CIMENTO TIPO PORTLAND: UMA
APLICAÇÃO DA ANÁLISE DO CICLO
DE VIDA SIMPLIFICADA
elbert muller nigri (UFMG)
elbertnigri@yahoo.com.br
Eduardo Romeiro Filho (UFMG)
romeiro@ufmg.br
Sonia Denise Ferreira Rocha (UFMG)
sdrocha@demin.ufmg.br
No ritmo e sistemas atuais de produção e consumo tem-se uma situação que num futuro próximo culminará no fim dos recursos naturais e na completa mudança do mundo como se conhece. Tal situação pode ser evitada aliando-se o consumo conscientee a um sistema de produção sustentável. Para alteração do sistema produtivo se faz necessário sua análise onde se indiquem etapas da produção que são nocivas ao meio ambiente. Este trabalho apresenta uma aplicação simples da Análise do Ciclo de Vida - ACV que consiste numa ferramenta avaliativa dos impactos ambientais gerados durante todo ciclo de vida de um produto, bem como seus resultados. A análise demonstra que, durante o ciclo de vida do cimento tipo Portland, a etapa de fabricação de cimento se constitui num processo prejudicial ao ambiente onde se destacam o efeito estufa, causado pela queima de combustíveis fosseis, a contaminação por metais pesados devido a atividades mineradoras e a smog causada pela emissão de material particulado.
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Artigo 1. Introdução
Atualmente, o mundo globalizado apresenta uma sociedade voltada ao consumismo e a busca de um desenvolvimento tecnológico que acaba por proporcionar a geração de produtos cada vez menos duráveis e, de um mercado que se empenha em suprir essa demanda a todo custo. Custo esse que consiste na extinção de recursos naturais e na degradação do meio ambiente. Tal situação impõe que sejam feitas modificações na relação entre o homem e a natureza antes que se concretize um quadro sem retorno. O desenvolvimento sustentável se constitui numa proposta que busca a alteração do sistema produtivo, suprindo as necessidades da sociedade e garantindo a preservação de recursos naturais (RODRIGUES e ALMEIDA, 2007). Para alteração do sistema produtivo se faz necessário sua análise onde se indiquem etapas da produção que são nocivas ao meio ambiente e, após esta indicação, o próximo passo seria sua reformulação. Um dos principais métodos utilizados para avaliação dos impactos ambientais provocados pelos produtos industriais é chamado de Análise do Ciclo de Vida.
1.1. Histórico da Análise do Ciclo de Vida
Estudos envolvendo o ciclo de vida de produtos tiveram início na década de setenta nos EUA. Como na época a questão ambiental não era tida como prioridade, somente em meados dos anos oitenta houve uma maior preocupação quanto ao nível de degradação ambiental gerado na fabricação de determinados produtos. Com isso surgiram metodologias nas quais eram propostos cálculos de medição de impactos ambientais sendo que, a Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC) foi uma das grandes responsáveis pelo desenvolvimento dessas técnicas. Na década de noventa houve um notável crescimento desse estudo nos EUA e Europa e, o termo Life Cycle Assessment (LCA) passou a ser utilizado.
Como os impactos ambientais gerados pelo desenvolvimento econômico e industrial da sociedade passaram a ser vistos como um grande problema a ISO - International Organization for Standardization, com o apoio da SETAC, criou o Comitê Técnico TC 207 com o objetivo de desenvolver normas envolvendo questões ambientais. Surgiu então a série 14000 com a missão de estabelecer uma padronização de processos produtivos que utilizassem recursos extraídos do meio ambiente ou que gerassem algum dano ambiental. Abaixo são citadas normas ISO relacionadas com Análise do Ciclo de Vida (ACV).
ISO 14040: Environmental management -- Life cycle assessment -- Principles and Framework
ISO 14041: Environmental management -- Life cycle assessment -- Goal and scope definition and inventory analysis
ISO 14042: Environmental management -- Life cycle assessment -- Life cycle impact assessment
ISO 14043: Environmental management – Life cycle assessment -- Life cycle interpretation ISO/TR 14049: Environmental management -- Life cycle assessment -- Examples of application of ISO 14041 to goal and scope definition and inventory analysis
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ISO/TR 14047: Environmental management -- Life cycle impact assessment -- Examples of application of ISO 14042 (FERREIRA, 2004).
