Como as fábricas de cimento podem remover o CO₂ da atmosfera
Uma nova análise do ciclo de vida demonstra como a tecnologia DAC com reciclagem de cálcio pode reduzir o impacto climático da produção de cimento em 78 por cento
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A produção de cimento é considerada uma das maiores fontes industriais de CO₂ a nível mundial. Um novo estudo revela agora como a produção de cimento poderá, no futuro, ser utilizada para remover CO₂ da atmosfera – com base numa tecnologia que recorre à cal.
O cimento é um dos materiais de construção mais procurados da atualidade. Todos os anos, são produzidas cerca de quatro mil milhões de toneladas. A produção de cimento consome muita energia e, durante o processo, são emitidos gases com efeito de estufa – especialmente durante a decomposição térmica do calcário, a matéria-prima natural mais importante para o cimento.
Num novo estudo, investigadores da ETH demonstram que estas emissões poderiam ser significativamente reduzidas se a produção de cimento fosse combinada com uma tecnologia de remoção direta de CO₂ da atmosfera, conhecida como Captura Direta do Ar (DAC).
De acordo com os cálculos dos investigadores do grupo liderado por André Bardow, professor de Engenharia de Energia e Sistemas de Processos, o impacto climático da produção de cimento poderia ser significativamente reduzido até ao ano de 2050. Atualmente, esta é responsável por cinco a oito por cento das emissões globais de CO₂. «Do ponto de vista climático, a combinação da DAC com a produção de cimento é muito promissora», afirmou Vittoria Bolongaro, doutoranda que trabalha com Bardow e autora principal da publicação.
Aproveitar as sinergias
Para o estudo, os investigadores colaboraram com a empresa norte-americana Heirloom Carbon Technologies. A empresa é uma das principais desenvolvedoras mundiais de DAC baseado no «calcium looping» — um processo que utiliza um ciclo químico envolvendo vários compostos de cálcio. O carbonato de cálcio é o ponto de partida, ou seja, o calcário, que é extraído em todo o mundo. As instalações de DAC que utilizam o «calcium looping» e as fábricas de cimento operam com os mesmos compostos de cálcio e empregam o mesmo processo: o calcário é aquecido até se decompor em cal viva e CO₂ — um processo conhecido como calcinação.
Na produção integrada de cimento que utiliza DAC com «calcium looping», recorre-se a um forno alimentado a eletricidade, em vez de combustíveis fósseis, como o carvão ou o gás, para a calcinação. Isto evita as emissões de gases com efeito de estufa provenientes do forno de combustão. Ao mesmo tempo, o CO₂ produzido durante o processo de calcinação pode ser capturado diretamente, uma vez que não está contaminado pelos gases de escape da combustão. De acordo com os cálculos do estudo, a eletrificação do forno e a utilização da captura direta de CO₂, por si só, poderiam reduzir o impacto climático da produção de cimento em 78 por cento até 2050.
Depois de adicionada água à cal viva, a cal apagada absorve mais CO₂ da atmosfera e é reconvertida em calcário, que pode então ser reutilizado como matéria-prima para a produção de cimento. Quanto mais vezes o cálcio passar por este ciclo de contacto com o ar antes de ser transformado em cimento, mais CO₂ a fábrica retira da atmosfera. O CO₂ capturado da atmosfera não fica retido no cimento. Em vez disso, é comprimido e transportado para locais de armazenamento subterrâneos.
Números reais
«A Heirloom foi um parceiro ideal para nós porque a empresa já opera os primeiros sistemas DAC de “calcium looping” à escala comercial», sublinhou Bolongaro. Na Califórnia, a empresa opera uma instalação desde 2023 com uma capacidade nominal anual de 1 000 toneladas de CO₂.
Está prevista a construção de outra unidade, significativamente maior, no Louisiana nos próximos anos. «A colaboração foi benéfica para ambas as partes: o nosso parceiro queria saber mais sobre a pegada ambiental da tecnologia – e nós pudemos basear os nossos cálculos e cenários em dados industriais primários provenientes de operações reais», explica Bolongaro.
O presente estudo constitui a primeira análise prospectiva do ciclo de vida da DAC utilizando o «calcium looping» à escala industrial. Ao realizar a análise, os investigadores não só tiveram em conta o funcionamento da instalação, como também todos os impactos ambientais ao longo da cadeia de processos; desde a extração de matérias-primas, passando pela construção e operação da instalação, até ao armazenamento do CO₂ capturado.
Inicialmente, Bolongaro e a sua equipa pretendiam determinar se as instalações comerciais de maior dimensão removem mais CO₂ ao longo de todo o seu ciclo de vida do que aquele que produzem. Numa segunda fase, os investigadores analisaram se a redução das emissões de CO₂ se faz à custa de outros fatores ambientais, tais como o uso da água ou do solo.
As suas conclusões revelaram que a maior parte, de longe, da pegada ambiental é atribuível à energia necessária para o processo, uma vez que a captura de CO₂ do ar é muito intensiva em energia. O mesmo se aplica a outros processos de DAC. No âmbito do estudo, foram, por isso, testados vários cenários energéticos: a operação da central utilizando o atual mix energético dos EUA, recorrendo a um mix energético fortemente descarbonizado composto por energia eólica e solar, e utilizando um sistema totalmente autónomo com energia fotovoltaica e armazenamento em baterias.
«Conseguimos demonstrar que a tecnologia tem uma pegada de carbono líquida negativa; por outras palavras, as instalações comerciais de DAC com ciclo de cálcio e armazenamento de CO₂ removem mais CO₂ do que aquele que geram ao longo de todo o seu ciclo de vida», afirma Bolongaro. «Dependendo do mix energético utilizado nas nossas projeções, a eficiência da remoção de CO₂ até 2050 varia entre 85 e 96 por cento.» Por outras palavras: por cada tonelada de CO₂ capturada e armazenada, são gerados 40 a 150 kg de CO₂ na cadeia de processo. Estes valores são comparáveis aos de outros sistemas DAC. O abastecimento da central com energia renovável permite atingir a maior eficiência.
O que o ensaio de campo ainda tem para revelar
«A principal vantagem das instalações de DAC que utilizam o ciclo do cálcio é que esta tecnologia pode ser integrada num processo de produção de cimento já bem estabelecido», explica Bolongaro. Os ajustes necessários para integrar o DAC na produção de cimento são relativamente simples.
Em primeiro lugar, são necessários contactores de ar adicionais para capturar o CO₂ da atmosfera. Além disso, o forno no qual o calcário é calcinado a altas temperaturas deve ser alimentado por energia de baixo carbono ou isenta de carbono, para garantir a maior remoção líquida possível.
«Do ponto de vista climático, esta abordagem é muito promissora como solução escalável que se integra nas cadeias de abastecimento industriais existentes, ao mesmo tempo que impulsiona a descarbonização do setor do cimento», sublinha Bolongaro. É agora necessária uma investigação mais detalhada dos limites físicos e económicos desta integração.
Os cálculos fundamentais do estudo baseiam-se em cenários futuros até ao ano de 2050 e pressupõem progressos significativos na descarbonização do abastecimento de eletricidade. Além disso, alguns dos componentes da instalação, em particular os fornos de calcinação elétricos de aquecimento indireto, ainda não se encontram em utilização industrial em grande escala. Resta, portanto, verificar se o sistema pode ser operado de forma económica; até à data, o estudo não incluiu uma análise detalhada dos custos.
Consequentemente, para Bolongaro, os resultados representam um importante ponto de partida que destaca o potencial climático desta abordagem.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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