Imagine um edifício inteiro de 20 andares em concreto que pode armazenar energia como uma bateria gigante. Graças à pesquisa exclusiva da Chalmers University of Technology, na Suécia, tal visão um dia poderá se tornar realidade. Pesquisadores do Departamento de Arquitetura e Engenharia Civil publicaram recentemente um artigo delineando um novo conceito para baterias recarregáveis ​​- feitas de cimento.

A necessidade cada vez maior de materiais de construção sustentáveis ​​apresenta grandes desafios para os pesquisadores. A Dra. Emma Zhang, ex-integrante da Chalmers University of Technology, na Suécia, juntou-se ao grupo de pesquisa do professor Luping Tang há vários anos para pesquisar os materiais de construção do futuro. Juntos, eles conseguiram desenvolver um conceito pioneiro mundial para uma bateria recarregável à base de cimento.

O conceito envolve primeiro uma mistura à base de cimento, com pequenas quantidades de fibras curtas de carbono adicionadas para aumentar a condutividade e a tenacidade à flexão. Então, embutida na mistura está uma malha de fibra de carbono revestida de metal – ferro para o ânodo e níquel para o cátodo. Depois de muita experimentação, este é o protótipo que os pesquisadores agora apresentam.

“Os resultados de estudos anteriores que investigaram a tecnologia de bateria de concreto mostraram um desempenho muito baixo, então percebemos que tínhamos que pensar fora da caixa, para encontrar outra maneira de produzir o eletrodo. Esta ideia particular que desenvolvemos – que também é recarregável – nunca foi explorada antes. Agora temos uma prova de conceito em escala de laboratório ”, explica a doutora Emma Zhang, anteriormente no Departamento de Arquitetura e Engenharia Civil da Chalmers University of Technology, e agora Cientista de Desenvolvimento Sênior na Delta da Suécia“ .

“Estamos convencidos de que este conceito é uma excelente contribuição para permitir que futuros materiais de construção tenham funções adicionais, como fontes de energia renováveis ​​”, diz Luping Tang, professor do Departamento de Arquitetura e Engenharia Civil da Chalmers University of Technology.

A pesquisa de Luping Tang e Emma Zhang produziu uma bateria recarregável à base de cimento com uma densidade de energia média de 7 watts por metro quadrado (ou 0,8 watts por litro). A densidade de energia é usada para expressar a capacidade da bateria, e uma estimativa modesta é que o desempenho da nova bateria Chalmers poderia ser mais de dez vezes o das tentativas anteriores de baterias de concreto. A densidade de energia ainda é baixa em comparação com as baterias comerciais, mas essa limitação pode ser superada graças ao grande volume no qual a bateria pode ser construída quando usada em edifícios.

Uma chave potencial para resolver problemas de armazenamento de energia

O fato de a bateria ser recarregável é sua qualidade mais importante, e as possibilidades de utilização se o conceito for desenvolvido e comercializado são quase surpreendentes. O armazenamento de energia é uma possibilidade óbvia, o monitoramento é outra. Os pesquisadores veem aplicações que podem variar desde alimentar LEDs, fornecer conexões 4G em áreas remotas ou proteção catódica contra corrosão em infraestrutura de concreto.

“Também poderia ser acoplado a painéis de células solares, por exemplo, para fornecer eletricidade e se tornar a fonte de energia para sistemas de monitoramento em rodovias ou pontes, onde sensores operados por uma bateria de concreto poderiam detectar rachaduras ou corrosão”, sugere Emma Zhang.

O conceito de utilizar estruturas e edifícios desta forma pode ser revolucionário, pois ofereceria uma solução alternativa à crise energética, ao disponibilizar um grande volume de armazenamento de energia.