1.2. Descrição da Análise do Ciclo de Vida
A análise do ciclo de vida de produtos estuda a interação entre toda a vida do produto, desde a extração de matéria prima ao descarte, e o ambiente, procurando dimensionar os impactos gerados à natureza.
Num estudo ACV de um produto ou serviço, todas as extrações de recursos e emissões para o ambiente são determinadas, quando possível, numa forma quantitativa ao longo de todo o ciclo de vida, desde que "nasce" até que "morre" - “from cradle to grave”, sendo com base nestes dados que são avaliados os potenciais impactes nos recursos naturais, no ambiente e na saúde humana (FERREIRA,2004).
Figura 1 – Estágios do ciclo de vida e possíveis entradas e saídas no sistema.
1.3. Fases do ACV
De acordo com a norma ISO 14040 o ACV é composto das seguintes etapas: ISO 14040: Princípios e Estrutura:
ISO 14041: Definições de escopo e análise do inventário ISO 14042: Avaliação do impacto do ciclo de vida ISO 14043: Interpretação do ciclo de vida
(ISO 14040,2001)
1.3.1 Princípios e Estrutura
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1.3.2 Definições de escopo e análise do inventário
Na definição do escopo, o produto é caracterizado, seu processo de produção é descrito bem como os insumos utilizados em sua fabricação e, também as tecnologias envolvidas. A partir do processo produtivo são determinados sistemas e suas fronteiras delimitando as etapas que serão incluídas ou não no estudo. Os sistemas são divididos em subsistemas ligados entre si por fluxos de materiais, energia e descargas ambientais.
Os dados inclusos no estudo são colocados de acordo com a unidade funcional que estabelece uma referência entre entradas e saídas do sistema. Na etapa final de definição de escopo são estabelecidos quais os aspectos ambientais e categorias de impacto adotadas no estudo. Os aspectos ambientais estão associados ao consumo de recursos naturais, materiais secundários e energia e à emissão de resíduos, além de vibrações, radiação, odor e efluentes líquidos. (VALT,2004).
A análise do inventário se constitui na coleta e quantificação dos dados ou variáveis envolvidas no sistema. Esta etapa determina os fluxos, ou seja, as entradas e saídas de materiais no sistema. Assim, a qualidade do trabalho varia de acordo com a qualidade dos dados.
1.3.3 Avaliação do impacto do ciclo de vida
A avaliação do impacto do ciclo de vida determina a intensidade com que os aspectos ambientais gerados durante o ciclo de vida do produto afetam o ambiente sendo que, os dados são classificados e agrupados de acordo com as categorias determinadas e são atribuídos valores de acordo com uma escala de importância definida previamente. Não existe um consenso quanto à atribuição de valores ou pesos aos impactos ambientais.
1.3.4 Interpretação do ciclo de vida
Esta é a última fase da ACV, onde os resultados obtidos nas fases anteriores são avaliados de acordo com os objetivos propostos no início da análise. De acordo com a ISO14043 esta fase define um procedimento sistemático para identificar, qualificar, conferir e avaliar as informações dos resultados do inventário do ciclo de vida ou avaliação do inventário do ciclo de vida, facilitando a interpretação do ciclo de vida para criar uma base onde as conclusões e recomendações serão materializadas no Relatório Final.
1.4. Benefícios do ACV
A Análise do Ciclo de Vida serve como auxilio na tomada de decisão de produção de determinados produtos ou escolha de processos considerando os impactos causados ao ambiente. Proporciona uma visão geral do real impacto causado pela fabricação de determinado produto e, também determina as etapas críticas da produção que proporcionam altas descargas ambientais ou que consumam grandes quantidades de recursos naturais. Com isso pode-se comparar dois produtos ou processos e avaliar qual será a melhor opção.
