PERGUNTAS E RESPOSTAS: Porque é que as emissões de cimento são importantes para as alterações climáticas

Um construtor dirige o betão húmido de um camião de cimento para as fundações de um grande edifício. Crédito: Peter Righteous/Alamy Stock Photo.

Publicada pela primeira vez aqui.

Se a indústria do cimento fosse um país, seria o terceiro maior emissor do mundo.

Em 2015, geroucerca de 2,8 mil milhões de toneladas de CO2, o equivalente a 8% do total global - uma quota maior do que qualquer outro país que não a China ou os EUA.

A utilização de cimento deverá aumentar à medida que a urbanização global e o desenvolvimento económico aumentar a procura de novos edifícios e infra-estruturas. Juntamente com outros sectores da economia global, a indústria do cimento terá de reduzir drasticamente as suas emissões para cumprir os objectivos do Acordo de Paris em matéria de temperatura. Contudo, até à data, apenas se registaram progressos limitados.

Redução das emissões do cimento. Infográfico por RosamundPearce para Carbon Brief.

O que é o cimento?

O cimento é utilizado na construção para unir outros materiais. É misturado com areia, cascalho e água para produzirbetão, o material de construção mais utilizado no mundo. Mais de 10bn toneladas de betão são utilizadastodos os anos.

A norma industrial é um tipo chamadocimento Portland. Este foi inventadono início do século XIX e recebeu o nome de uma pedra de construção amplamente utilizada em Inglaterra na altura. É hoje utilizadoem 98% do betão a nível mundial, com 4 mil milhões de toneladas produzidas por ano.

A produção declínquer Portland, que actua como aglutinante, é um passo crucial no fabrico do cimento Portland. O calcário (CaCO3) é "calcinado" a altas temperaturas num forno de cimento para produzir cal (CaO), o que leva à libertação de resíduos de CO2. Globalmente, ocorre a seguinte reacção:

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Porque é que o cimento emite tanto CO2?

Cerca de metade das emissões de cimento são emissões de processo resultantes da reacção acima referida. Esta é uma razão principal pela qual as emissões de cimento são muitas vezes consideradas difíceis de reduzir: uma vez que este CO2 é libertado por uma reacção química, não pode ser eliminado através da mudança de combustível ou do aumento da eficiência.

Outros 40% das emissões de cimento provêm da queima de combustíveis fósseis para aquecer fornos às altas temperaturas necessárias para este processo de calcinação. Os últimos 10% das emissões provêm dos combustíveis necessários para a extracção e transporte das matérias-primas.

Portanto, as emissões de cimento dependem largamente da proporção de clínquer utilizado em cada tonelada de cimento. O tipo de combustível e a eficiência do equipamento utilizado durante a produção de clínquer também têm um impacto.

Entretanto,prevê-se que a área útil dos edifícios do mundoduplique nos próximos 40 anos. Isto significa que a produção de cimento deverá crescer paracerca de 5 mil milhões de toneladas até 2030, um aumento de 25% a partir de hoje, atingindo mais de quatro vezes os níveis de 1990.

Os ganhos de eficiência, por si só, não serão, portanto, suficientes para reduzir significativamente as emissões do sector.

Quais são os países com elevadas emissões de cimento?

A China é de longe o maior produtor de cimento, seguida de longe pela Índia e pelos países combinados da UE, como mostra o gráfico abaixo de um recenterelatório da Chatham House. Três quartos da produção de cimento desde 1990ocorreram na China, que utilizou maiscimento entre 2011 e 2013 do que os EUA em todo o século XX.

Produção e emissões de cimento de 2010 a 2015. Fonte: Chatham House: Análise de Olivier et al. (2016) por ChathamHouse.

A China também tem elevados níveis de produção de cimento em termos per capita, uma vez que experimenta uma rápidaurbanização, com muitaspessoas a mudarem-se para edifícios altos ou baixos feitos de cimento. No entanto, o consumo chinês pode estarpróximo do nivelamento.

