Concreto feito de cana-de-açúcar: de resíduo agrícola a estruturas sustentáveis

Concreto feito de cana-de-açúcar: de resíduo agrícola a estruturas sustentáveis

Encontrar soluções eficazes e valiosas para o gerenciamento de resíduos agrícolas tem sido um desafio inspirador para pesquisadores. Subprodutos provenientes de monoculturas, como os resíduos da produção de soja, sabugos de milho, palha, sementes de girassol e celulose, são frequentemente destinados à compostagem de solo, utilizados como ração animal ou mesmo convertidos em energia, com o intuito de reduzir o desperdício e mitigar os impactos ambientais associados às atividades agrícolas. A produção de cana-de-açúcar, por exemplo, gera uma quantidade significativa de resíduos, totalizando cerca de 600 milhões de toneladas de resíduos de fibra de bagaço a partir de uma produção anual de dois bilhões de toneladas de cana-de-açúcar. Esses resíduos apresentam um potencial promissor para substituir sistemas de construção com alto consumo de energia, como o concreto e o tijolo, ao proporcionar materiais de construção que combinam sustentabilidade e eficiência estrutural.

Com essa perspectiva em mente, a Universidade de East London (UEL), em parceria com os arquitetos da Grimshaw e a fabricante de açúcar Tate & Lyle Sugar, desenvolveu um material inovador de construção denominado Sugarcrete™. O objetivo principal desse projeto é explorar soluções sustentáveis de construção por meio da reciclagem de resíduos biológicos provenientes da cana-de-açúcar, com o intuito de reduzir as emissões de carbono na indústria da construção, ao mesmo tempo em que se prioriza a sustentabilidade social e ambiental durante a produção e implementação desses materiais de construção.

“A principal inovação do Sugarcrete™ é desafiar o equívoco estabelecido de que biomateriais têm baixo desempenho estrutural e criar um material com força estrutural suficiente para ser auto-portante.” É o que afirma Armor Gutierrez Rivas, Professor Sênior em Arquitetura. Segundo ele, “o projeto começou como parte de uma pesquisa dentro do Mestrado em Arquitetura da Universidade de East London (UEL), que se preocupa com o uso de soluções inovadoras de construção que abordam questões locais. Enquanto trabalhava em propostas de reconstrução em Silver Town, nas docas, nos envolvemos com o tecido industrial existente da área e começamos a olhar para os subprodutos como alternativas de construção, incluindo subprodutos de produção de açúcar da Tate & Lyle. As explorações iniciais foram ainda mais testadas e otimizadas usando nossas instalações de ponta no Instituto de Pesquisa de Sustentabilidade (SRI) e, posteriormente, implantadas como SugarCrete™ Slab em parceria criativa com arquitetos em Grimshaw e engenheiros da AKT II. ”

Basicamente, Sugarcrete™ é criado combinando bagaço com ligantes minerais. O produto final torna-se mais leve do que o tijolo tradicional e tem somente 15-20% da pegada de carbono. Utilizando uma fração de 30% da produção global de bagaço, Sugarcrete™ teria o potencial de substituir completamente a indústria tradicional de tijolos, resultando em uma economia de 1,08 bilhão de toneladas de CO2, o que equivale a 3% da produção global de gás carbônico. A cana-de-açúcar tem uma taxa de crescimento rápida e é até 50 vezes mais eficiente que a silvicultura na conversão de CO2 em biomassa, tornando-a um material de alta prioridade para alcançar emissões líquidas zero. Além disso, o material apresenta boas características estruturais e é isolante, resistente ao fogo, fácil de usar com mão de obra não qualificada e tem uma cadeia de suprimentos simplificada devido à sua composição simples.

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Courtesy of Sugarcrete™

De acordo com Bamdad Ayati, bolsista de pesquisa do Instituto de Pesquisa de Sustentabilidade na Uel, “o processo de produção do Sugarcrete™ é bastante simples e se assemelha à fabricação convencional de blocos de concreto. Envolve mistura, fundição e secagem/cura de materiais. Os componentes de liga são baseados em minerais e amplamente disponíveis em locais com uma indústria açucareira estabelecida. Como outros materiais de construção, os desafios de produção em larga escala estão associados à variabilidade na matéria-prima bruta em termos de conteúdo de umidade, tamanho de partícula, impurezas indesejadas, etc. ”

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A equipe de desenvolvimento, em colaboração com Grimshaw, uma empresa de arquitetura global, incorporou o conceito de geometrias entrelaçadas para explorar novas possibilidades para a aplicação do produto desenvolvido. Inventado e patenteado em 1699 pelo engenheiro francês Joseph Abeille, o conceito de intertravamento foi revisado por Amédée François Frézier em 1739, e Truchet em seu Traité de Stéréotomie em 1737; e posteriormente desenvolvido no século XXI pelas equipes de pesquisa de Yuri Estrin, Arcady Dyskin e Giuseppe Falacara; Michael Weizmann e pelos arquitetos AAU Anastas com o engenheiro Maurizio Brocato. O conceito foi aplicado ao Sugarcrete para criar lajes de piso compostos desmontáveis, reutilizáveis e resistentes ao fogo, batizadas de 'Sugarcrete™ Slabs', que faz parte de uma série de protótipos destinados a desenvolver soluções inovadoras de construção que podem ser implementadas, desmontadas ou estendidas em estruturas novas e existentes.