1.5. Limitações do ACV
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2. Estudo de caso
Cimento tipo: Cimento Portland
2.1. Princípios e objetivos
Sendo uma das matérias primas essenciais da sociedade moderna, o cimento tem feito parte de nosso cotidiano estando presente em praticamente todas as edificações desenvolvidas pelo homem. Torna-se difícil imaginar a sociedade sem o uso do cimento tendo em vista sua tamanha importância.
Baseado na importância do cimento para a sociedade, bem como no impacto gerado ao ambiente durante seu ciclo produtivo, a análise do ciclo de vida deste se mostra interessante. Neste trabalho apresentaremos um modelo simplificado do Ciclo de Vida do Cimento.
Adotou-se como unidade funcional ou valor referência para a Análise do Ciclo de Vida do Cimento a produção de 1 tonelada do produto ou vinte sacos de 50 quilos de cimento.
2.2 Definições de escopo e análise do inventário
O ciclo de vida do cimento, desde a retirada de suas matérias-primas da natureza, até sua disposição final, está descrito no fluxograma a seguir.
Figura 2 – Fluxograma do ciclo de vida do cimento
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O cimento é um material cerâmico que, em contato com a água, produz reação exotérmica de cristalização de produtos hidratados, ganhando assim resistência mecânica. É o principal material de construção usado na construção como aglomerante (WIKIPÉDIA,2009).
2.2.2 Materiais que compõem o produto
Clínquer Gesso
Escória siderúrgica Argila pozolânica Calcário
2.2.3 Descrição do ciclo de vida do cimento 2.2.3.1 Fabricação
Etapas do processo de fabricação do cimento - Extração
Extração de calcário e de argila de jazidas geralmente a céu aberto no Brasil.
- Britagem
O calcário extraído é britado para adquirir dimensões adequadas ao processo industrial e impurezas selecionadas. A argila por ser mole não é britada.
- Depósito
O calcário e a argila são depositados separadamente para serem submetidos a testes de qualidade e para seguirem para uma pre- homogeneização.
- Mistura
Um composto de 90% de calcário e 10% de argila é dosado para ser misturado e triturado no moinho cru.
- Moinho cru
A mistura passa por uma moagem de modo a obter um tamanho particulado de 0,050 mm em média.
- Silos de homogeneização
A mistura, agora chamada de farinha passa por um processo de homogeneização para se adquirir a quantidade exata de elementos que compõem o clínquer.
- Fusão
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- Resfriador
Um resfriador promove a redução de temperatura a 80 ºC para que se complete a etapa de clinquerização e o término das reações químicas que determinarão as características do cimento.
- Mistura
Junto ao clinquer são adicionados: gesso, escória de alto forno, pozolana e calcário que compõem o cimento tipo portland.
- Moagem final
A mistura é moada dando origem ao cimento tal como conhecemos.O cimento é estocado analisado e segue para a etapa de empacotamento e expedição (ABCP,2009).
2.2.3.2 Transporte
O transporte de matérias prima que compõem o cimento e também do produto acabado é feito, em sua grande maioria, por vias urbanas, proporcionando a emissão de CO2 na
atmosfera e contribuindo para o efeito estufa.
2.2.3.3 Utilização
Durante sua utilização em edificações ainda ocorrem emissões de material particulado causadores de problemas respiratórios e irritações de pele e olhos.
2.2.3.4 Descarte/fim de vida
No final da vida útil do cimento, este geralmente é descartado na forma de entulho em aterros ou locais impróprios. Uma parte já vem sendo utilizada para pavimentação de vias e tapamento de valas.
O entulho também pode ser reprocessado e utilizado como agregado de cimento
2.2.3.5 Apresentação dos dados
A tabela1 abaixo apresenta dados de um estudo feito na indústria do cimento realizado nos EUA. Os dados foram estimados para a produção de 1 tonelada de cimento. As fontes de energia utilizadas no estudo apresentam a porcentagem de: carvão (70%), óleo combustível (15%), e gás natural (15%). Estes valores variam de acordo com o processo utilizado.
