Uma nova forma de armazenar carbono

Um grupo de investigadores da Universidade de Newcastle, Inglaterra apresentou um novo método de captura e armazenamento de carbono (CAC), baseado num processo utilizado pelos ouriços-do-mar. O método baseia-se na utilização de nano partículas (partículas de tamanho muito, muito reduzido) de níquel para transformar o dióxido de carbono num ião, hidrocarbonato, solúvel em água e que pode facilmente reagir, levando à formação de depósitos de carbonato de cálcio ou de magnésio que podem ser mais tarde reutilizados (nomeadamente na construção civil) (Crédito: Lindsey Hesla/Nátional Geographic).
 

Apresentado a 5 de Fevereiro num artigo da revista Catalysis Science & Technology (CST), o novo método foi patenteado e os seus autores, Gaurav Bhaduri e Lidija Šiller, esperam conseguir investimentos externos para estuda-lo melhor e poder aplica-lo a nível industrial. Lidija Šiller, professora na School of Chemical Engineering and Advanced Materials, Universidade de Newcastle considera que este método “oferece uma oportunidade real para centrais térmicas e as indústrias de produção de produtos químicos para captar o dióxido de carbono antes de este gás chegar à atmosfera e armazena-lo como um produto seguro, estável e útil” .

 

O dióxido de carbono é um gás libertado durante a combustão de carvão, derivados de petróleo e outros combustíveis. Mas é também um gás de efeito de estufa. O aumento do dióxido de carbono na atmosfera terrestre poderá provocar um aumento da temperatura média suficiente para tornar a vida impossível no nosso planeta. Atualmente uma das soluções apresentadas para contrariar a acção do dióxido de carbono é a CAC, que defende o armazenamento de dióxido de carbono de forma a não aumentar a sua concentração na atmosfera.

 

Até hoje os únicos métodos de CAC viáveis e utilizados a grande escala apontam para o armazenamento do dióxido de carbono em antigos reservatórios de petróleo ou de gás natural ou em massas de águas subterrâneas impróprias para consumo. E este tipo de armazenamento tem riscos sérios devido à possibilidade de fugas de gás, com consequências trágicas, como é demostrado pelo exemplo do lago Nyos (ver aqui e aqui – em inglês).

 

Assim vários grupos, incluindo o grupo de Bhaduri e Šiller, têm investigado métodos alternativos de CAS, como a mineralização do dióxido de carbono, ou seja, a sua transformação em carbonatos, como o carbonato de cálcio (giz, gesso e conchas de animais marinhos), carbonato de magnésio e a dolomite. Estes minerais não são tóxicos para o meio ambiente e têm várias aplicações possíveis, por exemplo a nível da construção civil, na produção de cimento, como material ornamental, etc.

 

O trabalho de Bhaduri e Šiller teve início numa descoberta acidental: ao estudarem o efeito tóxico de nanopartículas de prata em larvas de ouriço-do-mar (utilizado como “modelo ecotóxico”), estes investigadores descobriram que o seu exosqueleto (a sua “carapaça”) tinha uma grande concentração de níquel. Resolveram então estudar o contributo do níquel na transformação de dióxido de carbono em carbonato de cálcio (elemento importante do exosqueleto das larvas de ouriço-do-mar). “Quando se faz borbulhar dióxido de carbono na água contendo nanopartículas de níquel é possível ‘capturar’ muito mais carbono do que é normal”, refere Šiller. “Este carbono ‘capturado’ pode facilmente ser transformado em carbonato de cálcio.”

 

O artigo refere como o níquel catalisa a hidrogenação do dióxido de carbono, a sua transformação em ião hidrogenocarbonato, utilizando uma molécula de água (indicado na figura em baixo). Este é um passo importante na transformação de dióxido de carbono em carbonato de cálcio. Outros grupos têm estudado esta transformação realizada pela enzima anidrase carbónica, um catalisador biológico. Mas a utilização desta enzima tem várias desvantagens.