Ela utiliza um sistema de intertravamento como um kit de partes que permite a construção de estruturas de grande porte usando pequenos componentes discretos sem a necessidade de argamassa. Esse sistema supera os conjuntos monolíticos tradicionais devido à sua reciprocidade e rede de forças distribuídas. O processo de fundição é empregado para minimizar o desperdício de materiais e permitir a reutilização das fôrmas, a produção em massa simplificada e oportunidades de desmontagem (Design for Manufacture and Assembly - DFMA). 

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Segundo Elena Shilova, Architect, Grimshaw & Andy Watts Director of Design Technology, o projeto utilizou uma cadeia completa de ferramentas digitais para a fabricação, integrando a computação de material, o design paramétrico e a fabricação robótica. O processo começou com a entrada das propriedades do material em uma ferramenta digital de análise de carbono para avaliar a sua respectiva pegada. Um modelo generativo foi então empregado para transformar padrões 2D em geometrias 3D de componentes interligados. Usando um braço robótico de 6 eixos, o modelo digital gerou toolpaths para fabricar os moldes das peças em que, após a cura e a varredura em 3D, quaisquer desvios nos componentes foram incorporados de volta ao modelo digital. Um conjunto aumentado de assistência da realidade foi usado para testar a sequência de construção, levando à montagem em larga escala. Após a montagem, o elemento arquitetônico foi digitalizado tridimensionalmente novamente em busca de calibração. Esta cadeia de ferramentas digital permite a criação de um sistema de kit-de-partes flexíveis e personalizáveis usando este material sustentável, integrando os mundos digitais e físicos e adotando as características únicas dos materiais naturais. Como ela aponta, “Acreditamos que a tecnologia pode fazer exatamente isso: implantar materiais naturais, com suas irregularidades, imperfeições, e adicionar o poder do design computacional e da fabricação avançada. Em troca, ao ativar um material local, também permitimos isso às pessoas e à comunidade local: porque o avanço tecnológico não deve ser exclusivo da arquitetura cara de vidro e concreto.” 

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A pesquisa do Sugarcrete™ foi publicada de forma intencional sem patente para incentivar os produtores locais a adotarem o material e reduzirem o uso de cimento. Como  Alan Chandler, Co-Director Sustainability Research Institute na UEL aponta: “em parceria com a Tate & Lyle Sugars, realizamos pesquisas de patentes e estabelecemos onde a bagaço no desenvolvimento de materiais de construção havia sido patenteada e qual era o nosso escopo de operação. Concluímos que nosso trabalho era original e poderíamos registrar uma patente, mas decidimos coletivamente não fazê-lo. Tratava -se principalmente de querer compartilhar nossas ideias, em vez de controlar os produtos das comunidades produtoras no sul global. Nossa decisão de não patente foi ética e não financeira. ”

De fato, as considerações éticas em torno da inovação e da cadeia de suprimentos foram fundamentais à concepção do projeto, que visa estabelecer cadeias de suprimentos viáveis, justas e robustas, que garantam resultados equitativos tanto para produtores quanto para usuários. Com isso, visa abordar não apenas a redução de carbono, mas também a sustentabilidade social e ambiental. A equipe do projeto também vem identificando locais em regiões produtoras de açúcar do Sul Global para expandir ainda mais as oportunidades de implementação e o impacto e planeja testar o protótipo em cenários do mundo real em breve.  

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Através de um desenvolvimento cuidadoso e consciente, Sugarcrete nos traz um otimismo ao cenário do futuro da indústria da construção, cujos impactos ambientais negativos são significativos e exigem ações efetivas e expressas. Como Alan Chandler explica, “A ética da inovação material para lidar com a crise climática deve projetar a cadeia de suprimentos, bem como a especificação de desempenho. O carbono está no topo da lista; Também devemos mencionar a toxicidade em relação à saúde e a segurança nos processos de construção. Usando bagaço e outros produtos biológicos de crescimento rápido em combinação com ligantes minerais inertes não apenas para camadas de isolamento, mas também para estruturas, elimina as linhas de produtos quimicamente malignas e baseadas em combustíveis das obras. Isso responde diretamente às prioridades de segurança da Lei de Segurança de Construção durante as sequências de fabricação, construção, demolição, reutilização e descarte.” Elena Shilova finaliza dizendo que “Observando as indústrias, podemos encontrar muitas oportunidades para materiais locais sustentáveis e subprodutos industriais não utilizados. Esses materiais, talvez não parecem glamourosos e elegantes, mas são a nova alta tecnologia diante da emergência climática. A emergência climática exige uma nova linguagem arquitetônica para materiais como o Sugarcrete ™, para realmente abraçar seu potencial e celebrá-los, sem revestir e escondê-los para uma aparência "moderna". Essa nova mudança de linguagem e mentalidade arquitetônica tornará os materiais naturais atraentes para os clientes, aumentando a demanda e diminuindo o preço devido às economias de escala.”

O reconhecimento da abordagem inovadora do Sugarcrete™ à construção sustentável levou à sua indicação para o prêmio Earthshot deste ano, conhecido como o maior prêmio global para o meio ambiente, que celebra soluções inovadoras que têm um impacto positivo no planeta. Para acompanhar o andamento do projeto e obter mais informações, acesse o site oficial.

Créditos

Conceito de material, design e fabricação:
Armor Gutierrez Rivas, Senior Lecturer in Architecture, UEL
Alan Chandler, Co-Director Sustainability Research Institute, UEL
Bamdad Ayati, Sustainability Research Institute Research Fellow, UEL
Elena Shilova, Architect, Grimshaw
Colaboradores:
John Kerr - Vice President, