ESTADO DA ARTE DA METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA (ACV) APLICADO NA FABRICAÇÃO DE CONCRETOS COMUNS E CONCRETOS ECOLÓGICOS

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1 ESTADO DA ARTE DA METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA (ACV) APLICADO NA FABRICAÇÃO DE CONCRETOS COMUNS E CONCRETOS ECOLÓGICOS F.C. ZANELLATO Engº de Produção Universidade Federal do Espírito Santo Espírito Santo; Brasil fzc_0019@outlook.com J. L. CALMON Prof. Dr. Eng.ª Civil Universidade Federal do Espírito Santo Espírito Santo; Brasil calmonbarcelona@gmail.com RESUMO A avaliação do ciclo de vida (ACV) é uma metodologia para avaliar os potenciais impactos ambientais e os recursos utilizados ao longo do ciclo de vida de um produto, ou seja, a gestão dos impactos ambientais é abordada desde a extração da matéria-prima até as fases de produção, utilização, descarte e reciclagem. Em um contexto de produção sustentável na construção civil, os produtos devem ser concebidos de tal maneira que no início do seu ciclo de vida absorvam resíduos reciclados como matéria prima e no final de seu ciclo de vida possam ser reciclados e reutilizados para se tornarem matérias primas para outros sistemas produtivos. Portanto, o presente artigo consiste em uma pesquisa bibliográfica com o objetivo de construir um estado da arte sobre as práticas metodológicas de ACV na fabricação de concretos comuns e concretos ecológicos, abordando conceitos e ferramentas. 1. INTRODUÇÃO Para garantir a competitividade futura do concreto como material de construção, é essencial melhorar a sua sustentabilidade com foco na produção de matérias-primas sustentáveis e novas tecnologias de fabricação com baixo impacto ambiental [1]. Nota-se, portanto, que a melhoria dos indicadores do desenvolvimento sustentável vem chamando a atenção da indústria da construção civil, pois este setor é responsável pelo alto consumo energético e danos ao meio ambiente [2,3]. O concreto é o material de construção mais utilizado em infra-estruturas e, em média, cerca de uma tonelada é produzida a cada ano para cada ser humano no mundo e devido a essa ampla utilização global é fundamental avaliar os impactos ambientais deste material corretamente, levando em consideração as emissões de gases de efeito estufa gerados e as alterações climáticas produzidas [4]. Na avaliação dos impactos ambientais dos processos de produção do concreto é relevante que seja dado um foco em todo seu ciclo de vida abrangendo limites além do projeto. Também deve ser dada atenção aos estudos de viabilidade ambiental na substituição de partes do cimento por materiais alternativos e de seus agregados naturais por resíduos reciclados de modo a tornar o material cada vez menos nocivo ao meio ambiente, mas cuidando sempre para que o desempenho técnico não seja prejudicado [4,5]. Vale ressaltar que a utilização de um resíduo reciclado não é associada com qualquer impacto ambiental quando este é inserido em um novo sistema produtivo [6-8]. 1

2 Neste contexto, a Análise do Ciclo de Vida (ACV) surge como uma metodologia capaz de dar suporte ferramental em projetos para avaliar os impactos ambientais de produtos e processos durante todo seu ciclo de vida, apresentando resultados claros e com base científica, além de ter demonstrado ser uma valiosa ferramenta para o estudo da viabilidade ambiental da incorporação de resíduos reciclados na produção de concreto [5,9-11]. Dessa forma, este artigo consiste em uma pesquisa bibliográfica com o objetivo de construir um estado da arte sobre as práticas metodológicas de ACV na fabricação de concretos comuns e concretos com agregados derivados de resíduos reciclados (concreto ecológico), abordando conceitos e ferramentas. 2. BASE CONCEITUAL SOBRE AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA (ACV) A Análise do Ciclo de Vida é uma metodologia para avaliar os potenciais impactos ambientais e os recursos utilizados ao longo do ciclo de vida de um produto de forma qualitativa e quantitativa, ou seja, a gestão dos impactos ambientais é abordada desde a extração da matéria-prima até as fases de produção, utilização, descarte e reciclagem [4,5,12,13]. A ACV permite destacar e avaliar os pontos críticos e as margens de melhorias do ciclo de vida de um produto [14]. A descrição da metodologia de ACV é baseado nos requisitos das normas internacionais da série ISO 14040:2006 [15] e ISO 14044:2006 [16] e consiste em quatro etapas de análises distintas: a definição do objetivo e escopo, criação e análise de um inventário (ICV), avaliação de impacto do ciclo de vida (AICV) e a interpretação