Cimento: por que as emissões de carbono deste material são importantes para a mudança do clima?

Se a indústria do cimento fosse um país, seria o terceiro maior emissor de carbono do mundo: em 2015, esta indústria emitiu em todo o mundo aproximadamente 2,8 bilhões de toneladas de CO₂, o equivalente a 8% do total global de emissões antrópicas e mais que qualquer país à excessão da China e dos EUA.

O uso de cimento deve aumentar em sintonia com a urbanização e o desenvolvimento econômico e à demanda por novos edifícios e infraestrutura. Juntamente com outros setores da economia global, a indústria de cimento precisará reduzir drasticamente suas emissões para conseguirmos estabilizar o aquecimento global em 2^oC, tal como define a meta do Acordo de Paris. No entanto, os progressos feitos até agora são bastante limitados.

O que é cimento?

O cimento é usado na construção para unir outros materiais. É misturado com areia, cascalho e água para produzir o concreto, que é o material de construção mais utilizado no mundo. Mais de 10 bilhões de toneladas de concreto são usadas a cada ano.

O padrão da indústria é o cimento Portland. Ele foi inventado no início de 1800 e é o nome de uma pedra de construção amplamente utilizada na Inglaterra à época. O Portland é, hoje, usado em 98% do concreto aplicado no mundo e são produzidas 4 bilhões de toneladas por ano.

A produção de clínquer Portland, que tem o papel de aglutinante, é a etapa central da fabricação do cimento Portland. No processo, o calcário (CaCO₃) é “calcinado” em fornos de alta temperatura para produzir a cal (CaO), liberando CO₂. Em geral, ocorre a seguinte reação:

CaCO₃ + calor        =>       CaO + CO₂

Por que o cimento emite tanto CO₂?

Cerca de metade das emissões do cimento são decorrentes da reação química mostrada acima. Esse é o principal motivo pelo qual as emissões de fabricação do cimento serem consideradas de difícil redução: esse CO₂ é liberado por uma reação química que não pode ser eliminada pela troca de combustível ou pelo aumentando da eficiência do processo.

Outros 40% das emissões vêm da queima de combustíveis fósseis feita para esquentar os fornos até as altas temperaturas necessárias para o processo de calcinação. Os últimos 10% das emissões vêm dos combustíveis necessários para minerar e transportar as matérias-primas.

Portanto, as emissões de carbono da indústria do cimento dependem em grande parte da proporção de clínquer utilizada para a fabricação do cimento.

Projeções feitas para a o futuro da construção civil indicam que a área útil dos edifícios do mundo deve dobrar nos próximos 40 anos. O que deve elevar a produção de cimento para cerca de 5 bilhões de toneladas até 2030, um aumento de 25% em relação à situação atual, ou mais de quatro vezes a situação de 1990.

Portanto ganhos de eficiência por si só, não serão suficientes para reduzir significativamente as emissões do setor.

Quais países são responsáveis pelo grosso das emissões da produção de cimento?

A China é de longe o país maior produtor de cimento, seguida de longe pela Índia e pelos países da União Europeia, como mostra o gráfico abaixo, que veio de um relatório recente da Chatham House. A China responde por 75% da produção de cimento desde 1990. O país consumiu mais cimento entre 2011 e 2013 do que os EUA durante todo o século XX.

Emissões da produção de cimento de 2010 a 2015.

Fonte: Análise de Olivier et al. (2016); Chatham House.

A China também tem uma altra produção de cimento per capita, uma vez que passa por uma rápida urbanização, com muitas pessoas se mudando para edifícios que usam bastante cimento. No entanto, o consumo chinês pode estar próximo da estabilização.

Por outro lado, o consumo da Índia deve aumentar significativamente, uma vez que o país se urbaniza rapidamente e precisa aumentar sua infraestrutura. Espera-se que a maior parte do consumo futuro se dê na Índia e em outros mercados emergentes.

Na Europa, os fornos existentes são capazes de atender à demanda futura de cimento, segundo a Chatham House. Segundo a organização, os produtores europeus de cimento são dos mais avançados em termos de uso de combustíveis alternativos. No entanto, suas fábricas, com equipamentos mais antigos, os colocam atrás da Índia e da China em termos de eficiência energética.

Da mesma forma, os EUA, o quarto maior consumidor de cimento, ficam atrás de outros grandes produtores em termos de eficiência energética e da proporção de clínquer.

As emissões de cimento foram reduzidas?

A intensidade média de CO₂ da produção de cimento no mundo (emissões por tonelada de produto) caiu 18% nas últimas décadas, segundo Chatham House. No entanto, as emissões do setor como um todo aumentaram significativamente, já que a demanda triplicou de 1990 para cá.