 

 

A ação da anidrase carbónica é reversível: quando o pH é básico (superior a 7) catalisa a transformação de dióxido de carbono em ião hidrogenocarbonato, mas quando o pH é ácido catalisa a reacção contrária. E como o ião hidrogenocarbonato é um ácido, rapidamente a anidrase carbónica passa a catalisar a reação contrária quando a concentração deste ião aumenta e o pH diminui. Para que a anidrase carbónica possa atuar “no sentido certo” e de forma eficiente, as condições de pH e de temperatura têm de ser constantes, o torna este processo economicamente menos viável. E finalmente a obtenção da anidrase carbónica também é um processo caro.

 

A utilização de nanopartículas de níquel também têm consequências menos positivas, principalmente para a saúde pública (são cancerígenas) e para o meio ambiente. Mas Bhaduri e Šiller consideram que é possível minimizar estes efeitos. “A beleza da utilização de níquel como catalisador é que o seu funcionamento não depende do pH e, devido às suas propriedades magnéticas do níquel, as nanopartículas podem ser recapturadas [utilizando uma espécie de íman] e reutilizadas vezes sem conta”, indica Gaurav Bhaduri, aluno de doutoramento. “Também é muito barato, 1000 vezes mais barato do que a anidrase carbónica”.

 

Outros dois factos que contribuem para tornar o processo mais económico, segundo Bhaduri e Šiller, é o facto de poder ocorrer a temperatura e pressão normais (tornando-o mais eficiente a nível energético) e não serem necessários reagentes para lá das nanopartículas de níquel. No artigo da SCT Bhaduri e Šiller indicam que o processo de captura de uma tonelada de dióxido de carbono poderá custar menos de 8 dólares (menos de 6 euros). Em Portugal as centrais termoeléctricas libertaram quase 7 milhões de toneladas de dióxido de carbono em 2012. Seriam necessários menos de 42 000 euros para transformar todo esse gás em carbonato de cálcio e/ou de magnésio.

 

No futuro Bhaduri e Šiller esperam poder melhorar o seu processo de CAC. “Temos esperanças que este método possa ser utilizado a nível industrial em processos que levam à emissão de dióxido de carbono, como fábricas e centrais eléctricas”, indica Šiller, “mas é necessário quantificar o processo para poder produzir um sistema piloto”. “Precisamos de conhecer melhor o processo cinético da reação catalizada pelas nanopartículas de níquel e o seu rendimento”, acrescenta Bhaduri. Mas sabem que o método que apresentam não é perfeito. “Não pode ser encaixado no tubo de escape de um carro, por exemplo”, aponta Šiller.

Um arrefecimento em vias de extinção

O fenómeno de aquecimento global, potenciado pela libertação de dióxido de carbono e de outros gases potenciadores do efeito de estufa é um facto confirmado. Entre 1906 e 2005 o aumento médio da temperatura na Terra foi de 0,8 °C. Mas um estudo publicado pela revista Atmospheric Chemistry and Physics demostra que, contrariando a tendência mundial, a temperatura média na zona leste dos EUA decresceu até 1 º C entre as décadas de 1930 e 1990. Os responsáveis por esta descida são a poluição particulada, micro partículas com até 10 μm (micrómetros) formadas pela queima de combustíveis fósseis, e os aerossóis formados devido a esse tipo de polição.

A figura anterior mostra a variação da temperatura nos EUA entre 1930 e 1990. O azul indica as zonas onde os aerossóis provocaram a diminuição de temperatura (Crédito: Eric Leibensperger).

A queima de combustíveis como a gasolina (por carros e outros meios de transporte) e de carvão (em centrais eléctricas e outras indústrias) leva a libertação de resíduos sólidos, partículas de tamanho muito, muito reduzido, que se difundem na atmosfera. Também produz dióxido de enxofre e óxidos de azoto, gases que reagindo na atmosfera sob o efeito da radiação solar, também levam à formação de mais partículas e de gotículas. Este conjunto é chamado material particulado e cria uma poluição a que se dá o nome de poluição particulada.

Nem toda a poluição provoca efeito de estufa. A poluição particulada dá origem a aerossóis (névoas e nevoeiros) que, em geral, provocam a diminuição local da temperatura. Esta diminuição pode acontecer de duas formas: directamente, quando o material particulado reflete os raios solares incidentes, impedindo a sua “chegada à superfície terrestre, ou indirectamente, quando o material particulado incentiva a formação de nuvens, que refletem a luz solar.

O esquema anterior mostra como se forma a poluição particulada e uma das suas consequências mais importantes: a chuva ácida (Legenda: NOx = óxidos de azoto; SO2 = dióxido de enxofre; VOC = compostos orgânicos voláteis; antropogénico = gerado pelo homem) (Crédito: EPA, adap.).

Na Europa os níveis de poluição particulada são muito baixos, uma consequência da rigorosa legislação criada pela União Europeia para diminuir de todas as formas possíveis a libertação de dióxido de enxofre e óxidos de azoto para a atmosfera. A legislação foi criada para eliminar a ocorrência de chuvas ácidas, uma das consequências mais graves da presença destes gases na atmosfera.

Os Estados Unidos só passaram a ter legislação deste tipo no final do século XX. A legislação mais importante, o Clean Air Act, foi apresentada em 1970 e reforçada em 1990. Mas a poluição particulada tem uma actuação limitada no espaço e no tempo, porque o material particulado e aerossóis mantêm-se na atmosfera por apenas uma semana, antes de “caírem” sobre o solo, e assim, não se “espalham” por áreas muito grandes. Embora a temperatura tenha descido em média entre 0,5 e 1,0 ºC entre 1970 e 1990, essa descida apenas foi sentida na zona leste dos Estados Unidos. E neste momento o efeito de “arrefecimento” está a passar: em 2010 a descida era de apenas 0,3 ºC.

Os autores do estudo dizem que os resultados apresentados servem de aviso para países em desenvolvimento que estão ter um grande desenvolvimento industrial, como por exemplo a China e a Índia, e que também estão a desenvolver legislação para diminuir a emissão (libertação para a atmosfera) de dióxido de enxofre e óxidos de azoto. Ao contrário do que aconteceu na Europa, a motivação da China deverá ser os efeitos perversos que a poluição particulada tem na saúde pública, principalmente a nível do sistema respiratório. E à medida que estes países passem a controlar a emissão destes gases, os autores receiam que a temperatura média da Terra aumente mais do que (já) é esperado.

Nota: o estudo publicado pela revista Atmospheric Chemistry and Physics indica que a poluição particulada tem outras consequências a nível do clima, principalmente a nível da precipitação. Por um lado, ao refletir os raios solares incidentes, e impedir a sua “chegada” à superfície terrestre diminui a taxa de evaporação de água para a atmosfera. Por outro lado, ao actuar como agentes aglutinadores, o material particulado ajuda à formação de nuvens e promove a precipitação (chuva).

Terraços fresquinhos

Um estudo feito por investigadores do Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley e da NASA revela que a utilização de materiais mais claros em coberturas de edifícios e pavimentos diminui a energia emitida para o exterior como calor, reduzindo a temperatura média ambiente. Os resultados foram publicados na revista Environmental Research Letters.

Segundo este estudo a utilização de cores claras em edifícios e pavimentos de cidades do hemisfério norte com mais de 1 milhão de habitantes poderá corresponder a uma diminuição de emissão de CO2 (dióxido de carbono) em 57 biliões de toneladas métricas.

A figura em cima apresenta duas fotografias do mesmo local, em luz visível (canto superior esquerdo) e em infravermelho. Comparando-se as duas confirma-se que o pavimento escuro da estrada tem uma temperatura superior do que o pavimento mais claro. (Credito fotográfico: ASU National Center of Excellence for SMART Innovations)

A utilização de cores claras aumenta o albedo (capacidade de reflexão) de uma superfície, como é o caso de telhados, terraços, paredes e pavimentos. Uma superfície branca tem o valor máximo de albedo, 1,0 porque reflecte toda a luz. Uma superfície preta absorve toda a luz e tem um albedo nulo. Quanto maior o valor de albedo de uma superfície, menor a capacidade de retenção de energia como calor pela superfície, ou seja, menor a temperatura junto à superfície.