Em contraste, o consumo da Índiadeverá aumentar significativamente, uma vez que, por sua vez, urbanizae constrói rapidamente infra-estruturas. Espera-se que a maior parte do crescimento futuro ocorra na Índia e noutros mercados emergentes.

Man lifting pan pan com cimento sobre um andaime, Punjab, 2011. Crédito: imageBROKER/Alamy Stock Photo.

Na Europa, as instalações de fornos existentes são capazes de satisfazer a procura futura de cimento, de acordo com Chatham House. Os produtores de cimento europeus são também alguns dos mais avançados em termos de utilização de combustíveis alternativos, acrescenta. No entanto,equipamentosmais antigosproduzem-nosatrás da Índia e da China em termos de eficiência energética.

Da mesma forma, os EUA, o quarto maior consumidor de cimento, está atrás de outros grandes produtores em termos de eficiência energética e do seu rácio de clinker.

Será que as emissões de cimento foram reduzidas?

A intensidade média de CO2 da produção de cimento - as emissões por tonelada de produção - diminuiu 18% globalmente durante as últimas décadas, de acordo com Chatham House. Contudo,as emissões do sector como um todo aumentaram significativamente, com a procura a triplicar desde 1990.

Até agora, os progressos têm vindo a verificar-se em três áreas principais:

• Primeiro, os fornos de cimento mais eficientes tornaram a produção menos consumidora de energia. Isto pode melhorar ainda mais: a utilização média global de energia por tonelada de cimento é aindacerca de 20% superior à produção com a melhor tecnologia e prática actualmente disponíveis.
• Em segundo lugar, a utilização de combustíveis alternativos também reduziu as emissões - por exemplo, utilizando biomassa ou resíduos em vez de carvão. Este é especialmente o casona Europa, onde cerca de 43% do consumo de combustível provém agora de alternativas, diz Chatham House.
• Terceiro, a redução da proporção de clínquer Portland no cimento também reduziu as emissões. Os cimentos "high-blend" podem reduzir as emissões por quilograma até quatro vezes, de acordo com Chatham House. O clínquer pode ser substituído por outros materiais semelhantes ao cimento, incluindo resíduos da combustão do carvão e da produção de aço. No entanto, isto pode afectar as propriedades do cimento, pelo que só é adequado para algumas utilizações finais.

A taxa média mundial de clínquer (clínquer:cimento) caiu para 0,65em 2014, com uma grande variação de 0,57 na China a 0,87 na Eurásia.

Após várias décadas de progresso, a intensidade de CO2 do cimento pouco mudou de 2014 para 2016,de acordo com a Agência Internacional de Energia (AIE). Isto porque as melhorias na eficiência energética foram compensadas por um ligeiro aumento da taxa de clínquer, diz a Agência.

No entanto, as emissões globais de cimento foram planas ou decresceram nos últimos anos, à medida que a procura na China se estabilizou.

A BioMason utiliza bactérias para cultivar tijolos de cimento que, segundo afirma, podem sequestrar o carbono. Crédito: bioMASON, Inc.

Até que ponto podem ser reduzidas as emissões de cimento?

A AIEe a Iniciativa para a Sustentabilidade do Cimento (CSI) liderada pela indústria lançaramrecentemente um novo roteiro de baixo carbono, mostrando como considera que as emissões podem ser reduzidas em conformidade com um cenário "2C" e um cenário "abaixo de 2C". O roteiro assume que a procura de cimento irá aumentar 12-23% até 2050.

Para um cenário de 2C - em linha com a hipótese de 50% de limitar o aumento da temperatura global a 2C acima dos níveis pré-industriais até 2100 - o roteiro diz ser necessário um corte de 24% nas emissões de cimento. (Não vale nada isto não está de acordo com oAcordo de Paris, que exige que o aumento da temperatura se mantenha "bem abaixo" de 2C, no mínimo).