O concreto, que é formado pela mistura de cimento com outros ingredientes, é o material de construção mais usado no mundo. Do ponto de vista da sustentabilidade, está longe de ser o ideal, mas o potencial de adicionar funcionalidade pode oferecer uma nova dimensão. Comentários de Emma Zhang:

“Temos a visão de que, no futuro, essa tecnologia poderá permitir seções inteiras de edifícios de vários andares feitos de concreto funcional. Considerando que qualquer superfície de concreto poderia ter uma camada deste eletrodo embutida, estamos falando de enormes volumes de concreto funcional. ”

Os desafios permanecem com os aspectos de vida útil

A ideia ainda está em um estágio muito inicial. As questões técnicas que ainda precisam ser resolvidas antes que a comercialização da técnica seja uma realidade incluem a extensão da vida útil da bateria e o desenvolvimento de técnicas de reciclagem. “Como a infraestrutura de concreto geralmente é construída para durar cinquenta ou até cem anos, as baterias precisariam ser refinadas para corresponder a isso ou para serem mais fáceis de trocar e reciclar quando sua vida útil terminar. Por enquanto, isso oferece um grande desafio do ponto de vista técnico ”, diz Emma Zhang.

Mas os pesquisadores estão esperançosos de que sua inovação tenha muito a oferecer. “Estamos convencidos de que este conceito é uma grande contribuição para permitir que os futuros materiais de construção tenham funções adicionais, como fontes de energia renováveis”, conclui Luping Tang.

Referência: “Bateria de concreto recarregável” por Emma Qingnan Zhang e Luping Tang, 9 de março de 2021, Edifícios.
DOI: 10.3390/buildings11030103

O projeto de pesquisa foi financiado pela Agência Sueca de Energia (Energimyndigheten).

Mais informações técnicas sobre a bateria recarregável à base de cimento

Os pesquisadores desenvolveram um protótipo para uma bateria recarregável à base de cimento, com uma densidade de energia média de 7 Wh / m2 (ou 0,8 Wh / L) durante seis ciclos de carga e descarga. Eles testaram várias combinações para os eletrodos e descobriram que um ânodo de ferro e um cátodo de óxido à base de níquel produziam os melhores resultados. A condutividade da mistura à base de cimento para o eletrólito foi aumentada pela adição de fibras curtas de carbono, experimentando com diferentes proporções para encontrar uma mistura ótima de cerca de 0,5% de fibra de carbono.

Fonte: Chalmers University of Technology – 18 de maio de 2021

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A areia é o segundo recurso natural mais utilizado atrás da água.

A areia é o segundo recurso natural mais utilizado atrás da água. É de grande importância na indústria da construção. À medida que a urbanização se espalha pelo mundo, são necessários mais materiais de construção para construir infraestrutura nas áreas urbanas. As previsões para o ano de 2019 do Conselho de Política Empresarial Global da AT Kearney afirmam: “Dois terços do material de construção são concretos, que são compostos por dois terços de areia”. Mas não apenas a indústria da construção depende fortemente de um suprimento constante de areia, mas também o processo de fraturamento precisa de muita areia para extrair petróleo ou gás. Portanto, o Business Insider argumenta que a areia se tornará a mercadoria do século XXI e a moldará de maneira semelhante ao petróleo no século XX.

Normalmente, a areia é fornecida por fontes locais, uma vez que os custos de transporte representam 70% dos custos totais no comércio internacional de areia. No entanto, recentemente, alguns países tiveram que importar a mercadoria para atender às suas demandas domésticas. Famosamente, os Emirados Árabes Unidos importam toneladas de areia da Austrália para concluir seus projetos de infraestrutura. As importações de areia do Catar somam US $ 6 bilhões a cada ano. Além disso, o Vietnã espera ficar sem areia em 2020 e depois se tornar um importador de areia. A escassez de areia em certas regiões leva a aumentos nos preços da areia em todo o mundo. Na Índia, a escassez levou a um aumento de 100 a 150 por cento nos preços da areia em dois anos. Os preços de cimento e concreto subiram quase 70% nos últimos 14 anos nos EUA. Especialmente nos mercados emergentes, onde a urbanização galopou nos últimos anos, os preços mais altos pressionam as empresas de construção. Os preços crescentes também chamaram a atenção de grupos criminosos, a chamada máfia da areia. Eles ilegalmente extraem areia em praias, ilhas e leitos de rios e depois a vendem no mercado negro.