A superfície de um telhado preto (à esquerda) aquece até 43 ºC acima da temperatura do ar, enquanto a superfície de um telhado branco (à direita) aquece apenas 7 ºC. Além disso, com um telhado preto, existe um maior fluxo de calor, tanto para a atmosfera como para o interior dos edifício (o comprimento da seta é proporcional ao fluxo de calor).

Em média as cidades norte-americanas apresentam albedos que variam entre 0,09 e 0,27. O estudo publicado pela Environmental Research Letters revela que um aumento médio de albedo de 0,003 provoca uma diminuição de 0,008 ºC da superfície. O estudo foi feito recorrendo a um modelo gerado por computador da NASA, chamado Catchment Land Surface Model. Este modelo tem em consideração a topografia, temperatura média e formação de nuvens.

O aumento de albedo das superfícies de uma grande cidade também reduz o efeito de ilha de calor urbano. As cidades, principalmente as mais populosas e que ocupam grandes áreas, apresentam uma temperatura média superior à temperatura média de áreas não urbanas em seu redor. O calor emitido pelas cidades para a atmosfera devido a este efeito pode ficar sequestrado nas nuvens mais próximas (o vapor de água, principal constituinte das nuvens, tem um elevado efeito de estufa).

A diminuição da temperatura de uma superfície como um telhado ou terraço de um edifício leva também a uma menor temperatura média no seu interior. Assim edifícios com superfícies exteriores claras não vão depender tanto do funcionamento de aparelhos de ar condicionado. Desta forma as superfícies claras de edifícios contribuem directamente para a diminuição de emissão de dióxido de carbono.

Sites consultados:

http://newscenter.lbl.gov/news-releases/2010/07/19/cool-roofs-offset-carbon-dioxide-emissions/
http://www.infopedia.pt/$albedo

Na internet é também possível encontrar estudos sobre as ilhas de calor urbano em Lisboa, como este, de onde foi retirado o gráfico em baixo, que apresenta as variações em relação à temperatura média de Lisboa obtidos em noites com vento moderado de norte (a velocidade e direcção do vento é um factor muito importante neste caso). A mancha azul no centro à esquerda corresponde ao Parque de Monsanto, demonstrando a importância de manchas verdes para a diminuição da temperatura média da cidade.

Evasão do metano nos mares da Sibéria

A revista Science publicou recentemente (5 de março) as conclusões de um estudo realizado na região este da plataforma continental da Sibéria. Segundo Natalia Shakhova, uma das autoras do artigo, a quantidade de metano libertada nesta região é comparável à quantidade de metano libertada no conjunto dos outros oceanos da Terra.

As manchas brancas da figura anterior são bolhas de metano presas bor debaixo de uma camada de gelo, num lago gelado situado na Sibéria. O metano é um poderoso gás de efeito de estufa, com uma acção 25 vezes superior ao do dióxido de carbono (segundo a EPA, United States Environmental Protection Agency ou Agência de Protecção Ambiental Norte-Americana). Pensa-se que o metano é o maior constituinte dos hidratos de gás (um material natural, constituído por bolsas de gases “presas” em estruturas de moléculas de água), que por sua vez constituem a maior reserva de carbono orgânico na Terra. Os hidratos de gás contendo metano são chamados hidratos de metano.

A região Este da plataforma continental da Sibéria, no Árctico tem uma profundidade máxima de 50 metros. Nos períodos de temperaturas mais baixas, a consequente descida do nível da água do mar torna esta região livre de água. Como os solos são permafrost, os hidratos de metano presentes mantêm-se estáveis, não ocorrendo a libertação de metano para a atmosfera.

Nos períodos de temperaturas mais elevadas a plataforma continental é coberta de água, que se encontra a uma temperatura mais elevada que a temperatura do ar. O aumento de temperatura destabiliza os hidratos de metano, promovendo a libertação deste gás. A profundidade da plataforma continental (50 metros) é insuficiente para que o metano libertado seja todo oxidado a dióxido de carbono pelo oxigénio presente no mar, antes de atingir a superfície.

