e concentrada, pode 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 durante todo o processo, diz Chiang. Por outro lado, o dióxido de carbono emitido pelas fábricas de cimento convencionais está altamente contaminado com óxidos de nitrogênio, óxidos de enxofre, monóxido de carbono e outros materiais que o tornam impraticável “lavar” 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 queimados para produzir energia suficiente para alimentar todo o resto do processo, diz Ellis, produzindo nada além de vapor de água.
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