Betão com fezes humanas pode reforçar o cimento

O betão é, literalmente, a base do mundo moderno.

Quase todos os projetos de construção em todo o mundo recorrem a este material de alguma forma. Contudo, há um problema enorme: produzir cimento, um dos seus ingredientes fundamentais, é extremamente prejudicial para o ambiente.

Porque é que o cimento é um problema ambiental

O aquecimento e processamento de calcário para fabricar cimento estão entre as maiores fontes mundiais de emissões de dióxido de carbono. Por isso, é compreensível que os cientistas procurem formas de reduzir este problema.

Investigadores liderados pelo engenheiro civil Raghuvesh Tiwari, da Manipal University Jaipur, na Índia, poderão ter encontrado uma solução engenhosa capaz de resolver dois problemas ambientais de uma só vez.

Ao incorporarem biocarvão produzido a partir de lamas de fezes humanas processadas em estações de tratamento de lamas fecais, o seu betão «proporciona melhorias significativas nas propriedades do betão», escrevem num artigo aceite para publicação na Scientific Reports.

A utilidade extraordinária do betão resulta da conjugação de várias características. Enquanto está húmido, é moldável e pode ser vertido em praticamente qualquer formato; depois de endurecer, torna-se num material suficientemente resistente para suportar cargas enormes e durável o bastante para perdurar durante décadas - ou milénios.

Habitualmente, é produzido com alguns componentes em proporções específicas: areia, gravilha, água e o próprio cimento, fabricado sobretudo a partir de calcário.

Infelizmente, esta combinação de ingredientes exige precisão. Alterar as proporções ou substituir parte do cimento por outro material pode resultar num betão menos resistente ou durável do que o convencional. Um material que racha literalmente sob pressão terá pouca utilidade na construção.

Um dos substitutos do cimento que tem mostrado maior potencial é o biocarvão, um material rico em carbono obtido através do aquecimento de matéria orgânica num ambiente pobre em oxigénio.

Uma das vantagens do biocarvão é poder ser produzido a partir de muitos tipos de matéria orgânica.

E os seres humanos geram uma quantidade considerável desse material: até cerca de 400 gramas de fezes por pessoa, por dia. Individualmente, não parece muito, mas, quando vários milhões de pessoas o fazem, é quase espantoso que os sistemas de esgotos funcionem tão bem como funcionam.

De qualquer modo, todas essas toneladas diárias de fezes têm de ir para algum lado, e é aqui que as peças começam a encaixar.

Biocarvão de lamas fecais para produzir betão

Na Índia, foram criadas estações de tratamento de lamas fecais para gerir os resíduos humanos em segurança. Estes resíduos podem ser transformados em biocarvão por pirólise, pelo que os investigadores pensaram: se serradura, madeira, casca de arroz e outros biocarvões funcionam na produção de betão, porque não as fezes?

Para testar a ideia, Tiwari e os seus colegas obtiveram biocarvão de lamas fecais numa estação de tratamento em Warangal, na Índia.

Para produzir o biocarvão, as lamas fecais são secas e, em seguida, aquecidas num ambiente com pouco oxigénio, a temperaturas entre 350 e 450 graus Celsius, para formar biocarvão. Depois, o material é moído e peneirado até se obter um pó fino.

Os investigadores usaram esse pó para substituir diferentes quantidades de cimento - 5, 10 e 15 por cento - em betão convencional. Posteriormente, submeteram o betão com fezes a uma série de ensaios para avaliar a sua resistência.

E, surpreendentemente, uma pequena quantidade de fezes melhorou o betão.

A equipa mediu a retração, a resistência à compressão, a resistência à flexão, a absorção de água e a porosidade das diferentes misturas, e foi neste ponto que os resultados se tornaram particularmente interessantes.

De modo geral, o betão mais resistente foi obtido quando 5 por cento do cimento foi substituído por biocarvão de fezes.

