Resumo:
Pesquisadores do Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Zurique desenvolveram uma nova tecnologia de fabricação de materiais de construção que utiliza bactérias vivas para combinar grãos de areia soltos em componentes de construção fortes. Ao contrário da produção tradicional de cimento, que consome muita energia e é queimada a altas temperaturas, esta tecnologia, chamada biocimentação, pode completar a solidificação mineral à temperatura ambiente e espera-se que forneça uma solução de fabrico de materiais mais amiga do ambiente para a indústria da construção.
O cimento é um dos materiais básicos mais importantes na indústria da construção moderna, mas a produção do cimento Portland tradicional requer o aquecimento das matérias-primas a altas temperaturas, consumindo muita energia e produzindo consideráveis emissões de dióxido de carbono. Portanto, encontrar materiais alternativos que possam reduzir o consumo de energia e as emissões de carbono sempre foi uma direção importante no campo da investigação de materiais de construção. A ideia central desta pesquisa não é redesenhar o processo tradicional de queima de cimento, mas usar as atividades metabólicas dos próprios microrganismos para formar minerais naturais entre os grãos de areia e combinar as partículas originalmente soltas em um todo com uma certa força.
A bactéria usada pela equipe de pesquisa chama-se Sporosarcina pasteurii. Nas condições certas, esta bactéria pode promover a formação de carbonato de cálcio. O carbonato de cálcio é amplamente encontrado em materiais naturais como calcário, giz e conchas. Quando precipita e forma pequenos cristais entre os grãos de areia, atua como um aglutinante mineral, conectando os grãos de areia para formar um material sólido com certa resistência.
Esse processo é chamado de precipitação de carbonato de cálcio induzida microbianamente, ou MICP, e também é conhecido como tecnologia de biocimentação. Anteriormente, os pesquisadores tentaram usá-lo em áreas como reforço de solo, estabilização de fundações e reparo de fissuras de concreto. O que há de diferente nesta pesquisa da ETH Zurich é que ela tenta processar diretamente a areia em materiais de construção independentes, em vez de apenas usar bactérias para melhorar as propriedades dos materiais existentes.
A equipe de pesquisa, liderada por Karen Antorveza Paez, propôs dois métodos de fabricação. O primeiro método combina tecnologia de biocimentação com impressão 3D. Os pesquisadores desenvolveram uma biotinta especial que contém água, areia, bactérias vivas e ingredientes químicos relacionados. A mistura tem consistência gelatinosa e pode ser moldada em formatos pré-determinados usando equipamento de impressão 3D para criar componentes de construção estruturalmente complexos.
Após a impressão, os componentes precisam ser imersos em solução contendo uréia e cloreto de cálcio por cerca de três dias. Durante esse processo, as bactérias promovem a formação de cristais minerais, que gradualmente coalescem os grãos de areia. Posteriormente, os blocos de construção são secos à temperatura ambiente durante cerca de dois dias, as bactérias já não permanecem activas e finalmente forma-se uma estrutura sólida. Todo o processo, desde a impressão até a cura completa, leva cerca de cinco dias e não requer o uso de equipamentos tradicionais de queima de alta temperatura.
Os pesquisadores compararam o processo a fazer um bolo: o material inicialmente formado permanece macio e facilmente deformável, exigindo processamento posterior para obter uma estrutura forte. A diferença é que a panificação tradicional depende do calor para completar a cura, enquanto esta tecnologia depende de bactérias para promover a produção mineral e completar uma transformação semelhante à temperatura ambiente.
O segundo método utiliza tecnologia de pulverização robótica. O braço robótico pulveriza areia, bactérias e materiais necessários para a mineralização na superfície alvo em sequência, formando uma estrutura multicamadas por meio de superposição repetida. À medida que o carbonato de cálcio se acumula, as camadas de areia se combinam para formar uma superfície sólida ou componente de construção. A equipa de investigação manteve o sistema em funcionamento contínuo durante seis meses, demonstrando o seu potencial para automatizar o trabalho e reduzir a dependência da intervenção humana contínua.
Ambos os métodos têm seus próprios cenários aplicáveis. A impressão 3D é mais adequada para a fabricação de peças de construção com formas complexas e geometrias específicas, enquanto a pulverização robótica é mais adequada para materiais de construção, camada por camada na superfície. A equipe de pesquisa usou essa tecnologia para criar componentes de fachadas de edifícios, que deverão ser usados em componentes de construção, como instalações de sombreamento e paredes divisórias no futuro.
No entanto, esta tecnologia ainda está longe de ser aplicada comercialmente em larga escala. Uma questão importante são os subprodutos do processo de fabricação. As soluções mineralizadas utilizadas nos métodos de impressão 3D produzem substâncias à base de amônio que podem ser prejudiciais ao meio ambiente se não forem manuseadas adequadamente. Os investigadores precisam de encontrar métodos eficazes de reciclagem ou neutralização para aumentar ainda mais a produção, caso contrário os benefícios ambientais deste material podem ser limitados.
A resistência do material também é uma questão fundamental que precisa ser resolvida. Atualmente, a equipe de pesquisa acredita que esse tipo de biocimento está mais próximo da argamassa do que de um material estrutural que pode substituir diretamente o concreto resistente. A argamassa é usada principalmente para unir tijolos e preencher juntas, enquanto o concreto é amplamente utilizado em estruturas estruturais, como pisos, colunas e fundações. Para utilizar o biocimento numa gama mais ampla de projetos de construção, é necessária uma verificação mais aprofundada das suas propriedades mecânicas, durabilidade a longo prazo e estabilidade sob diferentes condições ambientais.
Além disso, o tamanho dos grãos de areia e a forma como os grãos estão dispostos afetam as propriedades do material final. Os pesquisadores ainda estão explorando como obter resistência e propriedades estruturais mais estáveis, ajustando as matérias-primas e os parâmetros de fabricação. Isto significa que pesquisas futuras não precisarão apenas melhorar o processo de mineralização induzida por bactérias, mas também estabelecer padrões de design de materiais e controle de qualidade adequados para diferentes usos na construção.
Apesar dessas limitações, esta pesquisa demonstra uma nova direção na fabricação de materiais de construção: a conversão de materiais granulares naturais em componentes de construção com formas e propriedades específicas, usando microorganismos para guiar o crescimento de minerais entre as partículas. Se questões como o tratamento de subprodutos, a resistência dos materiais e a produção em grande escala puderem ser resolvidas no futuro, espera-se que a tecnologia de biocimentação seja aplicada à produção de algumas argamassas e componentes de construção tradicionais, reduzindo a dependência de processos de fabrico com elevado consumo de energia.
Em comparação com a substituição direta do concreto tradicional, uma meta mais realista de curto prazo desta tecnologia é entrar primeiro em campos de aplicação, como componentes não principais de suporte de carga e materiais de superfície de construção. Os resultados da equipa de investigação mostram que as bactérias podem não só participar no reforço do solo e na reparação de edifícios, mas também podem tornar-se numa ferramenta para o fabrico de novos materiais de construção, proporcionando outro caminho técnico para reduzir o consumo de energia e as emissões de carbono na indústria da construção.
Comentários