dos resultados [4,14,17-19]. O objetivo de um estudo de ACV deve declarar a aplicação pretendida, as razões para conduzir o estudo e o públicoalvo, isto é, para quem se pretende comunicar os resultados do estudo [4-5,14]. Na definição do escopo devem ser considerados e claramente descritas a função e unidade funcional, as fronteiras dos sistemas, os requisitos da qualidade dos dados, as comparações entre os sistemas e as considerações sobre as análises críticas [4-5,14]. A criação e análise do inventário (ICV) envolve a compilação e quantificação dos fluxos de entrada e saída e inclui a coleta e análise de dados pertinentes a um sistema produtivo onde esses dados também constituem a entrada para avaliação do impacto do ciclo de vida [4-5,14]. O ICV documenta os fluxos de energia, materiais e emissões, a fim de representar a relação entre os processos unitários bem como seus impactos ao meio ambiente, entretanto, o ciclo de vida de um produto é composto de centenas e milhares de processos unitários e coletar todos esses dados consumiria muito tempo e recursos, inviabilizando alguns estudos, portanto uma alternativa mais pragmática é a utlização de bancos de dados de inventários de ciclo de vida nos quais ficam armazenados dados de inventário de vários processos produtivos específicos de um país de origem [20,21]. A tabela 1 fornece informações referentes ao desenvolvedor, país de origem e a principal fonte de dados de 5 bancos de dados muito utilizados internacionalmente. Tabela 1: Visão geral de 5 bancos de dados utilizados internacionalmente. Fonte: Adaptado de [20] Banco de dados Desenvolvedor País de Origem Principal fonte de dados GaBi PE Internacional Alemanha Dados industriais / Dados da Literatura / Outros Banco de dados Ecoinvent Centro de inventário de ciclo de vida da Suíça Suíça Dados industriais / Dados da Literatura IBO Instituto Austríaco de Construção Ecológica Áustria Dados industriais / Dados da Literatura / Outros Banco de dados CFP Associação das Indústria do Japão Japão Dados estatísticos / Dados da Literatura Synergia Instituto Finlandês do Meio Ambiente Finlândia Dados industriais / Dados da Literatura Na etapa de avaliação de impactos do ciclo de vida (AICV) tem-se como objetivo compreender e avaliar os impactos ambientais com base na análise de inventário, no escopo e razões para conduzir o estudo [4-5,14]. Nesta fase os dados são agrupados em categorias de impactos específicos de acordo com algum método de avaliação de impacto que podem ser divididos em métodos de single-category (única categoria) ou de multi-category (muitas categorias), onde, os 2

3 métodos multi-category, que são os mais utilizados, podem ser orientados ao problema ou orientados aos danos, sempre com o mesmo objetivo de classificar, caracterizar, normalizar e valorar os potenciais impactos sobre o ecossistemas, saúde humana e a depleção de recursos naturais [19]. De acordo com o Manual AICV "Análise de metodologias de avaliação de impacto ambiental existentes para uso em Avaliação do Ciclo de Vida (ACV)" [22] as prncipais metodologias de AICV são listadas na tabela 2 bem como seu desenvolvedor e país de origem. Tabela 2: Principais metodologias de AICV. Fonte: Adaptado de [22] Metodologia Desenvolvedor País de origem CML 2002 CML Holanda Eco-indicator 99 PRé Consultants Holanda EDIP97 - EDIP2003 DTU Dinamarca EPS 2000 IVL Suécia Impact EPFL Suiça LIME AIST Japão LUCAS CIRAIG Canadá ReCiPe RUN + PRé + CML + RIVM Países Baixos Swiss Ecoscarcity 07 E2 + SEU-services Suiça TRACI US EPA Estados Unidos MEEuP VhK Holanda A Interpretação dos resultados é a fase na qual as constatações da análise do inventário e da avaliação de impacto são combinadas, de forma consistente com o objetivo e o escopo definidos, de modo, a alcançar as conclusões e recomendações [4-5,14]. Devido a grande quantidade de dados necessários para realizar um estudo de ACV é fundamental a utilização de um software que torna o estudo mais eficiente, lembrando que esses softweres são integrados com banco de dados de inventários e metodologias de análise de impacto [23]. Atualmente existem vários softwares de ACV, como mostra a tabela 3, que permitem estudos com graus de detalhamento diferentes [5,24]. Tabela 3: Exemplos de Softwares de ACV. Fonte: Adaptado de [23] Softwares de ACV Site do fabricante Boustead Eco-it Ecopro Ecoscan Euklid KCL Eco Gabi LCAit Miet Pems SimaPro Team Wisard Umberto 3. ACV NA INDÚSTRIA DE FABRICAÇÃO DE CONCRETO ACV tem sido utilizado no setor da construção desde 1990 e é uma ferramenta importante para as avaliação de impactos ambientais tanto de materiais