Além disso, a mineração (ilegal) ou areia leva a várias questões ambientais. Em primeiro lugar, os habitats naturais para animais e plantas ameaçadas de extinção são destruídos. Em segundo lugar, as inundações ficam piores quando a areia é removida na área. Em terceiro lugar, as piscinas de água parada criadas pela extração de areia contribuem para a disseminação da malária e de outras doenças. Essas consequências podem ser descritas como “tragédia dos comuns”. Como a areia é principalmente desregulada, os operadores tendem a obter lucros máximos sem levar em consideração efeitos externos ou sua exploração. Portanto, os cientistas argumentam que a extração de areia deve ser monitorada de perto. Grupos ambientalistas, como o Greenpeace, argumentam que os regulamentos precisam ser elaborados e aplicados. Isso poderia levar a mais estabilidade ambiental. Além disso, permitiria um desenvolvimento econômico mais estável. No entanto, até agora, quase não houve ações para regular as atividades de mineração de areia que disparam os céus e suas consequências.

É mais promissor investir em empresas que produzem areia ou fazem parte da cadeia de fornecimento de areia, por ex. produtores de cimento ou areia fraturada.

Investindo na areia

Investir na areia não é tão fácil quanto investir em outras commodities. Embora, no total, entre 15 e 20 toneladas de areia sejam usadas em todo o mundo a cada ano, quase não existem opções de investimento para a areia. Outras mercadorias são negociadas globalmente usando contratos futuros e outros instrumentos financeiros. A falta de um mercado global de areia se deve ao seu alto peso comparado ao seu custo, o que torna a movimentação e a falha bastante caras. Portanto, para se beneficiar da areia como uma mercadoria, é mais promissor investir em empresas que produzem areia ou fazem parte da cadeia de fornecimento de areia, por exemplo, produtores de cimento ou areia fraturada. Os possíveis investimentos nesse campo podem ser a US Silica Holdings, a Vulcan Materials Company, a Martin Marietta Materials, a Fairmount Santrol Holdings e a Cemex.

Conforme descrito acima, a areia registra um aumento nos preços em todo o mundo. Além disso, como a urbanização é uma das principais tendências deste século, a demanda aumentará ainda mais nos próximos anos. Além disso, os substitutos da areia geralmente são mais caros que a areia e, portanto, a areia parece ser um investimento seguro. No entanto, existe a ameaça de que os reguladores possam elaborar regras mais estritas sobre extração ou areia, o que pode levar a custos de produção mais altos. Em suma, a areia tem potencial para se tornar a mercadoria do século XXI. No entanto, a partir de agora, os investidores precisam ser mais criativos se quiserem investir na areia como uma mercadoria. Além disso, é questionável se haverá um mercado global de areia como os de outras commodities. Hoje em dia, a areia é simplesmente muito pesada para ser transportada por um preço razoável.

Links Relacionados:

• Link 1 – A global sand shortage could cause damaging effects to our rapidly urbanizing world ( BUSINESS INSIDER )
• Link 2 – A looming tragedy of the sand commons ( SCIENCE MAGAZINE )
• Link 3 – Sand depletion ( GREENPEACE )
• Link 4 – Is the world running out of sand? The truth behind stolen beaches and dredged islands ( THE GUARDIAN )
• Link 5 – Prediction #7, A sand shortage will grind the gears of the global construction industry. ( GBPC )
• Link 6 – Demand for Frac Sand and Concrete Drives Scarcity ( INVESTOPEDIA )

Fonte: Sand – The Commodity of the 21st Century? – Risk Magazine

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É usada principalmente na indústria da construção (concreto, cimento, vidro), mas também para construir estradas, chips eletrônicos ou painéis fotovoltaicos.

O único tipo de areia que pode ser utilizado na construção de edifícios é a areia costeira porque é composta de grãos irregulares que podem se aglomerar (ao contrário da areia do deserto com grãos que são de forma redonda e lisa).

Esta indústria consome 80% da areia utilizada no mundo.

Estima-se que nos últimos 5 anos, a China tenha usado mais areia do que os EUA em 1 século, somente na indústria da construção.

Os Emirados Árabes Unidos também são grandes consumidores. Somente a cidade de Dubai importou 500 milhões de toneladas de areia para construir o “The World”, seu arquipélago de ilhas artificiais.

A cada ano, mais de 75 000 000 000 (bilhões) de toneladas de areia são extraídas das costas.

Neste este ritmo, acredita-se que em 2100, as praias como nós as conhecemos desaparecerão completamente.

Este “desaparecimento da areia” refere-se a todas as costas do mundo.

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