O impacto ambiental do concreto, sua fabricação e aplicações são complexos, impulsionados em parte pelos impactos diretos da construção e infraestrutura, bem como pelas emissões de CO 2 ; entre 4-8% do total das emissões globais de CO 2 vêm do concreto. Muitos dependem das circunstâncias. Um componente importante é o cimento, que tem seus próprios impactos ambientais e sociais e contribui amplamente para os do concreto.
A indústria cimenteira é uma das principais produtoras de dióxido de carbono, um potente gás de efeito estufa .The Cement Sustainability Initiative: Our agenda for action, World Business Council for Sustainable Development, page 20, published 1 June 2002 Considerada uma atividade intensiva na emissão de gases de efeito estufa, a indústria cimenteira responde, globalmente, por cerca de 7% de todo o gás carbônico emitido pelo homem. O concreto causa danos à camada mais fértil da terra, o solo superficial . Na construção, o concreto é usado para criar superfícies duras que contribuem para o escoamento superficial que pode causar erosão do solo, poluição da água e inundações . Por outro lado, o concreto é uma das ferramentas mais poderosas para o controle adequado de inundações, por meio de represamento, desvio e desvio de águas de inundação, fluxos de lama e similares. O concreto de cor clara pode reduzir o efeito de ilha de calor urbana, devido ao seu albedo mais elevado. No entanto, é comprovado que o uso de vegetação original nas áreas resulta em um benefício ainda maior que a solução do concreto. A poeira de concreto liberada pela demolição de edifícios e desastres naturais pode ser uma fonte importante de poluição do ar perigosa. A presença de algumas substâncias no concreto, incluindo aditivos úteis e indesejados, pode causar problemas de saúde devido à toxicidade e radioatividade (geralmente de ocorrência natural). O concreto úmido é altamente alcalino e sempre deve ser manuseado com equipamento de proteção adequado. A reciclagem de concreto está aumentando em resposta à melhoria da consciência ambiental, legislação e considerações econômicas. Por outro lado, o uso de concreto pode mitigar o uso de materiais de construção alternativos, como a madeira, que é uma forma natural de sequestro de carbono e ameaça a florestas naturais. Essa informação é de alto impacto ambiental globalmente, pois o concreto usado na construção de casas, pontes, avenidas e obras em geral é o segundo produto mais consumido no mundo, atrás apenas da água.
Emissões de dióxido de carbono e mudanças climáticas A indústria cimenteira é uma das duas maiores produtoras de dióxido de carbono (CO 2 ), gerando até 5% das emissões antrópicas mundiais desse gás, sendo 50% provenientes do processo químico e 40% da queima de combustível.The Cement Sustainability Initiative: Our agenda for action, World Business Council for Sustainable Development, page 20, published 1 June 2002 O CO produzido para a fabricação de concreto estrutural (usando ~ 14% de cimento) é estimado em 410 kg/ m3 (~180 kg/tonelada @ densidade de 2,3 g/cm 3 ) (reduzido para 290 kg/m 3 com 30% de cinzas volantes em substituição ao cimento). A emissão de CO 2 na produção do concreto é diretamente proporcional ao teor de cimento utilizado na mistura do concreto; 900 kg de CO 2 são emitidos para a fabricação de cada tonelada de cimento, respondendo por 88% das emissões associadas à mistura média de concreto. A fabricação de cimento contribui com gases de efeito estufa diretamente através da produção de dióxido de carbono quando o carbonato de cálcio é decomposto termicamente, produzindo cal e dióxido de carbono,EIA – Emissions of Greenhouse Gases in the U.S. 2006-Carbon Dioxide Emissions e também através do uso de energia, particularmente da combustão de combustíveis fósseis .
Uma área do ciclo de vida do concreto digna de nota é o fato de que o concreto tem uma energia incorporada muito baixa por unidade de massa. Isso se deve principalmente ao fato de que os materiais usados na construção de concreto, como agregados, pozolanas e água, são relativamente abundantes e muitas vezes podem ser extraídos de fontes locais.Building Green. (1993). Cement and Concrete: Environmental Considerations. Retrieved 2 November 2015.http://www.wbcsdcement.org/pdf/tf2/cementconc.pdf Isso significa que o transporte responde por apenas 7% da energia incorporada do concreto, enquanto a produção de cimento responde por 70%. Com uma energia incorporada total de 1,69 GJ/tonelada, o concreto tem uma energia incorporada mais baixa por unidade de massa do que a maioria dos materiais de construção comuns além da madeira. No entanto, as estruturas de concreto possuem massa elevada, portanto essa comparação nem sempre é diretamente relevante para a tomada de decisão. Vale a pena notar que este valor é baseado em proporções de mistura para concreto de não mais que 20% de cinzas volantes. Estima-se que a substituição de um por cento do cimento por cinza volante represente uma redução de 0,7% no consumo de energia . Com algumas misturas propostas contendo até 80% de cinzas volantes, isso representaria uma economia considerável de energia.
Um relatório de 2022 do Boston Consulting Group descobriu que os investimentos no desenvolvimento de formas mais ecológicas de cimento levam a maiores reduções de gases de efeito estufa em comparação com os investimentos em eletricidade e aviação.