Até agora, o progresso veio de três áreas principais. Primeiro, os fornos de cimento estão mais eficientes, o que tornou a produção menos intensiva em energia. Isso pode melhorar ainda mais, já que a diferença entre a média mundial do consumo de energia por tonelada de cimento e o que há de mais avançado no setor é ainda de aproximadamente 20%.

Em segundo lugar, o uso de combustíveis alternativos também reduz as emissões, por exemplo, por meio da queima de biomassa ou de seus resíduos ao invés do carvão. Este é o caso da Europa, onde cerca de 43% do consumo de combustível vem de fontes alternativas, ainda segundo a Chatham House.

Em terceiro lugar, reduzir a proporção de clínquer Portland no cimento também reduz as emissões. A produção dos cimentos chamados de “alto teor” podem reduzir as emissões por quilo em até quatro vezes, conforme com a Chatham House. O clínquer pode ser substituído por outros materiais semelhantes ao cimento, como as cinzas da queima de carvão e a escória de altos fornos da indústria siderúrgica. Isso altera as propriedades do cimento, mas ele continua sendo adequado à várias aplicações.

A proporção média de clínquer de cimento no mundo caiu para 0,65 em 2014, mas a variação é ainda grande: de 0,57 na China para 0,87 na Eurásia.

Após várias décadas de progresso, a intensidade de CO₂ do cimento mudou pouco entre 2014 e 2016, segundo a Agência Internacional de Energia (IEA). Isso ocorreu porque os aumentos de eficiência energética foram compensados por um ligeiro aumento na proporção utilizada de clínquer.

Apesar disso, a emissão total da produção de cimento ficou estável ou até diminuiu nos últimos anos, à medida que a demanda na China começou a se estabilizar.

Até onde as emissões na fabricação de cimento podem ser reduzidas?

A IEA e a Iniciativa Sustentabilidade do Cimento (liderada pelo setor, CSI), lançaram recentemente dois novos mapas do caminho para o baixo carbono, mostrando como consideram que as emissões podem ser reduzidas, um deles visando um cenário de 2^oC de aquecimento máximo e o outro um cenário bem abaixo de 2^oC. Esses mapas do caminho assumem que a demanda de cimento aumentará entre 12% e 23% até 2050.

Para o cenário de 2^oC, correspondente a 50% de chance de limitação do aquecimento global em 2^oC acima dos níveis pré-industriais até 2100, o mapa do caminho indica que seria preciso cortar 24% das emissões da produção de cimento (vale notar que isso não está alinhado com o Acordo de Paris, que exige que a elevação da temperatura permaneça bem abaixo de 2^oC).

O mapa do caminho contempla ações para a redução de emissões em quatro áreas. Três dessas são prolongamentos das estratégias usadas até agora pela indústria: mais eficiência energética, combustíveis com menor emissão e redução da proporção de clínquer.

Por exemplo, o mapa do caminho estabelece um índice global médio de clínquer de 0,60 em 2050, comparado com os 0,65 atuais. Este é um desafio importante: a Chatham House observa que seria necessário aumentar o volume de substitutos de clínquer em 40% até 2050 em relação ao usado hoje, em um momento em que a disponibilidade de substitutos tradicionais, como cinzas de carvão e escória de alto forno, provavelmente começará a cair.

A quarta área é a de “tecnologias inovadoras”, como a captura e armazenamento de carbono (CCS). Essa técnica ainda não foi utilizada na indústria do cimento, exceto em alguns poucos ensaios, mas o mapa do caminho assume que a integração da CCS ao setor do cimento atingirá escala comercial em 2030. As incertezas sobre o potencial de aumento rápido da escala de emprego da CCS e o seu custo bastante elevado são barreiras importantes à sua utilização para a redução das emissões do setor.

O gráfico abaixo mostra a análise da Chatham House dos mapas do caminho da IEA e da CSI. A linha pontilhada vermelha mostra o corte de 24% das emissões em consonância com o cenário 2^oC (2DS) até 2050.

Formas de redução das emissões de cimento compatíveis com o Acordo de Paris: o gráfico ilustra três cenários: ‘cenário de tecnologia de referência’ (RTS), ‘cenário 2^oC’ (2DS) e ‘cenário bem abaixo de 2^oC’ (B2DS).

Fonte: Chatham House Análise do Technology Roadmap do IEA e CSI (2018).

O outro mapa do caminho estabelece um cenário ‘bem abaixo de 2^oC’ (B2DS; linha pontilhada roxa acima), que exigiria uma redução de 60% nas emissões. Aqui, a proporção do total de emissões de CO₂ de cimento capturado pelo CCS precisaria mais que dobrar em comparação com o cenário 2^oC, e chegar a 63% das emissões em 2050. A Chatham diz que isso “será um desafio difícil”.