O roteiro baseia-se em quatro áreas de acção para estes cortes nas emissões.

Três destas são as estratégias anteriormente seguidas pela indústria cimenteira para limitar as emissões, nomeadamente, a melhoria da eficiência energética, combustíveis com menores emissões e rácios de clínquer mais baixos.

Por exemplo, o roteiro estabelece um objectivo médio global de 0,60 até 2050, contra 0,65. Este é um desafio significativo: Chatham House observa que precisaria de cerca de 40% mais de substitutos de clínquer até 2050 do que actualmente, numa altura em que a disponibilidade de substitutos tradicionais - cinzas volantes e escória de alto-forno - começará provavelmente a diminuir.

A quarta área é a das "tecnologias inovadoras", que é essencialmente de curto prazo para reduzir as emissões utilizando a captura e armazenamento de carbono(CAC). Isto ainda não foi utilizado na indústria do cimento (ensaios com barras), mas o roteiro assume que a integração da CAC no sector cimenteiro atinge a escala comercial até 2030. A incertezaquanto ao potencial de expansão rápida da CAC e o seu grande custo são grandesbarreiras à sua utilização na redução das emissões de betão.

O gráfico abaixo mostra a análise de Chatham House do IEA e do roteiro do cimento da CSI. A linha pontilhada vermelha mostra o corte de 24% das emissões em conformidade com o cenário 2C (2DS) até 2050.

Formas de reduzir as emissões de cimento que conduzem a uma via "compatível com Paris". São mostrados três cenários: "cenário tecnológico de referência" (RTS), "cenário 2C" (2DS) e "para além do cenário 2C" (B2DS). Fonte:Análise de ChathamHouse do Roteiro Tecnológico da IEA e CSI(2018).

O roteiro também estabelece um cenário "para além de 2C" (B2DS; linha tracejada roxa acima), em que seria necessária uma redução muito maior de 60% nas emissões. Aqui, a proporção do total das emissões de CO2 do cimento capturado pela CAC teria de mais do dobro em comparação com o cenário 2C, até 63% em 2050, diz o roteiro. O roteiro assinala que este "será um desafio a atingir".

Chatham House observa também que serão necessárias reduções mais acentuadas "se os pressupostos sobre a contribuição das tecnologias de CAC se revelarem optimistas". Diz o roteiro:

"A mudança para além do 2DS exigirá uma acção transformadora na substituição de clínquer, novos cimentos e CAC, bem como a implementação de uma série de abordagens do lado da procura para além do sector, a fim de reduzir o consumo global. Estas também se tornam mais críticas se a CAC se revelar demasiado desafiante para a escala".

Os cimentos "novos" podem reduzir as emissões?

Algumas empresas têm vindo a pesquisar cimentos "novos", que eliminam por completo a necessidade de clinker Portland. Se estes pudessem rivalizar com o custo e o desempenho do cimento Portland, ofereceriam uma forma de reduzir significativamente as emissões.

No entanto, nenhuma delas conseguiu ainda uma utilização comercial em grande escala e são actualmente utilizadas apenas em aplicações de nicho. Além disso, a inovação no sector tende a concentrar-se em mudanças incrementais, mostra uma pesquisa global de patentes por Chatham House, com um enfoque limitado em cimentos novos.

Os cimentos baseados em geopolímeros, por exemplo, têm sido um foco de investigação desde os anos 70. Estes não utilizam carbonato de cálcio como ingrediente chave, endurecem à temperatura ambiente e libertam apenas água. Zeobonde banahUK estãoentre as empresas que os produzem, com ambas reivindicando uma redução de cerca de 80-90% nas emissões em comparação com o cimento Portland.

Há também várias empresas que desenvolvem cimentos "carbonatados", que absorvem CO2, em vez de água, à medida que endurecem. Se esta absorção de CO2 puder ser maior do que o CO2 libertado durante a sua produção, os cimentos podempotencialmente ser utilizados como sumidouros de carbono.

