Durante anos, o concreto foi mais do que apenas um recurso onipresente na construção, sem o qual dificilmente teríamos alcançado o desenvolvimento urbano das últimas décadas. O concreto também representa, e cada vez mais, um desafio gigantesco para os cientistas que se dedicam ao estudo dos materiais.
Afinal, estima-se que a indústria cimenteira seja responsável por 8% das emissões globais de CO2 e todos os anos dedicamos milhares de milhões de toneladas de areia à produção de betão armado, um volume enorme que contribui para que algumas organizações – incluindo a ONU – já a classifica como uma “crise de areia”. Para evitar isso, a Rice University desenvolveu um substituto que também permite a criação de concreto mais leve.
Qual? Um velho conhecido: o grafeno.
Um voraz consumidor de areia. Sempre que analisamos o impacto ambiental do betão, normalmente focamo-nos nas emissões de dióxido de carbono. E é lógico que assim seja. De acordo com o Fórum Económico Mundial, o cimento, uma parte crucial do betão, é responsável por 8% das emissões globais de CO2. A indústria e os investigadores estão conscientes do desafio que esta percentagem representa e passaram anos à procura de formas de a reduzir, o que os levou a optar por betão feito com café, resíduos, cânhamo ou misturas que dispensam cimento e são até capazes de ” sequestrando” CO2, entre um longo, muito longo etc.
A indústria do concreto, porém, enfrenta outro desafio ambiental, e não menos importante: aquele conhecido como “crise da areia”. Todos os anos consumimos cerca de 50 bilhões de toneladas de areia e cascalho e boa parte, cerca de 30 bilhões, é utilizada na fabricação de concreto armado. Em 2022, a ONU já alertou que é o segundo recurso mais explorado do planeta, só superado pela água, e que devemos geri-lo “com prudência”, pelo que apelou a mudanças a nível jurídico e na própria indústria , apostando na reciclagem de materiais, brita e areia de minas. “A sua utilização deve ser regulamentada para proteger a biodiversidade”, sublinha as Nações Unidas.
Pegando o desafio. Foi isso que fez um grupo de cientistas da Universidade Rice, nos Estados Unidos. Dada a elevada procura global de betão e a exploração massiva de areia que isso implica, os seus especialistas levantaram várias questões: Existem componentes alternativos para a sua produção? E se sim, permitiriam melhorar as propriedades do material?
O resultado do seu trabalho acaba de ser publicado em Publicações ACS e surge uma possibilidade interessante: a chave para melhorar o concreto e aliviar a “crise da areia” que a ONU alerta pode estar no grafeno derivado do coque metalúrgico, um produto à base de carbono. A equipe de Rice está convencida de que poderia servir não apenas como aditivo ao cimento, mas também como substituto da areia na mistura. Seu trabalho segue assim o caminho de outras pesquisas anteriores que já propuseram a aplicação do grafeno ao concreto.
Igualmente resistente, mais leve. Sua proposta é interessante por vários motivos. Primeiro, porque oferece uma forma de enfrentar a “crise da areia” sobre a qual a ONU já alerta. Em segundo lugar, e não menos importante, porque os testes realizados pelo professor James Tour e sua equipe mostram que o material preparado com seu método possui propriedades atrativas para a indústria. “Comparamos o concreto feito com substituto do grafeno com aquele feito com agregados de areia e descobrimos que nosso concreto é 25% mais leve, mas igualmente resistente”, dizem da Rice.
“Os experimentos iniciais em que o coque metalúrgico foi convertido em grafeno resultaram em um material com tamanho semelhante ao da areia”, acrescenta Paul Advincula, autor do estudo: “Decidimos explorar o uso do grafeno derivado do coque metalúrgico como substituto de areia em concreto e nossas descobertas mostram que funcionaria muito bem. As suas propriedades mecânicas coincidem efectivamente com as da mistura padrão, com areia, embora com uma relação resistência-peso superior.
De olho no futuro. Rice insiste no potencial da sua proposta para reduzir a dependência da areia natural e até mesmo das emissões de CO2 da indústria do betão. E esse não é um objetivo menor. Como recorda a própria universidade, prevê-se que até meados deste século 68% da população mundial resida em zonas urbanas, o que implicaria um aumento considerável da procura de betão… e areia, com o custo ambiental que isso implica.
Porém, ainda há um caminho a percorrer para que seu método possa se expandir. “Levará algum tempo até que o preço do grafeno baixe o suficiente para que isto seja viável”, admite James Tour, que afirma que o seu trabalho “demonstra que existem alternativas que podemos procurar”.
No caminho. “O facto de estarmos à beira de uma 'crise da areia' motiva-nos a procurar alternativas, e o coque metalúrgico, que custa quase o mesmo que a areia, a 10% do custo do betão, poderia ajudar não só a produzir melhores betão de qualidade, mas também para se traduzir em poupanças significativas a longo prazo”, salienta o professor Satish Nagarajaiah.
Por enquanto, Rice já deu alguns passos interessantes. Durante a pesquisa, no laboratório do professor Tour utilizaram a técnica de aquecimento Joule Flash, a mesma utilizada para a síntese de nanomateriais de carbono híbridos ou para a reciclagem de peças de baterias. “Ele produz grafeno mais rápido e em maior escala do que os métodos anteriores”, diz Avdincula.
Imagem da capa: Claus Grünstäudl (Unsplash)
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