Água do mar e dióxido de carbono viram material de construção que armazena carbono

Pesquisadores descobriram que é possível transformar água do mar e dióxido de carbono em um material de construção sólido que guarda mais carbono do que o necessário para produzi-lo.

Com isso, um insumo básico da construção civil passa a ser visto como um possível aliado do clima, sobretudo em lugares onde a indústria pesada já está instalada perto do litoral.

Água do mar e dióxido de carbono viram pedra

Em um reator de bancada, a água do mar gerou grãos claros, parecidos com areia, capazes de substituir o agregado extraído de jazidas e usado no concreto.

Em colaboração com pesquisadores da Universidade Northwestern, Alessandro Rotta Loria mostrou que esse material pode ser “cultivado” diretamente dentro desse ambiente químico controlado.

Os sólidos não surgiram em um único formato: eles apareceram tanto como pós soltos na solução quanto como grãos formados sobre um eletrodo.

Essa versatilidade depende de um equilíbrio químico bastante específico - o que leva à questão central de como o material se comporta quando as condições mudam.

Como a reação funciona

Quando a eletricidade começa a atravessar a água do mar, a água se dissocia e forma íons hidróxido, partículas carregadas que tornam a água ao redor menos ácida.

Em paralelo, a injeção de dióxido de carbono na água do mar produz íons bicarbonato, compostos de carbono dissolvidos que já ficam prontos para virar minerais.

Esses componentes reagem com o cálcio e o magnésio presentes na água do mar e se solidificam em carbonato de cálcio (o mesmo mineral do calcário e de conchas), além de um sólido rico em magnésio.

Da mesma reação também sai gás hidrogênio, criando um segundo produto que pode ajudar a viabilizar economicamente o processo.

Moldando a mistura de minerais

Ajustes pequenos em tensão e corrente, na vazão de dióxido de carbono e na circulação da água geraram partículas que variaram de flocos leves e “aéreos” a grãos compactos e densos.

Em certas configurações, os sólidos aderiram ao eletrodo; em outras, bolhas de hidrogênio os desprenderam e os lançaram para dentro da solução.

“Nós mostramos que, quando geramos esses materiais, conseguimos controlar totalmente as suas propriedades, como a composição química, o tamanho, a forma e a porosidade”, disse Rotta Loria.

Esse nível de controle é importante porque concreto, gesso e cargas minerais exigem granulometrias, densidades e volumes de vazios diferentes.

Por que a areia é importante

Uma dosagem típica de concreto depende de agregados - areia e brita que dão volume - para algo em torno de 60 a 75% do seu volume total.

Substituir parte dessa fração por um material produzido em reator pode reduzir a pressão por extração de areia de rios, áreas costeiras e fundos marinhos.

Como as partículas produzidas no reator podem se formar tanto como pó quanto como grãos maiores, a mesma química pode abastecer mais de um tipo de produto para construção.

Assim, o carbono capturado passa a virar algo que os fabricantes já consomem em quantidades gigantescas, o que é bem mais útil do que apenas enterrar esse carbono.

Algumas misturas ficam carbono-negativas

Nas melhores formulações, o produto final se torna carbono-negativo, armazenando mais dióxido de carbono do que o processo emite.

Uma mistura com divisão meio a meio entre carbonato de cálcio e um sólido rico em magnésio consegue reter mais de metade do próprio peso em dióxido de carbono.

Um tratamento posterior por carbonatação - reação que incorpora dióxido de carbono aos sólidos - permite que a fração rica em magnésio aprisione ainda mais.

Essa etapa adicional também altera o próprio material, deslocando a discussão de simples armazenamento de carbono para o desempenho dentro de uma estrutura.

Resistência após a cura

Em testes ao longo de 30 dias, os depósitos continuaram se acumulando ao redor do eletrodo até virarem pedaços do tamanho de polegadas (alguns centímetros), em vez de permanecerem como pó solto.

Dentro desses pedaços, a porosidade - a quantidade de espaços vazios em um sólido - permitiu que os íons continuassem circulando e que o crescimento prosseguisse.

Depois de mais carbonatação, a resistência à compressão aumentou de cerca de 14 quilogramas por centímetro quadrado (200 libras por polegada quadrada) para mais de 61 (870).

Em condições ainda muito alcalinas, alguns agregados se desintegraram, indicando que a durabilidade vai depender do tipo de aplicação que os construtores escolherem.

Mantendo os oceanos separados

Em vez de liberar dióxido de carbono diretamente no mar aberto, o grupo prevê que essa química aconteça dentro de reatores modulares instalados perto da costa.

Nessas unidades costeiras, seria possível controlar a água de entrada, capturar subprodutos e tratar o líquido remanescente antes de devolvê-lo.

“Nós poderíamos criar uma circularidade em que sequestramos CO₂ bem na fonte”, afirmou Rotta Loria.

Isso é relevante porque uma ferramenta climática promissora fica muito mais difícil de justificar se, ao mesmo tempo, ela comprometer os ecossistemas ao lado.

Direções para pesquisas futuras

Uma análise de 2018 da Chatham House estimou que a produção de cimento responde por cerca de 8% das emissões globais de dióxido de carbono.

Para que esse novo material reduza o peso climático do cimento, a eletricidade que o alimenta precisará ser limpa e ter custo razoável.

Tensões mais altas também acionaram química ligada ao cloro no eletrodo positivo, lembrando que projetos industriais terão de administrar reações paralelas com cuidado.

Ainda são necessários testes de desgaste mais severos, já que materiais de construção falham por atrito e impacto com a mesma frequência com que falham por compressão.

Ingredientes de construção que armazenam emissões

Além do concreto, o mesmo conjunto de minerais pode servir como insumo para cimento, gesso, tinta ou projetos de restauração que precisem de sólidos ricos em cálcio e magnésio.

Como as partículas podem crescer sobre um eletrodo ou se desprender na solução, fábricas podem direcionar a produção para cadeias de suprimento diferentes.

Essa flexibilidade de fabricação ajuda a explicar o interesse da indústria, porque a captura de carbono tende a se sustentar por mais tempo quando termina como um ingrediente vendável.

O que parece ser gás residual em um processo passa a ser visto como matéria-prima em outro.

Agora, água do mar, eletricidade e carbono capturado conseguem gerar ingredientes para construção que armazenam emissões, substituem material extraído e ainda produzem hidrogênio útil.

Se a ideia vai virar prática comum na construção dependerá do desenho dos reatores, de energia limpa, de custo e de evidências robustas em testes maiores.