INVENTÁRIO DE EMISSÕES DE ELEMENTOS E DE ENERGIA PARA O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE CIMENTO.
A energia, as emissões e insumos são divididos entre três grandes etapas de transformação.
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ETAPA: Pré-aquecimento e forno Energia (calor) Carvão Óleo Gás natural Emissões Material particulado Dióxido de carbono Poeira de Cimento do forno
GJ GJ GJ Kg Ton Ton 3,230 0,693 0,693 0,02 0,51 0,10
ETAPA: Moagem e mistura de clinquer Energia (electricidade) Carvão Óleo Gás natural Emissões Partículas
FONTE: (Adaptado Huntzinger e Eatmon, 2008.)
GJ GJ GJ gr 0,322 0,069 0,069 4,99
Tabela 1 – Inventário de emissões e energia no processo de fabricação do cimento
3. Avaliação do impacto do ciclo de vida
3.1 Avaliação de impactos ambientais segundo o método Eco-indicador 95
Um dos métodos empregados para avaliar os resultados obtidos pela ACV é a adoção de categorias de impacto ambiental como aquecimento global, eutrofização, acidificação, efeito fotoquímico e outros. Este método é denominado de Eco indicador 95.
O método Eco Indicador 95 quantifica o desempenho ambiental associado ao produto ou processo ao longo de seu ciclo de vida. A avaliação é feita através da multiplicação de cada dado normalizado por um fator de peso determinado de acordo com o prejuízo que cada categoria de impacto pode causar ao meio ambiente. Este método permite a comparação entre o ciclo de vida de produtos ou processos que atendam situações semelhantes, determinando a quantificação dos mesmos quanto ao seu impacto ambiental. A Tabela 2 mostra fatores de peso adotados para as categorias de impacto adotadas no método Eco Indicador 95.
MÉTODO ECO-INDICADOR 95
CATEGORIA DE IMPACTO FATOR DE PESO
EFEITO ESTUFA 2,5 ACIDIFICAÇÃO 10 EUTROFIZAÇÃO 5 SMOG 5 METAIS PESADOS 5 SUBSTÂNCIAS CANCERÍGENAS 10 FONTE: (Adaptado MARTINHO, 2006.)
Tabela 2 – Fatores de valoração de acordo com o método eco-indicador 95
3.2 Relação entre categorias de impactos ambientais e seus agentes causadores
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atmosfera. Gases como, dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), Óxido nitroso (N2O),
CFC´s (CFxClx).
A eutrofização consiste no excessivo enriquecimento em nutrientes das massas de água e a conseqüente degradação dos sistemas aquáticos, normalmente induzido direta ou indiretamente por atividades humanas. Entre as principais substâncias responsáveis pela eutrofização da água estão o nitrogênio (N2), o fósforo (P2), a amônia (NH3), compostos
nitrogenados, fosfatos, óxidos de nitrogênio (NOx), óleos e gorduras. A acidificação é o aumento da acidez do meio resultante da volatilização de diversos compostos como dióxido de enxofre (SO2) e óxidos de nitrogênio (NOx) que são dissolvidos na água da chuva,
combinando-se com outros elementos formando ácidos. Os ácidos, ao atingirem a superfície terrestre, alteram a composição química do solo e das águas, além de causarem dano em estruturas metálicas e edificações.
O efeito fotoquímico é causado pela reação entre Compostos orgânicos voláteis VOC’s e outras substâncias presentes na atmosfera, produzindo compostos oxidantes fotoquímicos. Como conseqüência tem-se o aumento de doenças respiratórias. A contaminação de metais pesados causada pela manipulação dos mesmos é medida
pela concentração máxima admissível em substancias ou materiais multiplicado pela emissão deste. A carcinogenia é o aumento da presença de substâncias consideradas cancerígenas no ambiente. Smog é um fenômeno caracterizado como a mistura de gases, fumaça e vapores de água, formando uma grande massa de ar. Este é formado por óxidos de nitrogênio (NOx), compostos voláteis orgânicos (VOC), dióxido de sulfureto, aerossóis ácidos e gases.