Solidia Concrete™ cinder block. Crédito: Solidia

A empresa americana Solidia, por exemplo, afirma que o seu betão emite até 70% menos CO2 do que o cimento Portland, incluindo esta etapa sequestrante. A empresa está agora numa parceria com o maior produtor de cimento LafargeHolcim.

Da mesma forma, a britânica Novacem- uma spin out do Imperial College London - alegou em 2008que a substituição do cimento Portland pelo seuproduto"carbono negativo" permitiria à indústria tornar-se um sumidouro líquido de emissões de CO2. No entanto, a empresa não conseguiu reunir fundos suficientes para continuar a investigação e produção.

Outras empresas estão a utilizar materiais completamente diferentes para a produção de cimento. A empresa Biomason, por exemplo, utiliza bactérias para o cultivo de tijolos de cimento que, segundo a empresa, sãoambos igualmente fortes em relação à alvenaria tradicional e ao sequestro de carbono.

A tabela abaixo, de Chatham House, resume as fases de desenvolvimento de várias tecnologias alternativas de cimento.

Cimentos de baixo teor de carbono em diferentes fases do ciclo de inovação. Fonte: Chatham House: Chatham House (2018).

Quais são as barreiras ao cimento com baixo teor de carbono?

Existem várias razões pelas quais os cimentos com baixo teor de carbono ou os novos cimentos não conseguiram, até agora, alcançar uma utilização generalizada.

Estas tecnologias são menos experimentadas e testadas do que o cimento Portland, que tem sido utilizado na construção durante séculos. Isto leva à resistência dos consumidores de cimento, particularmente num sector que - por razões óbvias - tende a colocar a segurança como uma alta prioridade. Muitas destas novas tecnologias também não estão suficientemente maduras para atingir uma utilização em larga escala.

As alternativas também tendem a ter aplicações mais limitadas, o que significa que pode não haver um único substituto para o cimento Portland. A sua utilização significaria, portanto, um afastamento das normas prescritivas. Actualmente, quase todas as normas, códigos de concepção e protocolos para testar ligantes de cimento e betão são baseados na utilização de cimento Portland, nota Chatham House. Acrescenta:

"Novas abordagens e especialmente novas normas industriais requerem muita discussão e testes. Por exemplo, pode levar décadas para que uma nova norma seja aprovada e implementada na UE".

No entanto, os recentes avanços nos testes de materiais de betão poderiam permitir uma melhor compreensão da sua química, dando mais confiança para que as normas da indústria sejam ajustadas.

Os cimentos alternativos também precisam de ser capazes de competir com o cimento Portland em termos de custos, particularmente na ausência de uma forte pressão reguladora ou política, como os preços do carbono. Mas a mudança poderia exigir investimentos em novos equipamentos ou materiais mais caros, o que poderia levar vários anos a recuperar, diz Chatham House.

O acesso a um número suficiente das matérias-primas necessárias para alguns cimentos é também uma consideração importante. Por exemplo, a disponibilidade local decinzas volantes- um subproduto da combustão de carvão e um dos substitutos de clínquer mais utilizados - está a diminuir à medida que as centrais eléctricas alimentadas a carvão são encerradas.

Pode a procura de cimento ser reduzida?

A redução da procura de cimento poderia também ajudar a limitar as emissões, particularmente nospaíses em desenvolvimento. Por exemplo, Chatham House destaca como os projectos urbanos baseados num sistema de "teia capilar" e a pé em vez de carros podem utilizar um terço menos de betão. Do mesmo modo, os princípios das catedrais góticas têm sido utilizados para conceber pavimentos de betão modernos que são 70%mais leves do que os convencionais.

A utilização de conceitos de "economia circular" para permitir a reutilização de peças modulares de edifícios pode também desempenhar um papel, tal como a maximização da vida útil das infra-estruturas. A China, por exemplo, tem sidocriticada pela construção de novos edifícios de má qualidade que só podem resistir 25 a 30 anos antes de serem demolidos.