O artigo da Science refere que as concentrações de metano na atmosfera terrestre têm variado entre 0,3 a 0,4 ppm (partes por milhão) nos períodos de temperaturas mais baixas e 0,6 a 0,7 ppm nos períodos de temperaturas mais elevadas. Actualmente, o valor médio sobre o Árctico é de 1,85 ppm, a mais elevada concentração de metano registada nos últimos 400 mil anos.

Nota: A figura seguinte apresenta um esquema simplificado de representação de uma plataforma continental.

Créditos fotográficos e esquemáticos: (1) Jeff Chanton, Departamento de Oceanografia da FSU; (2) U.S. Geological Survey (adaptado); (3) wikipedia (adaptado).


Nota adicionada a 2 de Abril de 2010: A equipa de Shakhova descobriu mais de 100 pontos na região este da plataforma continental da Sibéria em que o metano é libertado do permafrost submerso. A quantidade de metano libertada nesta região, 7 milhões de toneladas por ano, corresponde a 2% do total de emissões a nível mundial.

Hidratos de metano, metano e mais metano.

Á temperatura ambiente o metano é um gás. É o principal componente do gás natural. É também um poderoso gás de efeito de estufa, com uma capacidade cerca de 25 vezes maior que o do dióxido de carbono.

Na natureza as maiores fontes de metano são regiões pantanosas, quando em condições de falta de oxigénio (ou seja, em condições de anaerobiose). O material orgânico (restos de animais e plantas) é decomposto por bactérias anaeróbias e forma-se metano. A produção de metano nas regiões pantanosas é um processo dependente da temperatura: quanto maior a temperatura ambiente maior a quantidade de metano produzido.

Nas condições certas de temperatura e pressão, grandes quantidades de metano (entre outros gases) podem ser “armazenadas” nos solos como hidratos de metano. Este material é constituído por moléculas de água formando estruturas em forma de gaiola, nas quais estão aprisionadas várias moléculas de metano. Um litro de hidrato de metano pode conter até 160 litros de metano.

A vista desarmada os hidratos de metano podem ser confundidos com gelo comum. Mas como se pode ver pela figura, ao contrário do gelo, o hidrato de metano “arde”.

Não se tem ainda a certeza da quantidade total de hidratos de metano existente na Terra. Pensa-se que os hidratos de gás (maioritariamente constituídos por metano) correspondem a mais de 50 % das reservas de carbono orgânico. Os EUA, o Canadá, o Japão, e outros países têm investigado a possibilidade de os hidratos de metano serem utilizados como fonte de combustível.

Actualmente sabe-se que os solos permafrost e os solos subaquáticos da região do Ártico são ricos em hidratos de metano. Nestes solos os hidratos de metano formam uma espécie de cimento que preenche os espaços livres entre os sedimentos e impede a passagem de gases para a atmosfera. Nos sedimentos marinhos a camada formada pelos hidratos de metano pode atingir alguns metros de espessura. A figura segunte apresenta uma amostra de solo contendo hidrato de metano (Estado de Oregon, EUA).

Estudos científicos desenvolvidos na região do Árctico, tanto a nível da costa como a nível da plataforma continental revelam que o aumento da temperatura média terrestre e (também) o consequente aumento do nível médio das águas do mar têm criado alterações, a nível de temperatura, suficientes para destabilizar as camadas de hidratos de metano, tanto nos solos terrestres como marinhos. Os hidratos de metano “desfazem-se” libertando enormes quantidades de metano para a atmosfera.

Esta situação é considerada muito grave devido a acção do metano como gás de efeito de estufa. Para além disso não se conhece actualmente a quantidade total de hidratos de metano presente na Terra. Investigadores de todo o mundo receiam que os hidratos de metano se tornem a maior fonte de metano no mundo, ultrapassando as regiões pantanosas (o maior contribuidor natural de metano atmosferico) ou até todas as fontes antropogénicas (ou seja que resultam directamente de actividade humana) juntas.