A Chatham House também observa que serão necessárias reduções mais acentuadas “se as suposições sobre a contribuição das tecnologias de CCS se mostrarem otimistas demais”: “Uma mudança para o cenário “bem abaixo de 2^oC exigirá ações transformadoras na substituição de clínquer, em novos cimentos e no CCS, bem como na implantação de uma série de abordagens pelo lado da demanda para a redução do consumo global. Tudo isso fica ainda mais crítico caso se mostre difícil demais atingir a escala necessária de CCS”.

Os “novos” cimentos podem reduzir as emissões?

Algumas empresas têm pesquisado cimentos “novos”, que dispensam completamente a necessidade do clínquer. Se estes puderem competir em custo e desempenho com o cimento Portland, seriam uma maneira de reduzir significativamente as emissões.

No entanto, nenhum destes “novos cimentos” conseguiu se mostrar viável economicamente em grande escala e são atualmente encontrados apenas em nichos especiais. Além disso, uma pesquisa de patentes feita pela Chatham House a nível global mostrou que a inovação no setor tende a se concentrar em mudanças incrementais com um foco muito limitado em novos cimentos.

Os cimentos baseados em geopolímeros, por exemplo, têm sido objeto de pesquisa desde a década de 1970. Estes não usam carbonato de cálcio como ingrediente chave, endurecem à temperatura ambiente e liberam apenas água. A Zeobond e a banahUK estão entre as empresas que produzem esses produtos, com ambas dizendo que conseguem reduzir entre 80 a 90% as emissões de carbono em comparação com as do cimento Portland.

Existem também várias empresas que desenvolvem cimentos para uma “cura de carbono”, que absorvem CO₂ no lugar de água, à medida que endurecem. Se conseguirem fazer com que esta absorção de CO₂ seja maior que o CO₂ liberado durante a produção, estes cimentos poderiam potencialmente ser usados como sumidouros de carbono.

A empresa norte-americana Solidia, por exemplo, afirma que seu concreto emite até 70% menos CO₂ do que o feito com cimento Portland, ao incluir a remoção de CO₂ da atmosfera. A empresa agora está trabalhando em parceria com a maior fabricante de cimento do mudo, a LafargeHolcim.

Da mesma forma, a start-up britânica Novacem, associada ao Imperial College de Londres, afirmou, em 2008, que a substituição do cimento Portland pelo seu produto “carbono-negativo” permitiria que a indústria passasse a apresentar uma remoção líquida de emissões de CO₂. No entanto, a empresa não conseguiu levantar fundos suficientes para continuar a pesquisa e a produção.

Outras empresas estão usando materiais completamente diferentes para fazer cimento. A startup com sede na Carolina do Norte, Biomason, por exemplo, usa bactérias para cultivar tijolos de cimento que, segundo eles, são igualmente fortes tanto em relação à alvenaria tradicional, quanto à remoção de carbono.

A tabela abaixo, da Chatham House, resume os estágios de desenvolvimento de várias tecnologias de cimento alternativo.

Cimentos de baixo carbono em diferentes estágios do ciclo de inovação.

Fonte: Chatham House (2018).

Quais são as barreiras ao cimento de baixo carbono?

Existem várias razões pelas quais a utilização dos cimentos de baixo teor de clínquer não ter se espalhado até agora.

Estas tecnologias são menos testadas do que o cimento Portland, que tem sido usado na construção civil há séculos. Daí a resistência por parte dos consumidores de cimento, particularmente em um setor que, por razões óbvias, tende a priorizar a segurança. Muitas dessas novas tecnologias ainda não estão suficientement maduras para alcançar o uso em larga escala.

Alternativas também tendem a ter aplicações mais limitadas, o que significa que pode não haver um substituto único para o cimento Portland. Seu uso significaria, portanto, afastamento dos padrões prescritivos. Atualmente, quase todos os padrões, códigos de projeto e protocolos para testes de ligantes de cimento e concreto são baseados no uso de cimento Portland, observa a Chatham House: “Novas abordagens e especialmente novos padrões do setor exigem muita discussão e testes. Por exemplo, pode levar décadas para que um novo padrão seja aprovado e implementado na União Europeia.”

No entanto, avanços recentes no teste de materiais do concreto podem permitir que sua química seja melhor compreendida, dando mais confiança para o ajuste dos padrões do setor.

Cimentos alternativos também precisam serem capazes de competir em custo com o cimento Portland, particularmente na ausência de fortes pressões regulatórias ou políticas, como a de preços para a emissão de carbono. Mas a mudança pode exigir investimentos em novos equipamentos ou materiais mais caros, o que pode levar vários anos para recuperar, diz Chatham House.

