Que inovações concretas estão moldando o futuro?

“Quando as pessoas perguntam o que eu faço... minha frase principal é: ‘Você viu Os Flintstones?’”, diz Joel Galassini, vice-presidente executivo da divisão comercial de cimento da Cemex, uma empresa de materiais de construção com sede no México.

Os Flintstones é um desenho animado americano da década de 1960 ambientado na Idade da Pedra romantizada.

Sua resposta jocosa sugere que o setor em que trabalha é antiquado.

“Eu me descrevo como um desenho animado da Idade da Pedra, mas temos tantas pessoas que são os Jetsons”, acrescenta.

Os Jetsons foram os personagens principais de outra comédia de animação americana (simplesmente chamada de The Jetsons) dos anos 60, que acompanhava uma família em um cenário idealizado do futuro.

Um setor em evolução

Logo acima do ombro de Galassini, enquanto ele conta essa anedota, fica o South Lot do Las Vegas Convention Center; repleto de equipamentos de construção sofisticados, tecnologia e ciência de ponta em exibição no World of Concrete 2024.

Uma máquina de impressão 3D RIC em exibição no World of Concrete em Las Vegas, EUA, 2024 (Imagem: Mitchell Keller)

Demorou, disse o vice-presidente da Cemex, mas ele acredita que a indústria do concreto está dando passos largos em direção ao futuro.

“Estamos usando IA em muitas de nossas operações, estamos operando drones e estamos olhando para veículos autônomos e todas essas coisas... Eu descrevo isso como os Flintstones, mas, na verdade, temos muito ‘Jetsoniano’ coisas acontecendo”, disse ele.

Soluções de baixo carbono

Quer seja impulsionada por missões internas, regulamentação governamental ou estipulação de contratos, a indústria do betão tem necessitado de fazer enormes progressos, rapidamente, na criação de mais produtos a partir de materiais reciclados com menores emissões de CO2.

Para atender à demanda dos consumidores e cumprir as exigências ambientais, muitas empresas reconfiguraram seu processo de fabricação de cimento. O cimento é um ingrediente-chave do concreto, mas um dos maiores produtores de carbono do mundo.

Isto significou um maior envolvimento da comunidade científica, que a nível mundial encontrou soluções com baixo teor de carbono para misturas de cimento, incluindo investigadores da Empa, os Laboratórios Federais Suíços para Ciência e Tecnologia de Materiais.

“As principais inovações em produtos de cimento e concreto nos últimos anos foram impulsionadas pela necessidade de melhorar a sustentabilidade e reduzir as emissões”, confirmou o Dr. Mateusz Wyrzykowski, Líder do Grupo de Tecnologia de Concreto no Laboratório de Concreto e Asfalto da Empa.

Tudo, desde grafeno, cânhamo, café e uma série de novos produtos sintéticos e aditivos especializados, têm chegado ao concreto e ao cimento. Os resultados e as intenções variam, mas a experimentação é fundamental para descobrir produtos inovadores que possam ajudar a reduzir as emissões.

“Foram alcançados progressos significativos graças à redução de resíduos e à utilização responsável dos recursos”, acrescenta Wyrzykowski.

Um dos materiais mais intrigantes para o cimento que a Empa estudou é o ‘biochar’. É um material rico em carbono criado a partir da pirólise da biomassa; em outras palavras, é o bioproduto do aquecimento de materiais orgânicos sem oxigênio.

Em teoria, derivado de materiais orgânicos, o concreto feito com cimento biochar poderia remover carbono da atmosfera. Atualmente, o biochar tem sido utilizado com sucesso como forma de isolamento.

Alguns produtos já estão no mercado, mas a Empa sugere que uma versão mais forte e segura de um aditivo biochar será lançada com pesquisas adicionais.

Este novo hotel de servidores de TI em Heidelberg, Alemanha, é considerado o maior edifício impresso em 3D da Europa (Imagem: SSV Architekten)

“Biochar é muito poroso. Absorve muita água, mas também aditivos caros usados na produção de concreto”, explicou Wyrzykowski. “É difícil de manusear e também não é completamente inofensivo.”

Segundo a Empa, o pó fino do biochar é problemático para o trato respiratório humano e apresenta risco de explosão.

Como tal, a investigação continua para ver se o material pode ser processado em pellets.

“Esses agregados leves já existem em outros materiais, como argila expandida ou cinza volante”, disse Wyrzykowski, observando alguma precedência. “O know-how no manuseio desses materiais está disponível na indústria e isso aumenta as chances de o conceito ser colocado em prática.”

Reanalisando a produção de cimento

De volta à Cemex, Galassini disse que sua empresa fabrica produtos com menos clínquer do que o cimento tradicional e produtos com cinzas volantes, ambos os quais auxiliam na redução das emissões de carbono.

Mas reanalisar toda a produção de cimento, disse ele, é tão importante quanto ajustar a sua composição química.

“Queimamos coisas diferentes em nossos fornos em vez de carvão”, diz ele. “Podemos queimar resíduos reciclados. Podemos queimar pneus, podemos queimar combustível residual, podemos queimar resíduos industriais e residenciais... Temos alguns que podemos pegar gado, carcaças de vacas, e descartar tudo isso de maneira responsável e usá-los para abastecer os fornos.”

O sistema, observa ele, não é totalmente isento de emissões, mas estas são altamente reduzidas e ajudam a facilitar ganhos maiores, incluindo poupanças de custos para as fontes de combustível reciclado.

Os usuários operam uma placa eletrônica do misturador volumétrico Cemen Tech, que aciona o veículo para misturar diversos materiais para a produção de concreto no local (Imagem: Mitchell Keller)

“A nossa fábrica de cimento em Berlim consome 98% de produtos reciclados”, diz Gassalini, observando que o país abandonou a eliminação em aterros em meados da década de 2000. “Pegamos todos esses resíduos, peletizamos e queimamos no forno. Então, em vez de colocá-lo num aterro e criar metano, que acredito ser 30 vezes mais potente que o CO2, podemos queimar esses resíduos, criar cimento e criar um produto.”

Esta forma de pensar não é isolada; a maioria dos principais intervenientes globais adotou abordagens agressivas para reduzir a produção de carbono e aumentar a circularidade.

O Heidelberg Materials Group da Alemanha lançou um conjunto de produtos com baixo teor de carbono em 2023 e planeia abrir uma instalação de armazenamento de captura de carbono (CSS) numa fábrica de cimento na Noruega até ao final de 2024.

“Nosso projeto CSS na fábrica norueguesa de Brevik começou como uma ideia ambiciosa em meados dos anos 2000”, disse um porta-voz de Heidelberg.

“Os pensamentos iniciais amadureceram e se transformaram em um estudo de desktop. Em dezembro de 2020, o governo norueguês deu a aprovação final e apoio para a construção da primeira instalação de captura de carbono em escala industrial numa fábrica de cimento.”

Este projeto removeria carbono do local para um armário submarino.

“Uma vez operacional, 400.000 toneladas de CO₂ por ano serão capturadas e transportadas por navio para um terminal terrestre na costa oeste norueguesa”, explicou Heidelberg. “A partir daí, o CO₂ liquefeito será transportado por gasoduto até o local de armazenamento no Mar do Norte, onde será armazenado permanentemente.”

Embora os métodos de captura e sequestro de carbono ainda sejam imperfeitos, Heidelberg observou que são apenas uma alavanca da inovação sustentável.

“Continuamos a descarbonizar o nosso portfólio de produtos através de medidas convencionais de redução de carbono”, afirmou a empresa. “Durante anos, as nossas equipas têm trabalhado no sentido de reduzir o teor de clínquer nos nossos produtos, mudando o portfólio de produtos e aumentando a quota de combustíveis alternativos.”

Máquinas auxiliam na inovação

Embora o concreto e o cimento passem por mudanças físicas, o maquinário que mistura e despeja a substância também deve acompanhar o tempo.

Uma página inicial do produto evoBuild (Imagem: Heidelberg Materials Group)

Os caminhões misturadores volumétricos ou móveis não são novos, mas os avanços na tecnologia de computadores, no armazenamento de materiais e na catalogação de dados tornaram as ferramentas já valiosas extremamente valiosas na era moderna.

A Cemen Tech se autodenomina a maior fabricante mundial de soluções de dosagem volumétrica e mistura contínua de concreto e está no mercado de mistura volumétrica desde o início.

Com todos os materiais de concreto necessários armazenados e misturados no caminhão e no local, os gerentes de projeto apregoam economia no transporte, mas a tecnologia sofisticada da unidade também garante que o desperdício seja limitado e que a produção de concreto atenda às expectativas para o trabalho e o clima.

Zach McQuay, que dirige a McQuay Construction em Oklahoma, EUA, usa uma Cemen Tech C-Series e observa a ordem que uma máquina pode realizar em um trabalho.

“Você tem controle total sobre isso”, diz ele. “É uma fábrica móvel, por isso não temos tempo de deslocamento. Conseguimos carregar todo o material no local e percorremos 402 metros (440 jardas) por dia com apenas três caminhões.”

Em comparação com o uso de uma fábrica de mistura pronta fora do local, McQuay estimou que um trabalho semelhante exigiria 20 ou mais caminhões, mais o tempo de viagem e carga e descarga.

Com um misturador volumétrico, McQuay diz: “Não faremos concreto até clicarmos em ‘Iniciar’. Estamos obtendo concreto fresco sob demanda.”

Os testes de ar podem acontecer no local, e o misturador pode criar pequenos lotes de cada vez, o que, segundo McQuay, reduz o desperdício.