quanto para avaliação de desempenho de edificações [25,26]. A metodologia tornou-se amplamente utilizada devido à sua forma integrada de tratar temas como enquadramento ambiental, avaliação de impacto e qualidade dos dados [27]. Dentro da industria da construção, os estudos de ACV podem ser realizados em três níveis diferentes de limites do sistema, em um primeiro nível pode ser citado a abordagem cradle-to-gate ( do berço ao portão ) que só considera os impactos da extração de matéria prima, produção do material até o produto final sair da fábrica, no segundo nível temos a abordagem cradle-to-glove ( do berço ao túmulo ) que considera os impactos da extração de matéria prima, produção 3

4 do material, produto final saindo da fábrica, utilização, demolição e a fase de resíduos, em um terceiro nível, com um foco maior em sustentabilidade, temos a abordagem cradle-to-cradle ( do berço ao berço ) que considera os impactos da extração de matérias prima, produção do material, produto final saindo da fábrica, utilização, demolição, fase de resíduos, reciclagem e reutilização profunda dos resíduos [4,28]. Em um contexto de produção sustentável na construção civil, os produtos devem ser concebidos de tal maneira que no início do seu ciclo de vida absorvam resíduos reciclados como matéria prima e no final de seu ciclo de vida possam ser reciclados e reutilizados para se tornarem matérias primas para outro sistema produtivo. O concreto é um exemplo deste conceito onde seu projeto e mistura podem ser ajustados de tal maneira que absorva resíduos no início de seu ciclo de vida e após a sua vida útil, e fim do ciclo de vida, seus detritos possam ser utilizados como matéria prima na produção de cimento e agregados na produção de novos concretos [4,28]. Para melhor compreender os avanços científicos na tentativa de diminuir os impactos ambientais do ciclo de vida do concreto foram identificados 10 estudos, conforme a tabela 4, que descrevem características gerais das aplicações da metodologia de ACV na avaliação ambiental de concretos comuns e concretos ecológicos. Tabela 4: Estudos de ACV aplicados na produção de concreto. Fonte: Elaborado pelos autores Referência País Ano de publicação Aplicação de ACV [29] Estados Unidos 2015 Duas misturas de concreto foram comparadas para medir emissão de poluentes utilizando a ferramenta GreenConcrete LCA desenvolvida especificamente para fazer ACV em concretos. [21] China 2015 Investigação da substituição de dados de ICV de banco de dados internacionais por dados locais em estudos de concretos fabricados em Hong Kong. [14] Itália 2014 Aplicação de ACV na avaliação ambiental dos fluxos de entrada e de saída de emissões de poluentes relacionados com a produção de concreto, utilizando agregados de basalto. [30] Estados Unidos 2014 Análise dos pontos fortes e fracos dos ICVs de concreto oferecendo um roteiro de investigação para melhorar a qualidade dos futuros ICVs dos processos de fabricação de concreto atendendo as necessidades de grandes usuários de ACV. [31] Holanda 2014 Aplicação de ACV para avaliar alternativas de redução de impacto ambiental na fabricação de concreto e asfalto. [32] Irã 2013 [4] Bélgica 2012 [5] Sérvia 2010 [33] França 2010 [34] França 2009 Aplicação de ACV para avaliar o potencial de aquecimento global do concreto contendo zeólito em comparação com um concreto convencional. Revisão de literatura da ACV aplicada na produção de concretos comuns e concretos ecológicos. Aplicação de ACV para comparar os impactos ambientais de concretos produzidos com agregados naturais e agregados reciclados. Aplicação de ACV para avaliar a utilização de resíduos reciclados como subprodutos da produção de concreto. Proposta de um indicador confiável de esgotamento regional de recursos para produção de concreto O concreto é o principal produto fabricado e vendido no mundo, portanto, seus subprodutos representam um grande volume da produção industrial, razão que justifica a pesquisa realizada por Habert, et al. [34] na qual se argumenta a necessidade da existência de um método de AICV específico para produção de concreto com indicadores mais confiáveis de esgotamento regional de recursos naturais. Uma nova maneira de calcular esse consumo de recursos foi proposta utilizando uma avaliação específica do estoque de recursos adaptado para realidade da fabricação de concreto, porém essa nova proposta não foi localizada em outras pesquisas e nem foi integrada em metodologias específicas de 4