Mitigação
Produção e uso de cimento Uma das razões pelas quais as emissões de carbono são tão altas é porque o cimento precisa ser aquecido a temperaturas muito altas para que o clínquer se forme. Um dos principais culpados disso é alita (Ca 3 SiO 5 ), um mineral no concreto que cura horas após o vazamento e, portanto, é responsável por grande parte de sua resistência inicial. No entanto, alite também deve ser aquecida a 1.500 °C no processo de formação do clínquer. Algumas pesquisas sugerem que a alita pode ser substituída por um mineral diferente, como a belita (Ca 2 SiO 4 ). Belite também é um mineral já utilizado em concreto. Tem uma temperatura de torrefação de 1.200 °C, que é significativamente inferior ao da alita. Além disso, belite é realmente mais forte quando o concreto cura. Porém, a belite leva dias ou meses para endurecer completamente, o que deixa o concreto fraco por mais tempo. A pesquisa atual está focada em encontrar possíveis aditivos de impurezas, como o magnésio, que podem acelerar o processo de cura. Também vale a pena considerar que a belite gasta mais energia para moer, o que pode tornar sua vida útil de impacto semelhante ou até maior que a alite.
Outra abordagem tem sido a substituição parcial do clínquer convencional por alternativas como cinza volante, cinza residual e escória, todos subprodutos de outras indústrias que, de outra forma, acabariam em aterros sanitários . As cinzas volantes e as cinzas pesadas vêm de usinas termelétricas, enquanto a escória é um resíduo dos altos-fornos da indústria siderúrgica. Esses materiais estão lentamente ganhando popularidade como aditivos, especialmente porque podem potencialmente aumentar a resistência, diminuir a densidade e prolongar a durabilidade do concreto.
O principal obstáculo para uma implementação mais ampla de cinza volante e escória pode ser em grande parte devido ao risco de construção com novas tecnologias que não foram expostas a longos testes de campo. Até que um imposto sobre o carbono seja implementado, as empresas não estão dispostas a arriscar novas receitas de mistura de concreto, mesmo que isso reduza as emissões de carbono. No entanto, existem alguns exemplos de concreto "verde" e sua implementação. Um exemplo é uma empresa de concreto chamada Ceratech que começou a fabricar concreto com 95% de cinzas volantes e 5% de aditivos líquidos. Outra é a ponte I-35W Saint Anthony Falls, que foi construída com uma nova mistura de concreto que incluía diferentes composições de cimento Portland, cinzas volantes e escória, dependendo da parte da ponte e dos requisitos de propriedades do material.
Além disso, a produção de concreto requer grandes quantidades de água, e a produção global é responsável por quase um décimo do uso industrial mundial de água. Isso equivale a 1,7 por cento da retirada total de água global. Um estudo publicado na Nature Sustainability em 2018 prevê que a produção de concreto aumentará no futuro a pressão sobre os recursos hídricos em regiões suscetíveis a condições de seca: "Em 2050, 75% da demanda de água para produção de concreto provavelmente ocorrerá em regiões que são esperadas sofrer estresse hídrico."
Concreto de carbono A carbonatação no concreto é a formação de carbonato de cálcio (CaCO 3 ) por reação química. A velocidade da carbonatação depende principalmente da porosidade do concreto e do teor de umidade. A carbonatação nos poros do concreto ocorre apenas a uma umidade relativa (UR) de 40-90%, quando a UR é superior a 90%, o dióxido de carbono não pode entrar nos poros do concreto e também quando a UR é inferior a 40%, CO não pode ser dissolvido na água miniaturadaimagem| Estruturas de poros em concreto fresco e concreto com ar incorporado O concreto pode ser submetido em sua maior parte a dois tipos de carbonatação: carbonatação por intemperismo e carbonatação precoce.
A carbonatação por intemperismo ocorre no concreto quando os compostos de cálcio reagem com o dióxido de carbono CO da atmosfera e da água nos poros do concreto. Primeiro, através do intemperismo químico, CO reage com a água nos poros do concreto para formar ácido carbônico.
O ácido carbônico reage então com o carbonato de cálcio. Terceiro Uma vez que o hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2 ) tenha carbonatado, o principal componente do gel de hidrato de silicato de cálcio do cimento (também mostrado como CSH) pode ser descalcificado, permitindo que o CaO liberado carbonate.
A carbonatação de idade precoce é quando introduzimos CO nos estágios iniciais do concreto pré-misturado fresco ou na cura inicial, pode ser natural por meio da exposição ou acelerada pelo aumento da ingestão direta de CO . O dióxido de carbono gasoso é convertido em carbonatos sólidos e pode ser permanentemente armazenado em concreto para redução de emissões, a reação geral de CO 2 e hidrato de silicato de cálcio no cimento foi descrita em 1974.
Uma empresa canadense patenteou e comercializou uma nova tecnologia que usa o tipo de carbonatação precoce para sequestrar CO . Isso é obtido pela injeção direta de dióxido de carbono líquido reciclado de emissores industriais terceirizados no estágio de mistura úmida do concreto durante o processo de fabricação. Através de uma reação química CO transforma-se em mineral, sequestrando o poluente de gases com efeito de estufa em infraestruturas de betão, edifícios, estradas, etc. durante longos períodos de tempo. Além disso, em um estudo publicado na revista Cleaner Production, os autores realizaram um modelo onde provaram que CO melhorou a resistência à compressão do concreto e, como resultado, reduziu as emissões de CO , permitindo assim uma redução da carga de cimento e, ao mesmo tempo, tendo uma "redução de 4,6% na pegada de carbono"
Outro método proposto para capturar as emissões é absorver CO 2 no processo de cura, pelo uso de uma mistura (uma fase de silicato bicálcico) à medida que o concreto cura. A utilização de cinzas de carvão ou outro substituto adequado, poderia teoricamente ter emissões de CO 2 abaixo de 0 kg/m 3, comparado ao concreto de cimento portland a 400 kg/m 3 . O método mais eficaz de produção desse concreto seria usar o gás de exaustão de uma usina, onde uma câmara isolada poderia controlar a temperatura e a umidade.