IMPACTO AMBIENTAL POR CATEGORIA
(método Eco-indicador) EFEITO ESTUFA 0,088 ACIDIFICAÇÃO 0,043 EUTROFIZAÇÃO 0,006 METAIS PESADOS 0,204 CARCINOGÉNEOS 0,003 SMOG 0,039
FONTE: (Adaptado Huntzinger e Eatmon, 2008.)
Tabela 3 – Valores de impactos gerados na fabricação do cimento segundo o métodp eco-indicador 95
4. Impactos ambientais gerados durante o ciclo de vida do cimento
A produção de cimento pode gerar impactos ambientais locais como ruídos, diminuição da qualidade do ar, mudança no ecossistema local devido a extração de matérias-primas como argila, calcário, minério e outros. Regionalmente pode provocar chuva ácida devido a emissão de dióxido de enxofre (SO2) e óxidos de azoto (NOx) e outros. Já a queima de combustíveis
fósseis como óleo, carvão e gás natural pode provocar mudanças climáticas em escala mundial.
Segundo a Agência Internacional de Energia (AIE) a produção de cimento gera uma média mundial de emissão de CO2 de 0,81 kg por kg de cimento produzido. Em média, cerca de 1
tonelada de concreto é produzido cada ano para todos os seres humanos em todo o mundo. Estima-se que cerca de 5% das emissões globais de CO2 provêm a partir da fabricação de
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milhões de toneladas de resíduos (pó forno de cimento) a cada ano contribuindo para a poluição e riscos à saúde respiratória.
A calcinação, processo de retirada de CO2 para formar CaCO3 em CaO, contribui para cerca
de metade do CO2 emitido, enquanto o restante provêm do consumo de energia durante o
processo de produção.
Devido às características do processo tecnológico e às propriedades físico-químicas e toxicológicas das matérias-primas e insumos empregados na fabricação do cimento, do clínquer e do próprio cimento, as plantas cimenteiras apresentam riscos para a saúde dos trabalhadores, para a saúde pública e para o meio ambiente, associados, principalmente, à exposição ao material pulverulento que permeia toda a cadeia de produção e às emissões de substâncias poluentes, que ocorrem de forma continuada, e mesmo em concentrações reduzidas, caracterizam o risco crônico. (SANTI e SEVA, 2004).
O processo de fabricação de cimento, incluindo todas as etapas, se constitui num potencial risco ao ambiente, desde a mineração e a preparação do calcário, a homogeneização e moagem das matérias-primas, a fabricação do clínquer, a moagem até o ensacamento e expedição do cimento. Além do risco associado ao uso final do cimento.
Pode-se observar pela tabela 1 que todas as etapas de fabricação do cimento geram impacto ao ambiente. Observa-se também, que grande parte da energia utilizada no processo concentra-se na etapa de utilização de fornos e, conseqüente emissão de material particulado no ar.
Durante a extração de matéria surgem impactos ambientais como a retirada de vegetação local para a atividade de mineração, o assoreamento de rios, a contaminação de lençóis freáticos devido ao material particulado gerado na extração entre outros.
Durante a britagem, moagem e homogeneização, assim como praticamente em todo o processo de fabricação, ocorre a emissão de material particulado e de substâncias voláteis para o ambiente de trabalho e para a atmosfera podendo causar diversos problemas de saúde. Na etapa de utilização do forno ou etapa de fusão é a que consome mais energia e, portanto, tem o maior impacto ambiental. Isto se deve, não somente à queima de combustível fóssil que libera metais pesados além de CO2 e SO2, mas, também, pelo processo de calcinação. Somado
a isto, ocorre a liberação de partículas (poeiras forno de cimento). Uma grande porção desta poeira é eliminada indevidamente em aterros. Devido à sua natureza cáustica a poeira pode causar irritações na pele, olhos, e causar problemas respiratórios.
Após a fusão, novamente se destaca a emissão de material particulado nas etapas de mistura, moagem, embalagem e expedição.
A etapa de uso também proporciona a emissão de resíduos sólidos.