Escadas de betão que fazem parte do muro marinho e das defesas marítimas na praia de Blackpool. Crédito: Fotografia de Manor/Alamy Stock Photo.

O betão nos edifícios também poderia sersubstituído por madeira, permitindo potencialmente a captura e armazenamento de CO2. Alguns novos tipos demadeira artificial, tais como madeira laminada transversalmente, estão a criar mais oportunidades de construção. No entanto, a poupança de carbono resultante da utilização de madeira em vez de aço e betão nos edifícios não estágarantida.

O betão velho também pode ser triturado e reutilizado em projectos como a construção de estradas. No entanto, o betão perderá as suas propriedades de aglutinação, a menos que se produza um novo clínquer.

As emissões de cimento são reguladas?

O cimento é frequentementeconsiderado demasiado difícil de descarbonizar, juntamente com outros sectores, tais como a aviação e oaço. Como umrelatório recente observou, se as emissões de cimento são de todo mencionadas no debate público, "é normalmente de notar que pouco pode ser feito em relação a elas".

Como resultado, a indústria do cimento tem enfrentado menos pressão política e comercial em comparação com o sector da energia, diz FelixPreston ao Carbon Brief. Preston é investigador sénior na ChathamHouse e co-autor do seu relatório sobre o cimento. Ele diz que o sector ainda é dominado por um punhado de grandes empresas que controlam grandes partes do mercado. Preston acrescenta:

"[Estas empresas] são frequentemente dominantes ou muito influentes numa área geográfica, bem como no palco global. Penso que isso tornou difícil - e ainda é difícil - pressionar para uma mudança radical. Elas não vêem necessariamente o incentivo imediato para tomarem medidas ambiciosas".

A UE considera o cimento como estando em risco significativo de fuga de carbono,o que significa que recebe licenças de emissão gratuitas no Sistema de Comércio de Emissões da UE (EU ETS). Na liderança até àsreformas do RCLE-UE de 2017, a Comissão do Ambiente do Parlamento Europeu (ENVI) propôs, sem sucesso, ofim desta atribuição gratuita. A introdução depreços mínimos de carbono -a ser considerada em vários estados membros - poderia ainda afectar o sector, diz Chatham House.

Espera-se queo RCLE da China se expanda para incluir o cimento, embora apenas abranja o sector energético na sua primeira fase.

A indústria do cimento está a tomar medidas?

Ao abrigo do CSI, os produtores querepresentam 30% da produção global de cimento têm trabalhado em conjunto durante cerca de duas décadas em iniciativas de sustentabilidade, incluindo a redução de emissões. Naconferência climática de Paris, o grupo anunciouplanos para reduzir as suas emissões colectivas em 20-25% até 2030. Este seria um nível de ambição semelhante ao cenário "abaixo de 2C" acima delineado.

AAssociação Mundialdo Cimento (WCA), entretanto, está a desenvolver um"Plano de Acção sobre AlteraçõesClimáticas", a ser publicado no final deste mês. A tecnologia actual só pode proporcionar metade da poupança de CO2 necessária para atingir o objectivo dos 2C do Acordo de Paris, a WCA advertiu recentemente os delegados no seu "Fórum Global sobre Alterações Climáticas" em Paris. A base de membros da WCA representa mais de um bilião de toneladas de capacidade anual de produção de cimento.

A Associação Global de Cimento e Betão(GCCA), recentemente lançada, também pretende melhorar as credenciais ambientais do sector. Está programadapara assumir o trabalho de sustentabilidade realizado pela CSI em Janeiro de 2019.

Várias empresas cimenteiras também já introduziram um preço interno do carbono, ou têm planos para introduzir um.

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Sobre o autor

Jocelyn Timperley tem um mestrado em química ambiental da Universidade de Edimburgo e um mestrado em jornalismo científico da City University London. Trabalhou anteriormente na BusinessGreen cobrindo a política de baixo carbono e a economia verde.