“No mundo da mistura pronta, se falharem no teste de ar, toda a carga é rejeitada”, explicou ele, observando que os misturadores volumétricos podem simplesmente fazer um novo lote (e fazer ajustes na mistura intermediária). “No mundo volumétrico, se bagunçarmos o teste de ar, teremos menos de meio carrinho de mão para reciclar.”

Com areia, pedras, água, produtos químicos e sintéticos necessários para produzir concreto no caminhão, uma interface de computador permite aos usuários gerenciar a composição exata de sua mistura e ajustá-la conforme necessário.

“Temos uma relação água viva/cimento. Temos uma taxa de dosagem em tempo real de nossos produtos químicos. Temos uma avaliação ao vivo de nossa areia, rocha e água, por isso podemos avaliar qualquer um desses aspectos a qualquer momento durante o projeto”, acrescentou McQuay.

Uma impressora 3D fora do Centro de Convenções de Las Vegas durante a exposição World of Concrete de 2024 (Imagem: Mitchell Keller)

Os dados de registro criam uma rede de informações confiáveis que as pavimentadoras ou camadas podem recuperar para trabalhos semelhantes ou em ambientes comparáveis.

Em outros lugares, os avanços em IA, digitalização e impressão 3D e tecnologia de sensores ajudaram muito as pavimentadoras e outras máquinas focadas em concreto. Uma pavimentadora de concreto do Grupo Wirtgen, com sede na Alemanha, oferece um exemplo.

“Ao pavimentar concreto com as pavimentadoras de concreto da Wirtgen, diversas funções automáticas podem ser usadas, como o sistema AutoPilot 2.0 ou o insersor automático de barra de encaixe”, disse a empresa. “O sistema de controle AutoPilot 3D desenvolvido pela Wirtgen é usado para controle preciso e sem cordas de pavimentadoras de concreto ao criar todos os tipos de perfis de deslocamento e inserção.

“A criação de um modelo de dados geodésicos por um topógrafo não é mais necessária. A instalação e remoção de um stringline, como é habitual em um sistema de controle de máquina convencional, é obsoleta.

“A máquina se move ao longo de um fio virtual com orientação de posicionamento por satélite. Tanto o ajuste de altura como a direção da máquina são controlados automaticamente.”

Impressão 3D e concreto

Um dos avanços de automação mais tentadores e visualmente estimulantes em concreto é a impressão 3D.

Máquinas de impressão 3D de extrusão em camadas, que usam um bico controlado que espreme com precisão uma pasta de cimento camada por camada, foram algumas das demonstrações mais populares no World of Concrete.

As pilhas de concreto “semelhantes a pasta de dente” podem ser construídas tão altas quanto a impressora ou o ambiente permitirem, com algumas impressoras grandes o suficiente para imprimir edifícios inteiros.

Uma impressora 3D COBOD International, um produto baseado na Dinamarca, concluiu no ano passado o que é considerado o maior edifício impresso em 3D da Europa, em Heidelberg, Alemanha. O edifício tem 54m de comprimento, 11m de largura e 9m de altura.

A impressora 3D COBOD BOD2 pode criar formas geométricas não quadradas, além de estruturas em caixa. A construção começou em meados de 2023 e durou aproximadamente 172 horas.

“Esperamos que as impressoras durem até cinco ou dez anos”, diz Philip Lund-Nielsen, cofundador da COBOD, observando que a longevidade das máquinas está aumentando. “É 90% de aço galvanizado. A maioria dos problemas que nossos clientes enfrentam no local é acertar os materiais; uma vez que dominam isso, eles se tornam realmente eficientes.”

Juntando tudo

Tal como o betão é um produto feito de elementos específicos que trabalham em conjunto, os líderes da indústria terão de continuar a trabalhar em colaboração para fazer avançar o produto.

“É realmente trabalhar com proprietários, arquitetos, engenheiros, para garantir que estamos projetando um pedaço de edifício, calçada ou pavimento corretamente e não projetando demais”, diz Galassini. “Você olha para o concreto que é colocado na maioria das calçadas de uma cidade; é uma receita especificada pela cidade.

“Essa receita criará uma calçada com, digamos, 6.000 a 8.000 PSI de resistência, que seria semelhante a uma pista de aeroporto. Assim posso pousar um 747 em uma calçada que só precisa de 2.500 PSI de força.”

Com toda esta informação e tecnologia disponível para enfrentar este exemplo de excesso de engenharia, Galassini pensa que é hora de encontrar soluções a longo prazo.

E quem não se modernizar e ajudar a resolver o problema pode ficar para trás.

“Acredito”, diz Galassini, “que as pessoas que continuam a inovar e a impulsionar serão muito provavelmente vencedoras. Em algum momento, as pessoas que resistem à mudança estarão em um ponto crítico onde, de repente, não terão outras escolhas, ou talvez sejam tarde demais.”