INOVAES EM CIMENTO PORTLAND E NOVOS LIGANTESArnaldo Battagin Associao Brasileira de Cimento Brasileira

Setembro 2011

XXVIII CONGRESSO TCNICO FICEM-APCAC 5 - 8 SETEMBRO 2011 SO PAULO

Evoluo tecnolgica na fabricao do cimento Portland 1824 Patente do Cimento Portland

Joseph Aspdin CALCRIO + ARGILA (Calcinados)

Ilha de Portland, Sul da Inglaterra

Pedra artificial Patente

Mesmo princpio bsico

evoluo tecnolgica

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Evoluo tecnolgica na fabricao do cimento no Brasil

Sistema via mida para sistema via seca (99%) Preaquecedores e Precalcinadores (2730 MJ/t ) Queimadores especiais para coque e resduos Maaricos ecolgicos Moinhos e Separadores de alta eficincia (104 kWh/t)ESTRUTURA DO CONSUMO NO SETOR DE CIMENTO (%)OUTRAS CARVO VEGETAL

100%

80%

ELETRICIDADE COQUE DE PETRLEO

60% LEO COMBUSTVEL

40%

20% CARVO MINERAL 0%

1970

1973

1982

1985

1988

1991

2000

2003

2006

2009

1976

1979

1994

1997

Fonte:BEN, 2010

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Evoluo tecnolgica na fabricao do cimento no Brasil

Resultado: cimentos com excelente desempenhoOs cimentos brasileiros ultrapassam expressivamente as exigncias mnimas das normas tcnicas1 dia Cimento Norma Mdia Norma Mdia Norma Mdia Norma Mdia 3 dias 7 dias 28 dias

CP II-E-32CP II-F-32 CP III-32 CP III-40

-

9,314,3 5,2 8,5

10,010,0 10,0 12,0

22,024,9 15,9 22,1

20,020,0 20,0 23,0

29,830,7 25,7 33,5

32,032,0 32,0 40,0

40,838,5 42,7 51,4

CP IV-32CP V-ARI CP V-ARI-RS

14,0 11,0

12,025,1 20,7

10,024,0 24,0

21,235,5 34,2

20,034,0 34,0

27,241,8 41,8

32,0-

38,849,8 49,8

Fonte: Controle do Selo de Qualidade ABCPXXVIII CONGRESSO TCNICO FICEM-APCAC 5 - 8 SETEMBRO 2011 SO PAULO

Grande desafio da indstria mundial do cimento

Mitigao das emisses dos gases de efeito estufa A indstria somente ter um futuro sustentvel se a taxa de inovaes tornar-se maior que a taxa de restries.Na Europa o nmero de regulamentos ambientais cresceu de 19 em 1990 para 635 em 2010

Fonte: Chandelle, 2011XXVIII CONGRESSO TCNICO FICEM-APCAC 5 - 8 SETEMBRO 2011 SO PAULO

Os quatro vetores mundiais para mitigao das emisses

Eficincia energtica Combustveis alternativos Cimentos com adies Captura e armazenamento de carbono

A participao da indstria do cimento mundial 5% das emisses totais de CO2.

Mas h diferenas expressivas entre diferentes pases ou regies

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Emisses de CO2 do Cimento (CSI)

Emisses de CO2 por tonelada de cimento (kg/ton)

1000 800 600 400 200 0 CEI Am. Norte sia Japo (exc. China, Aust. e N. Zel. ndia, CEI e Jap. frica e Or. Mdio China Am. Central ndia Europa Am. Sul Brasil (exc. Brasil) 1990 2000 2005 2006 2007 2008

Getting the Numbers Right (GNR): levantamento com 46 grupos cimenteiros (+ de 900 fbricas), cujo resultado mostra o Brasil como referncia nas emisses por tonelada de cimento. Fonte: WBCSD-CSI (2010)XXVIII CONGRESSO TCNICO FICEM-APCAC 5 - 8 SETEMBRO 2011 SO PAULO

Potencial de reduo de CO2

O Brasil tem o menor potencial reduo de emisso de CO2 em comparao com outros pases produtores de cimento, com base nas melhores tecnologias disponveis (BAT)Fonte: IEA International Energy Agency/2009XXVIII CONGRESSO TCNICO FICEM-APCAC 5 - 8 SETEMBRO 2011 SO PAULO

Os quatro vetores mundiais para mitigao das emisses

Eficincia energtica Combustveis alternativos Cimentos com adies Captura e armazenamento de carbono

limitaes

A captura e armazenamento de carbono constitui atualmente tecnologia cara e tecnicamente impraticvel, mas a soluo do futuro para a indstria em termos de minimizao das emisses.

