Tecnologia revoluciona a produção de cimento, com redução de quase 100% das emissões de CO2

Uma equipa de engenheiros da UCLA desenvolveu um processo inovador, denominado ZeroCAL, que pode transformar radicalmente a indústria do cimento ao reduzir as emissões de dióxido de carbono (CO₂). O cimento, um dos materiais mais usados no mundo, é também um dos maiores contribuintes para as emissões globais de Gases com Efeito de Estufa (GEE).

Este método apresenta-se como uma solução acessível e escalável para descarbonizar a produção de cimento, utilizando infraestruturas já existentes.

O impacte ambiental do cimento

O cimento Portland, utilizado na produção de betão, é o tipo de cimento mais comum no mundo. Contudo, a sua produção tem um impacte ambiental significativo. Para cada quilograma de cimento produzido, é emitido aproximadamente um quilograma de CO₂. Este processo é responsável por cerca de 8% das emissões globais de CO₂, um valor alarmante que posiciona a produção de cimento como um dos grandes responsáveis pela crise climática.

Grande parte destas emissões deve-se à decomposição termomecânica do calcário, que é o principal precursor da produção de cal, um componente essencial do cimento. 60% das emissões de CO₂ provêm desta reação química, e os restantes 40% resultam do uso de combustíveis fósseis para aquecer os fornos industriais onde ocorre o processo de produção de cimento.

Além das emissões, o processo também consome grandes quantidades de energia. Para produzir uma tonelada métrica de cal, são necessárias cerca de 1,4 megawatts-hora de energia, o equivalente ao consumo energético de uma casa norte-americana durante um mês e meio.

ZeroCAL: Uma solução inovadora

A equipa da UCLA, liderada por Gaurav Sant, diretor do Instituto de Gestão de Carbono (ICM) da UCLA,criou o processo ZeroCAL, que significa "zero carbon lime" (cal zero carbono), com o objetivo de eliminar até 98% das emissões de CO₂ associadas à produção de cal e cimento. Em vez de utilizar o tradicional calcário, o novo método usa hidróxido de cálcio como precursor da cal. Quando aquecido, este composto emite apenas vapor de água, eliminando assim a produção de CO₂ durante o processo de aquecimento nos fornos.

A tecnologia ZeroCAL começa com a dissolução de calcário numa solução aquosa contendo ácido etilenodiamino tetra-acético, um ácido industrial comum. Através de nano-filtração de membrana, o cálcio é separado do calcário, sendo depois utilizado num processo eletroquímico para produzir hidróxido de cálcio.

Este processo, não só elimina a emissão de CO₂, como também gera subprodutos úteis, incluindo ácido clorídrico, bicarbonato de sódio, oxigénio e hidrogénio. O hidrogénio, por sua vez, pode ser usado como combustível limpo para aquecer os fornos de cimento, criando um ciclo fechado de emissões zero.

Além disso, esta tecnologia pode ser implementada em fábricas de cimento já existentes, sem a necessidade de construção de novas infraestruturas para captura e armazenamento de carbono.

Colaboração global e o potencial de escalabilidade

Embora o método ZeroCAL ainda exija mais energia do que os processos tradicionais, a equipa de investigadores está a explorar formas de otimizar o uso de energia, simplificando as operações e reutilizando os co-produtos ácidos e básicos resultantes do processo eletroquímico. Para reduzir o consumo de água, os investigadores sugerem a implementação do ZeroCAL em fábricas localizadas perto de fontes hídricas, como rios ou zonas costeiras.

Atualmente, a equipa da UCLA está a trabalhar com a Ultratech Cement Limited, a maior fabricante de cimento na Índia, para construir uma planta de demonstração que poderá produzir várias toneladas de cal por dia com o uso do processo ZeroCAL. A Índia é o segundo maior mercado de cimento do mundo, e o sucesso desta planta poderia representar um grande avanço para a descarbonização da indústria global de cimento.

O futuro da descarbonização industrial

A inovação da equipa da UCLA pode ter impactes para além da indústria do cimento. Os investigadores acreditam que o método ZeroCAL também pode ser aplicado na produção de aço, outra indústria com elevadas emissões de carbono. Neste caso, a cal de baixo carbono poderia ser usada como fonte de cálcio no processo de fabrico de aço.

Este projeto foi financiado por várias entidades, incluindo a Chan-Zuckerberg Initiative, a Grantham Foundation for the Protection of the Environment, e o U.S. Department of Energy’s Advanced Research Projects Agency–Energy.

Com esta nova tecnologia, a equipa da UCLA deu um passo significativo para um futuro industrial mais sustentável, pavimentando o caminho para uma produção de cimento sem emissões e para um impacto ambiental drasticamente reduzido.

Referência da notícia:

Leão, A., Collin, M., Ghodkhande, S., Bouissonnié, A., Chen, X., Malin, B., ... & Sant, G. (2024). ZeroCAL: Eliminating Carbon Dioxide Emissions from Limestone’s Decomposition to Decarbonize Cement Production. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 10.1021/acssuschemeng.4c03193