O acesso a uma quantidade suficiente de matérias-primas necessárias para alguns cimentos também é uma consideração importante. Por exemplo, a disponibilidade de cinzas, um subproduto da queima de carvão e um dos substitutos do clínquer mais usado, está diminuindo à medida em que as usinas térmicas a carvão são fechadas.

A demanda por cimento pode ser reduzida?

Reduzir a demanda por cimento também pode ajudar a limitar as emissões, principalmente nos países em desenvolvimento. Por exemplo, a Chatham House destaca como os projetos urbanos baseados em “redes capilares de transporte” e a mobilidade ativa em vez do uso de veículos podem demandar um terço a menos de concreto. Da mesma forma, princípios de catedrais góticas foram usados no projeto de modernos pisos de concreto que são 70% mais leves que os convencionais.

A utilização de conceitos de “economia circular” para permitir a reutilização de peças modulares de edifícios também pode ter algum papel, assim como a maximização da vida útil da infraestrutura. A China, por exemplo, tem sido criticada por construir novos prédios abaixo do padrão, que podem durar apenas 25 a 30 anos antes de serem demolidos.

O concreto também pode ser substituído por madeira em edifícios, o que potencialmente permite que o CO₂ seja capturado e armazenado. Alguns novos tipos de uso de madeira , como a madeira laminada cruzada, estão criando mais oportunidades de construção. No entanto, a economia de carbono do uso de madeira, em vez de aço e concreto nos edifícios, não é garantida.

O concreto antigo também pode ser triturado e reutilizado em obras com a construção de estradas. No entanto, o concreto perderá suas propriedades de liga, a menos que seja produzido um novo clínquer.

Pode-se regular as emissões do cimento?

A produção de cimento, assim como a produção de aço e a aviação, são setores considerados de difícil descarbonização aço. Como observado em um relatóriorecente, a menção às emissões do cimento em debates públicos tipicamente provoca falas que reafirmam esta dificuldade.

Assim, em comparação com o setor energético, a indústria de cimento tem enfrentado menores pressões políticas e comerciais, segundo disse ao Carbon Brief. Preston é pesquisador sênior da Chatham House e co-autor do relatório sobre o cimento. Ele diz que o setor ainda é dominado por um punhado de grandes empresas que controlam grandes partes do mercado: “[Essas empresas] são frequentemente dominantes ou muito influentes em uma área geográfica, bem como no cenário global. Acho que isso tornou difícil – e ainda é difícil – pressionar por mudanças radicais. Eles não veem necessariamente o incentivo imediato para tomar medidas ambiciosas.”

A União Europeia considera que existe um risco significativo da indústria do cimento apresentar vazamentos de carbono, o que significa que ela recebe permissões (de emissão) gratuitas no Esquema de Comércio de Emissões da União Europeia (EU ETS). Nas preparações para as reformas do EU ETS, em 2017, a Comissão de Meio Ambiente do Parlamento Europeu (ENVI) propôs, sem sucesso, acabar com esta distribuição gratuita. A introdução de um preço piso para o carbono, considerado por vários Estados membros, ainda pode afetar o setor, diz Chatham House.

É esperado que o ETS da China, se expanda e passe a incluir o cimento, embora sua primeira fase só inclua o setor de energia.

A indústria de cimento está agindo?

Sob o CSI, produtores responsáveis por 30% da produção global de cimento trabalharam juntos por cerca de duas décadas em iniciativas de sustentabilidade, incluindo reduções de emissões. Na Conferência Climática de Paris, o grupo anunciou planos para reduzir suas emissões coletivas em entre 20% e 25% até 2030. Este seria um nível de ambição semelhante ao do cenário ‘abaixo dos 2^oC’ descrito acima.

A World Cement Association (WCA), por sua vez, está desenvolvendo um “Plano de Ação para Mudanças Climáticas”. A tecnologia atual só pode fornecer metade da redução de CO₂ necessária para que se atinja a meta 2^oC do Acordo de Paris, conforme alertou a WCA recentemente aos delegados presentes em seu “Fórum Global de Mudança Climática” realizado em Paris. A base de associados da WCA representa mais de um bilhão de toneladas de capacidade anual de produção de cimento.

A recém-lançada Associação Global do Cimento e Concreto (GCCA) também quer melhorar as credenciais ambientais do setor. Está se preparando para assumir o trabalho de sustentabilidade feito pelo CSI a partir de janeiro de 2019.

Várias empresas de cimento também já introduziram um preço interno de carbono, ou têm planos de introduzir um.

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Material publicado originalmente pelo Carbon Brief em
https://www.carbonbrief.org/qa-why-cement-emissions-matter-for-climate-change

Fonte Climainfo