Na vida útil do cimento, presente em edificações, não ocorre emissões de partículas, gases poluentes ou agentes poluidores em geral. No entanto, seu descarte na forma de entulho se constitui num grande problema.
Com o aumento das cidades e a redução da vida útil de edificações, a geração de entulho tem se tornado cada vez maior e, muitas vezes, seu descarte tem sido feito de maneira indevida. Assim, lotes vagos e regiões têm servido de locais para descarte proporcionando poluição visual, crescimento da população de insetos e proliferação de doenças.
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agrícolas pode diminuir o uso de cimento e, assim, reduzir a emissão de CO2. As cinzas do
bagaço de cana, da casca de arroz e os resíduos da indústria cerâmica são candidatos para entrar na preparação do concreto e diminuir a presença do cimento na elaboração desse produto. Além disso, a indústria brasileira de cerâmica produz cerca de 5 a 6 milhões de t de resíduos na produção de telhas, tijolos e pisos. Esse material, depois de calcinado e moído, pode substituir até 20% do total de cimento (SETOR RECICLAGEM, 2009). Outra maneira de amenizar o impacto ambiental consiste na utilização do entulho como agregado de cimento. O entulho já vem sendo utilizado para pavimentação de vias urbanas e fechamento de valas (ZORDAN, 1997).
A utilização do método eco-indicador tabela 3 demonstra que realmente a fabricação de cimento se constitui num processo prejudicial ao ambiente onde se destacam o efeito estufa, causado pela queima de combustíveis fosseis, a contaminação por metais pesados devido a atividades mineradoras e a smog causada pela emissão de material particulado.
5. Referências
ABCP - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND - Portal. Disponível em: <http://www.abcp.org.br/home.shtml> Acesso em: mar. 2009.
FERREIRA, J.V.R. Gestão Ambiental - Análise do ciclo de vida dos produtos. (ESTV/IPV) Instituto Politécnico de Viseu, Viseu. 2004.
HUNTZINGER, D. N.; EATMON,T. D. A life-cycle assessment of Portland cement manufacturing:
comparing the traditional process with alternative technologies. Journal of Cleaner Production xxx (2009) 1-8. MARTINHO, A. P. Análise de Ciclo de Vida de produtos ou serviços.Universidade do Algarve. 2006. Disponível em: <w3.ualg.pt/~lnunes/Textosdeapoio/Disciplinas/Gestao_Aud/GAA6.pdf> Acesso em maio de 2009.
NBR ISO 14040. Gestão Ambiental - Avaliação do ciclo de vida - Princípios e estrutura, ABNT, São Paulo, Novembro 2001. 10p.
RODRIGUES, A.J.M.; ALMEIDA, C.M.V.B. A Contabilidade Ambiental na Metodologia do Ecodesign: Utilizando a Emergia como uma Medida Quantitativa de Avaliação de Carga Ambiental. O Caso das Embalagens PET. IV Conferência Paulista de Produção Mais Limpa, Universidade Paulista, São Paulo. 2007. SANTI, A. M. M.; SEVÁ FILHO, A. O. Combustíveis e riscos ambientais na fabricação de cimento; casos na Região do Calcário ao Norte de Belo Horizonte e possíveis generalizações. II Encontro nacional de pós-graduação e pesquisa em ambiente e sociedade – ANPPAS. Campinas, 2004.
SETAC - Society of Environmental Toxicology and Chemistry, Guidelines for Life-Cycle Assessment: A 'Code of Practice', SETAC, Brussels, 1993.
SETOR RECICLAGEM - Portal. Disponível em:
<http://www.setorreciclagem.com.br/modules.php?name=News&file=print&sid=665> Acesso em: mar. 2009. VALT, R.B.G. Análise do ciclo de vida de embalagens pet, de alumínio e de vidro para refrigerantes no Brasil variando a taxa de reciclagem dos materiais. 2004. 193 f. Dissertação (Programa de Pós-graduação em Engenharia) - Universidade Federal do Paraná, Curitiba. 2004.
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