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Ambiente favorvel para novos ligantes

Desempenho Diminuio das emisses dos gases de efeito estufa

Novos ligantes

Apelo ecolgico

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Novos ligantes

Novacem

CeramicreteCimentos com nanotubos de carbono

Energy modified cement (EMC)Calera

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Novos ligantes

Novacem

CeramicreteCimentos com nanotubos de carbono

Energy modified cement (EMC)Calera

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Novacem

Ligante desenvolvido no Imperial College Inglaterra, a partir de silicato de magnsio em 2005

Cimento Portland

Cimento Novacem

Cimento PortlandCO2 do combustvel(1450C)

Calcrio

+ Argila + Adies

CO2 + Clnquer cimento Portland

Clnquer

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Novacem

Princpio bsico de fabricao do cimento Novacem

Cimento NovacemCO2 do combustvel (700C)

Silicato

de Magnsio

MgO

MgO

+ Aditivos

cimento Novacem

(carbonatos hidratados de magnsio)

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Novacem

Comparao da emisso de CO2 ( kg de CO2 por tonelada de cimento)

Ligante Cimento Portland Novacem

Fabricao 800 kg 300kg

uso 400 kg 900 kg

saldo 400kg - 600 kg

Fonte: FabricanteXXVIII CONGRESSO TCNICO FICEM-APCAC 5 - 8 SETEMBRO 2011 SO PAULO

Aplicaes do Novacem

a r t e f a t o s

xido de magnsio

Silicato de magnsio

Artefatos de concreto Concreto estruturalCarbonato de magnsioXXVIII CONGRESSO TCNICO FICEM-APCAC 5 - 8 SETEMBRO 2011 SO PAULO

Cronologia do cimento Novacem

Pesquisa no Imperial College

2005

Inovaes na formulaoEmpresa incubadora (Novacem) Processo em escala de laboratrio Parceria Lafarge 1 bilho de libras Ensaios de validao do produto Fabricao em escala comercial

2007outubro 2008 outubro 2009

Premio MIT - Top 10 Emerging Technology

abril 2010julho 2010

agosto de 2011 2014/2015

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Percepo

Nicho de mercado

Matria prima : reservas mundiais 10 trilhes de toneladasCusto Apelo ecolgico Citado no relatrio WBCSD/IEA - reduo de emisso de CO2 at 2050 Cement Technology Roadmap, 2009

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Novos ligantes

Novacem

CeramicreteCimentos com nanotubos de carbono Energy modified cement (EMC) Calera

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Ceramicrete

Ligante desenvolvido por um indiano e patenteado nos Estados Unidos Comportamento intermedirio entre a cermica e o cimento

Dr Arun Wagh

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Ceramicrete

Princpio bsico de fabricao MgO obtido a partir da calcinao de carbonatos ou silicatos de magnsio MgO + KH2PO4 + 5H2O ---> MgKPO4. 6H2O MKP + Cinzas volantes

MKP

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Propriedades do Ceramicrete

Pasta com tempo de pega controlado Resistncia : 3 x Cimento Portland

Auto aderncia

Pega submersa

Perfurvel

Aderncia a rochas

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Aplicaes do Ceramicrete

Estabilizao de resduos radioativos Aplicao original

Construo civil Grautes e selantes de poos petrolferos

Cimentos odontolgicos Ainda em testes iniciais

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Percepo

No tem potencial de substituir o cimento portland Aplicaes especiais para reparos e selante de poos petrolferos Alto custo No se encontrou na literatura tcnica internacional uso em concreto.

Aspecto da pasta

Reparo de pavimento

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Novos ligantes

Novacem

CeramicreteCimentos com nanotubos de carbono Energy modified cement Calera

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Cimento com nanotubos de carbono

Nanotubos descobertos em 1991 no Japo Dimenses 10-9 m 50 x mais resistentes que o ao Alto condutor eltrico e trmico Interesse acadmico - 5000 trabalhos desde 2006 Aplicaes plstico, tecidos,tintas etc Alto custo US$500/g

Inventor: Dr Sumio Iijima

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Aplicaes nanotubos de carbono

Vidros autolimpantes leos ultralubrificantes Tintas anti-risco Embalagem de alimentos (vida longa) Materiais mais leves e resistentes que o ao Resistentes a alta temperatura

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Propriedades dos cimentos com nanotubos de carbono

Adio de nanotubos de carbono (0,3%) Aumento da resistncia trao (25%) Aumento da resistncia compresso (80%) Aumento da durabilidade Custo de saco de 50kg US $ 1.500,00

NANOCEM- European Research Network 120 pesquisadores 60 teses em nanotecnologia 37 entidades acadmicas e indstrias de cimentos

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Cimentos com nanotubos de carbonoA experincia brasileira