Créditos fotográficos e esquemáticos: (1) wikipedia (adaptado) ; (2) U.S. Department of Energy; (3) U.S. Geological Survey (adaptado); (4) wikipedia (adaptado).

Nota: Esta página (em inglês) do site da Epa tem lincks para outras páginas com informação diversa sobre o metano.

O efeito de estufa explicado em 438 palavras e 1 figura.

A luz solar não é toda igual. É um conjunto de “luzes” a que damos nomes que dependem do seu comprimento de onda (c.d.o.). A luz visível é aquela a que os olhos humanos são sensíveis. Alguns animais (como por exemplo os insectos) são sensíveis à luz ultravioleta (que tem um c.d.o. maior que a da luz visível), também referida como luz UV. Outros animais conseguem ver luz infravermelha ou luz IV (com c.d.o. menor que o da luz visível). Já o Super-Homem tem visão Raios X (uma luz com c.d.o. maior que o da luz ultravioleta).

No entanto, independentemente da sua composição, quando chega à superfície terrestre, a luz solar sofre um de dois fins. Ou é reflectida (mantendo-se o seu c.d.o. igual) ou é absorvida. A luz absorvida pela superfície terrestre é posteriormente reemitida como luz infravermelha. Algumas das moléculas presentes na atmosfera têm a capacidade para absorver a luz IV e reemiti-la mais tarde.

Diferentes tipos de luz têm diferentes “capacidades”: a luz ultravioleta em excesso provoca cancro da pele, sem luz visível os humanos não vêem e a luz infravermelha “aquece”. Assim quando as moléculas presentes na atmosfera reemitem a luz infravermelha a temperatura da atmosfera aumenta. Chama-se a isto o efeito de estufa.

O efeito de estufa, por si só, é um factor benéfico que permite a existência da vida tal como a conhecemos. Sem o efeito de estufa a temperatura média do planeta Terra seria 30 ºC mais baixa, e a água encontrar-se-ia quase toda no estado sólido. Mas o efeito do efeito de estufa depende do número de moléculas que conseguem absorver e reemitir luz infravermelha presentes na atmosfera. Quanto maior for o número destas moléculas, maior será a temperatura média da Terra.

O aumento do efeito de estufa provoca o aumento da temperatura média da Terra. Este facto traz consequências como o aumento do nível médio da água do mar e as alterações climáticas, incluindo o aumento da temperatura. Um aumento médio de 5 ºC poderá ter consequências catastróficas.

O efeito de estufa é provocado por várias substâncias existentes na atmosfera, chamados gases de estufa, como o vapor de água, o metano, o óxido nítrico, o ozono e, o mais famoso, o dióxido de carbono. Os níveis destes gases têm aumentado consideravelmente (pode-se mesmo dizer exponencialmente) desde o início da Revolução Industrial, à mais de 200 anos atrás.

Os níveis dos gases de estufa têm aumentado desde o início da revolução industrial, resultado das actividades humanas. O efeito mais devastador é o do dióxido de carbono, que resulta principalmente da combustão de combustíveis fósseis como o carvão e o petróleo.

P.S.: A imagem deste post foi adaptada. A imagem original encontra-se aqui.

A camada de ozono não se está a rir!

O óxido nitroso recebeu o cognome de gás hilariante, devido ao seu efeito de descontracção sobre a pessoa que o usa. Este gás tornou-se famoso pela sua “participação” no filme Velocidade Furiosa (no original The fast and the furious). Neste filme de carros de corrida de rua é utilizada uma botija deste gás quando que se pretende obter ainda maior velocidade na estrada.

O óxido nitroso é também um conhecido gás de efeito de estufa. Mas poucos estão a par do papel do óxido nitroso como destruidor da camada de ozono. Esta situação irá mudar em breve.

Os CFCs (clorofluorcabonetos) são considerados responsáveis pelo aumento do buraco de ozono desde que este foi descoberto. Em 1971 foi acordado o protocolo de Montreal, tendo vários países comprometido-se a proibir a utilização de CFCs. Como os CFCs não são produzidos naturalmente a implementação deste protocolo contribuiu de forma decisiva para a redução da emissão de CFCs para a atmosfera.

Com a diminuição do nível de CFCs na estratosfera (zona da atmosfera onde se situa a camada de ozono), a actuação de outros destruidores da camada de ozono esta a tornar-se mais evidente. E o mais importante parece ser o óxido nitroso.

Na verdade o óxido nitroso não é directamente responsável pela destruição da camada de ozono. Mas ao reagir com o oxigénio presente na estratosfera forma-se óxido nítrico, que ataca o ozono. E, paradoxalmente, a diminuição do nível de CFCs torna a acção do óxido nitroso mais perniciosa, porque, quando em conjunto, estas substâncias “cancelam” a acção uma da outra.

Ao contrário do que acontece com os CFCs, o óxido nitroso pode ser produzido e libertado por processos naturais (que em geral envolvem a acção de bactérias). Mas actualmente a libertação de óxido nitroso devido à actuação humana corresponde a quase 40% do total, valor com tendência a aumentar. Contrariar esta tendência será difícil, tendo em conta que a libertação de óxido nitroso resulta (entre outros) da queima de combustíveis fosseis (carvão, petróleo e derivados) e da actividade agrícola.


Nota: para saber mais sobre o óxido nitroso e compreender melhor o seu papel na destruição da camada de ozono pode consultar este artigo da revista Science.

Cimento 3D

Desde a antiguidade o cimento é utilizado na construção de edifícios e outras estruturas. No entanto embora seja conhecida a composição do cimento, ainda não era conhecida a sua estrutura a nível molecular. Agora, um estudo com o título A realistic molecular model of cement hydrates apresentado na revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) apresenta uma proposta para a estrutura tridimensional do cimento a três dimensões. O estudo foi financiado pela Cimpor, empresa portuguesa envolvida na produção de cimento.

O conhecimento da estrutura molecular do cimento é importante para melhorar a sua qualidade e tornar possível a produção de cimento adaptado às características das obras em que é aplicado. A nível ambiental poderá também contribuir para a diminuição da emissão de dióxido de carbono relativa à produção de cimento, que actualmente corresponde a mais de 5% do total a nível mundial. O dióxido de carbono é o maior contribuinte para o aumento do efeito de estufa.

O cimento é constituído por cal (óxido de cálcio), sílica e água. No artigo é apresentada a “formula química” do cimento e é proposto um modelo da sua estrutura molecular que, quando testado, apresenta resultados que estão de acordo com as características (propriedades) físicas do cimento. Também é proposto um papel muito importante para a água presente no cimento. Á água torna o cimento duro e impede que o cimento rache.

Os autores do artigo dizem que se pode fazer uma analogia entre a estrutura molecular do cimento e a estrutura cristalina de um mineral raro, a tobermorita. Tanto o cimento como a tobermorita são constituídos por uma sequência alternada de camadas de sílica e camadas de óxido de cálcio. No entanto, ao contrário do que acontece com a tobermorita, no cimento elementos da camada de sílica “intrometem-se” na camada de óxido de cálcio. Esta estrutura leva a uma classificação mista do cimento: no interior de cada camada comporta-se como um líquido amorfo (como se fosse vidro) mas entre camadas comporta-se como um sólido cristalino (como o sal de cozinha).

Sobre pressão o cimento não racha facilmente. Este facto deve-se à presença de moléculas de água entre as camadas de sílica e de óxido de cálcio do cimento. Neste caso as moléculas de água servem como uma espécie de lubrificante, permitindo o deslizamento de camadas adjacentes. As moléculas de água presentes no cimento também são responsáveis pela sua rigidez. Este facto deve-se à presença de moléculas de água dentro das camadas de óxido de cálcio, como consequência da intromissão de elementos de silício nesta camada.

A notícia sobre o artigo científico encontra-se aqui.
O artigo encontra-se acessível online (em pdf) aqui.