5 AICV utilizadas internacionalmentes. Uma outra alternativa para solucionar problemas de esgotamento de recursos pode-se observar na pesquisa de Chen et al. [33] que em 2010 avaliaram a utilização de resíduos como a escória de alto forno e cinzas volantes como insumos para produção de concreto, na substituição de uma parte do cimento portland, permitindo a economia de insumos não-renováveis poupando e evitando o esgotamento de tais insumos. Na industria do concreto, é notória a preocupação com o esgotamento de recursos não renováveis principalmente para fabricação de cimento que é o principal insumo da fabricação de concreto, porém alternativas para utilização de agregados reciclados também estão sendo bem estudadas. Um exemplo é a pesquisa de Marinkovic et al. [5] que em 2010, compararam a ACV de concretos produzidos com agregados naturais (NAC) e concretos produzidos com agregados reciclados (RAC) fazendo descobertas interessantes. O total de impactos ambientais em termos de uso de energia, aquecimento global, eutrofização, acidificação e de criação de oxidantes fotoquímicos dependem principalmente das distâncias e tipos de transporte praticados no processo salientando que a viabilidade ambiental de se utilizar agregados reciclados só é obtida com as unsinas de reciclagem localizadas perto das concreteiras, porém existe um ganho significante nas categorias de diminuição de resíduos e minimização do esgotamento dos recursos naturais [5]. Grande variação das pesquisas de impactos ambientais aplicadas em comparações de concretos ecológicos com concretos tradicionais vem sendo desenvolvidas, portanto em 2012 a pesquisa realizada por Van den e De Belie [4] faz uma revisão da literatura dos fatores que influenciam uma ACV para esses concretos levantando três pontos principais: (I) a escolha da unidade funcional é vista como um dos fatores que mais influenciam sendo necessário selecionar uma unidade onde todas as características físicas e químicas sejam iguais em ordem de grandeza, (II) os dados do inventário podem influenciar a ACV, portanto a preferência vai para os dados em primeira mão mais adaptados para região do estudo e (III) o método de AICV deve analisar mais do que apenas alterações climáticas e deve ser orientado ao problema. A grande preocupação com as emissões dos gases de efeito estufa gerados pela indústria do cimento, é tema do estudo realizado por Valipour et al. [32], onde realiza-se uma comparação da ACV de um concreto convencional com um concreto fabricado com zeólito substituindo parcialmente o cimento. A metodologia ACV demonstrou-se muito eficiente para analisar a emissão de gases do efeito estufa e fazer a comparação onde os resultados mostraram uma redução significativa do Índice de aquecimento global quando o zeólito foi usado. No ano de 2014 a aplicação da metodologia ACV ganhou ainda mais espaço no setor de produção do concreto onde podemos citar pesquisas como a de Blankendaal et al. [31] que avalia alternativas de redução de impactos ambientais utilizando um método de AICV denominado ReCiPa para comparar cenários de misturas de concreto e asfalto de modo a identificar o melhor cenário. No mesmo ano a pesquisa feita por Gursel et al. [30] faz três alertas importantes que precisam ser tratados com mais atenção em trabalhos futuros de ACV de concretos, nos quais são: (I) a falta de uma avaliação holística dos impactos ambientais em ACVs atuais, pois os estudos estão se concentrando na utilização de energia e as emissões de gases de efeito estufa e estão deixando de analisar outros fatores como compostos orgânicos voláteis, metais pesados e outras emissões tóxicas provenientes de insumos da produção de concreto, (II) a falta de aplicações de variações regionais e tecnológicas nos atuais estudos de ACV e (III) o negligenciamento de etapas da que são consideradas insignificantes com base em suposições ou estudos anteriores. Dos estudos abordados nesta pesquisa aquele que melhor exemplifica a metodologia de ACV na fabricação de concreto é realizado por Ingrao et al. [14] que faz uma aplicação completa da metodologia para realizar uma avaliação ambiental dos fluxos de entrada e de saída relacionados com a produção de concreto utilizando agregados de basalto na Itália. Para realização do estudo foi utilizado a base de dados Ecoinvent, método de impacto Impact e para processar os dados foi utilizado um Software denominado SimaPro que é a ferramenta computacional mais utilizada atualmente nos estudos de ACV. Os resultados do estudo apontaram como a categoria de dano mais afetada a Saúde Humana por consequência das emissões de particulados pela extração de basalto. Também foram analisados dois importantes estudos datados de Na pesquisa feita por Hong Dong et