Seu novo método ‘ZeroCAL’ foi projetado para compatibilidade com fábricas de cimento existentes
Principais conclusões
- O método atual de produção de cimento deixa uma grande pegada de carbono, com quase 1 quilograma de dióxido de carbono emitido por cada quilograma de cimento.
- Os engenheiros da UCLA desenvolveram um novo método chamado “ZeroCAL”, para cal com zero carbono, que utiliza hidróxido de cálcio em vez do calcário tradicional para produzir a cal usada no cimento.
- O novo processo poderá reduzir significativamente as emissões de gases com efeito de estufa na produção de cimento e, potencialmente, noutras indústrias.
Pesquisadores do Instituto de Gestão de Carbono da UCLA desenvolveram um método que poderia eliminar quase todo o dióxido de carbono emitido durante o processo de produção de cimento, que representa cerca de 8% das emissões globais de CO2 atmosférico.
Num novo estudo publicado na revista Sustainable Chemistry and Engineering da American Chemical Society, os investigadores descrevem como a nova abordagem poderia ser facilmente incorporada nos processos existentes de produção de cimento, fornecendo uma alternativa mais acessível às soluções existentes para descarbonizar a indústria.
Cimento e concreto: uma enorme pegada de carbono O cimento Portland comum, o tipo mais comum de cimento, é um material de base usado como agente de ligação para quase todo o concreto moderno – o material mais usado no mundo depois da água. Este cimento é feito com calcário, uma fonte natural de cal abundante e econômica.
No entanto, o método tradicional de produção de cimento, que envolve o aquecimento do calcário num forno movido a combustíveis fósseis para quebrar as suas ligações químicas, deixa uma enorme pegada de carbono, resultando na emissão de quase 1 quilograma de dióxido de carbono por quilograma de cimento produzido.
A decomposição termoquímica do calcário para produzir cal, ou óxido de cálcio – o principal precursor da produção de cimento – é responsável por cerca de 60% do CO2 libertado, enquanto a combustão de combustíveis fósseis para aquecer o forno onde ocorre a reacção química é responsável pela outros 40%.
Este processo também utiliza uma enorme quantidade de energia. A produção de uma tonelada métrica de cal (aproximadamente 2.200 libras) requer cerca de 1,4 megawatts-hora – o suficiente para abastecer uma casa e meia americana durante um mês inteiro.
A solução ‘ZeroCAL’: Eliminação das emissões de CO2 Ao contrário do calcário, o hidróxido de cálcio – um precursor de zero carbono para a produção de cal e cimento – emite apenas água quando aquecido num forno para produzir cal. Inspirada por isso, uma equipe da Escola de Engenharia Samueli da UCLA liderada por Gaurav Sant, diretor do Instituto de Gestão de Carbono, ou ICM, e professor de engenharia civil e ambiental, desenvolveu uma nova abordagem para a produção de hidróxido de cálcio.
Usando calcário como matéria-prima, os pesquisadores primeiro dissolveram o calcário em uma solução à base de água contendo um ácido industrial comum chamado ácido etilenodiaminotetracético. Através da nanofiltração por membrana, eles separaram o cálcio derivado do calcário antes de usar um processo eletroquímico para produzir hidróxido de cálcio.
Os pesquisadores chamaram seu método de “ZeroCAL”, que significa cal com zero carbono, e a abordagem, disseram, poderia remover 98% das emissões de CO2 associadas ao processo termoquímico de criação de cal. Os subprodutos da ZeroCAL incluem ácido clorídrico e bicarbonato de sódio comumente usados - bem como oxigênio e gás hidrogênio, o último dos quais poderia ser usado como combustível de queima limpa para aquecer os fornos de cimento.
“A abordagem ZeroCAL oferece uma solução elegante para eliminar as emissões de dióxido de carbono associadas ao processo de produção de cimento”, disse Sant, autor correspondente do estudo e Professor Pritzker de Sustentabilidade na UCLA Samueli. “Em primeiro lugar, aborda as emissões de carbono resultantes da decomposição do calcário, ao mesmo tempo que fornece hidrogénio e oxigénio limpos para aquecer o forno de cimento. Em segundo lugar, permite a descarbonização no local, ao mesmo tempo que utiliza fornos e matérias-primas de calcário existentes, sem ter de construir instalações separadas de captura e armazenamento de carbono. .”
Embora o processo atualmente exija mais energia do que os métodos existentes de produção de cal, pesquisas em andamento sugerem caminhos pelos quais o ZeroCAL pode alcançar a paridade no uso de energia, simplificando e eliminando operações unitárias e fazendo melhor uso dos coprodutos ácidos e básicos produzidos eletroliticamente.
Para atender à demanda de água da ZeroCAL, a equipe sugere focar em fábricas de cimento perto de costas ou rios, ou em instalações que tenham acesso imediato ao abastecimento de água. Os pesquisadores disseram que estão trabalhando com a Ultratech Cement Limited, o maior fabricante de cimento da Índia – o segundo maior mercado de cimento do mundo – para construir uma planta de demonstração inédita que produzirá várias toneladas métricas de cal por dia usando o Processo ZeroCAL.
“Tornou-se claro que a mitigação das alterações climáticas exige ações urgentes e de mudança de paradigma em muitas áreas para descarbonizar a nossa sociedade”, disse o coautor do estudo Fabian Rosner, professor assistente de engenharia civil e ambiental na UCLA Samueli. “Acreditamos que o processo ZeroCAL oferece um caminho único para permitir a descarbonização acessível e rapidamente escalonável da produção de cimento de uma forma que não consideramos anteriormente”.
A solução ZeroCAL também poderia abrir um novo caminho para a descarbonização da produção de aço, aproveitando a cal com baixo teor de carbono como fonte de cálcio no processo de fabricação, disseram os pesquisadores.
Além de Sant, os autores do estudo do ICM incluem o primeiro autor Adriano Leão e os diretores associados do ICM David Jassby, professor de engenharia civil e ambiental na UCLA Samueli, e Dante Simonetti, professor associado de engenharia química e biomolecular na UCLA Samueli.
Os outros autores são da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha, UC Davis e da startup Equatic Inc. da UCLA. Sant e Jassby são ambos membros do California NanoSystems Institute na UCLA, e Sant possui um cargo adicional no corpo docente em ciência e engenharia de materiais.