Mas o betão com fezes revelou outra característica interessante: continuou a ganhar resistência de forma substancial à medida que endurecia. Os investigadores relatam que, ao fim de 91 dias, a mistura com 5 por cento registou aumentos médios de 20 por cento na resistência à compressão e de 36 por cento na resistência à flexão.

Com uma substituição de 10 por cento do cimento, os aumentos foram ainda superiores: 21 por cento na resistência à compressão e uns impressionantes 42 por cento na resistência à flexão.

Resistência do betão com fezes e respetivos limites

O ganho de resistência do betão com fezes não pareceu comprometer algumas das outras propriedades avaliadas pela equipa.

Com 5 por cento de substituição, o material absorveu, em geral, menos água e apresentou menor porosidade do que o betão convencional, além de uma menor retração durante a secagem. Com 10 por cento, o seu desempenho continuou a ser, em termos gerais, comparável ao do betão comum.

No entanto, há - não há sempre? - algo como fezes a mais.

Quando 15 por cento do cimento foi substituído, o betão continuou a ganhar resistência enquanto endurecia, mas a sua resistência global ficou abaixo das versões com 5 e 10 por cento.

Então, porque é que adicionar uma pequena quantidade de fezes torna o betão mais resistente?

Os investigadores consideram que estão envolvidos vários efeitos. Por um lado, o biocarvão de fezes é muito poroso e está repleto de minúsculas cavidades capazes de absorver água e libertá-la gradualmente à medida que o betão endurece.

Na prática, as partículas de biocarvão funcionam como pequenos reservatórios internos, mantendo água disponível para as reações químicas que endurecem e reforçam o cimento.

Mas as fezes não se limitam a reter água.

O biocarvão é rico em sílica, que pode reagir com compostos gerados durante o endurecimento do cimento e formar mais silicatos de cálcio, substâncias que ajudam a conferir resistência ao betão.

Por outras palavras, tem comportamento pozolânico - a mesma classe abrangente de reações químicas aproveitada no famoso betão da Roma Antiga, mas, bem, com fezes humanas em vez do material vulcânico utilizado pelos romanos.

Por fim, as partículas finas de biocarvão podem preencher os espaços vazios no betão e melhorar a forma como os seus ingredientes se compactam e se ligam entre si.

Os investigadores conseguiram observar esse resultado ao microscópio. O betão com 5 por cento de biocarvão apresentava uma estrutura mais densa e com ligações mais firmes do que o betão convencional.

Contudo, com 15 por cento, essa estrutura começou a degradar-se, surgindo mais poros, fissuras e zonas com ligações deficientes.

Ainda assim, ninguém vai começar a construir arranha-céus de betão com fezes amanhã. Os investigadores salientam que é necessário realizar mais trabalho para avaliar o desempenho do material em condições reais, incluindo ciclos de congelação e descongelação, salinidade e temperaturas extremas.

Existe também a questão da acumulação de metais pesados, um problema conhecido das lamas de esgotos. Confinar metais pesados potencialmente nocivos dentro do betão poderá ser uma vantagem, mas não se sabe até que ponto permanecerão retidos ou se poderão ser libertados por lixiviação ao longo do tempo.

O estudo também não avaliou o impacto deste método nas emissões de carbono.

Ainda assim, substituir mesmo uma fração do cimento do betão por um material produzido a partir de um fluxo de resíduos que os seres humanos geram em quantidades inesgotáveis poderá, potencialmente, enfrentar dois problemas em simultâneo.

E, se há algo que podemos esperar que os seres humanos produzam de forma consistente e em grandes quantidades, são definitivamente fezes.

A investigação foi aceite para publicação na Scientific Reports.

Este artigo foi verificado quanto aos factos por Rebecca Dyer e editado por Rebecca Dyer. Embora nos orgulhemos do nosso processo, somos apenas humanos. Se detetar um erro, informe-nos, por favor.