al. [21] investiga-se a substituição de dados de ICV de banco de dados internacionais por dados locais em estudos de concretos fabricados em Hong Kong, pois atualmente a maioria das bases de dados disponibilizadas internacionalmente são alimentadas com dados baseados na realidade europeia, dificultando estudos de ACV realizados em outros continentes, sendo que as principais mudanças na ACV do concreto são decorrentes dos ajustes do cimento e transporte. Para finalizar, a pesquisa conduzida por Celik et al. [29] traz uma grande evolução, pois utiliza uma ferramenta computacional específica para ACV da produção de concreto denominada GreenConcrete LCA, desenvolvida por Gursel e Horvath [35] na Universidade da Califórnia, ela avalia os perfis ambientais de misturas de concreto através de duas entradas diretas e da cadeia de fornecimento, a ferramenta também é capaz de fazer variações regionais e 5

6 alterações tecnológicas nos processos de produção, porém não foi localizada informações sobre qual banco de dados a ferramenta está atrelada e qual método de AICV ela utiliza para avaliação dos impactos. A ferramenta está disponível no website 4. CONCLUSÕES A presente revisão compila conceitos e ferramentas de ACV aplicados na fabricação de concreto que é uma metodologia inovadora para melhorar a sustentabilidade na indústria em todas as fases do seu ciclo de vida. A metodologia foi abordada considerando todas as etapas das normas internacionais da série ISO 14040:2006 e 14044:2006, explicando de forma detalha todos as 4 etapas de sua aplicação que são: a definição de objetivo e escopo, análise de inventário (ICV), avaliação do impacto (AICV) e interpretação dos resultados. Também foi abordado a importância da utilização de um banco de dados de ICV, um método de AICV e um software com o objetivo de tonar o estudo mais eficiente. Para explicar os avanços científicos dos estudos de ACV do concreto foram utilizados 10 estudos com o objetivo de caracterizar o cenário atual dos quais pode-se tirar as seguintes conclusões: - Existe uma grande necessidade de incorporar resíduos reciclados no início do ciclo de vida do concreto, assim como é necessário fazer com que os resíduos gerados no fim de seu ciclo de vida se tornem insumos em um outro sistema produtivo ou no próprio sistema produtivo do concreto; - Atualmente é possível classificar os estudos de ACV do concreto em três limites de sistema que são: cradle-to-gate ( do berço ao portão ), cradle-to-glave ( do berço ao túmulo ) e cradle-to-cradle ( do berço ao berço) e embora a mais utilizada seja o cradle-to-gate a tendência é se avançar para a abordagem cradle-to-cradle; - As pesquisas apontam para uma tendência de estudos que avaliam a utilização de resíduos como escória de alto forno, cinzas volantes e outras adiçòes minerais (cada vez menos clínquer e mais adições minerais) para produção de concreto substituindo parte do cimento Portland, pois o cimento é o maior responsável pelos impactos ambientais causados pelo ciclo de vida do concreto; - Na ACV da utilização de resíduos reciclados como agregados na produção de concretos, deve-se dar atenção considerável aos tipos de transporte praticados no processo, bem como a distância da usina de beneficiamento de resíduo para garantir ganhos consideráveis no maior número de categorias de impactos ambientais possíveis; - Três pontos devem ser considerados ao se fazer a comparação da ACV de concretos comuns com concretos ecológicos os quais são: a escolha da unidade funcional, os dados do inventário e o método de AICV; - Três pontos devem ser tratados com mais atenção em pesquisas futuras que são: a falta de uma avaliação holística dos impactos ambientais, a falta de aplicações considerando variações regionais e tecnológicas e o negligenciamento de etapas; - A ferramento GreenConcrete LCA é um grande avanço nos estudos de ACV de concretos, pois diferente das outras ferramentas disponíveis para estudo de ACV, ela é específica e adaptada para a fabricação de concreto. 5. AGRADECIMENTOS Expressamos nossos agradecimentos a Fundação de Amparo à Pesquisa do Espírito Santo (FAPES) pelo fomento da pesquisa. 6. REFERÊNCIAS [1] Proske, T. et al., Eco-friendly concretes with reduced water and cement contents e mix design principles and laboratory tests, Cement and Concrete Research, 2013, n.º 51, pp [2] Feiz, R. et al., Improving the CO2 performance of cement, part I: utilizing life-cycle assessment and key performance indicators to assess development within the cement industry, Journal of Cleaner Production, 2014, n.º xx, pp

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