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Cimentos com nanotubos de carbonoSntese a partir do clnquer e no adio ao cimento

Imagem de microscopia eletrnica de varredura do supercimento: os nanotubos de carbono entrelaam as partculas do clnquer de cimento (foto: Luiz O. Ladeira

Segundo o Prof Ladeira o custo do saco de cimento seria o dobro

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Percepo

No tem potencial de substituir o cimento portland convencional Nicho de mercado Alto custo Pesquisa incipiente em cimento No citado no relatrio WBCSD/IEA - reduo de emisso de CO2 at 2050 Cement Technology Roadmap, 2009

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Novos ligantes

Novacem

CeramicreteCimentos com nanotubos de carbono Energy modified cement (EMC) Calera

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Cimento modificado energeticamente (EMC)

Cimento portland similar ao tradicional cujo clnquer apresenta alta reatividade obtida por procedimentos diferenciados da moagem. Desenvolvido nos anos 90 na Sucia. EMC Cement tem patente Variante do processo aplicado em cinzas volantes nos Estados Unidos CEM POZ (Texas Industry)

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Cimento modificado energeticamente

Princpio bsico da Fabricao

Clnquer portland

Clnquer ativado

Moinho de bolas

Moinho de alta vibrao e impacto das partculas (vibrating mill)Reatividade: microfissurao e deformao ( finura)

Reatividade: aumento da finura

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Propriedades do cimento modificado energeticamente

Formao precoce de portlandita Maior formao de C-S-H Maior resistncia inicial Menor teor de clnquer no concreto: menor emissoEMC + 20% silica ativa EMC + 5% silica ativa Cimento + 5% silica ativa Cimento

Pastas com a/c igual a 0,16 Cura a 20C Fonte:Jonasson, Lulea UniversityXXVIII CONGRESSO TCNICO FICEM-APCAC 5 - 8 SETEMBRO 2011 SO PAULO

Propriedades do cimento modificado energeticamente

100% Cimento 80% cimento + 20% pozolana 40% cimento + 60% pozolana ativada

semanas

Fonte:Jonasson, Lulea UniversityXXVIII CONGRESSO TCNICO FICEM-APCAC 5 - 8 SETEMBRO 2011 SO PAULO

Aplicaes do cimento modificado energeticamente

Em todos os campos da tecnologia do concreto

Clnquer ativado energeticamenteAdies ativas ou inertes modificadas energeticamente

C

QQ C

Moagem normal

Moagem EMCFonte: Justnes, 2005 CCR

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Percepo

Presso ambiental estimula o uso de menor clnquer no concreto Cimenteira americana (Texas Industry) j fabrica o Cem Pozz Trabalhos experimentais so numerosos e mostram viabilidade tcnica Falta convencimento da indstria de cimento para fazer os investimentos

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Novos ligantes

Novacem

CeramicreteCimentos com nanotubos de carbono Cimento TX active Energy modified cement Calera

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Calera

Empresa situada em Los Gatos, Califrnia especializada na captura de CO2. Produtos: carbonatos de clcio ou magnsio No tipo novo de cimento Processo: Carbonate Mineralization by Aqueous Precipitation

Empresa de 4 anos. Reconhecida pelo Depto Energia EUA Projeto instalado naTermeltrica de Moss Landing

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Calera

Princpio bsico de fabricao captura de CO2 atravs de dutos que levam gases das fontes emissoras num recipiente contendo gua do mar ou salobra, com precipitao de carbonatos .

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Aplicaes do produto da Calera

Matria prima para a fabricao de clinquer Adio ao cimento como filer (maior potencial) Uso como agregados calcrios

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Percepo

Nicho de mercado

No um tipo de ligante novoCusto Apelo ecolgico Citado no relatrio WBCSD/IEA - reduo de emisso de CO2 at 2050 Cement Technology Roadmap, 2009

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Concluso

O estgio atual das investigaes e iniciativas mostradas permite concluir que embora possam contribuir para aplicaes especficas no constituem um substituto do cimento portland em larga escala.

Processos ainda em desenvolvimento que precisam provar que: Economicamente viveis. Comportamento de bom desempenho ao longo do tempo. Aceitao na indstria da construo.XXVIII CONGRESSO TCNICO FICEM-APCAC 5 - 8 SETEMBRO 2011 SO PAULO

ConclusoO cimento Portland permanecer por longo tempo como material chave para satisfazer s necessidades globais de infra-estrutura e habitao e, como conseqncia, a indstria estar enfrentando desafios crescentes.Previso de consumo de cimento Portland at 2050

Fonte:IEA, 2009 Schneider, 2011XXVIII CONGRESSO TCNICO FICEM-APCAC 5 - 8 SETEMBRO 2011 SO PAULO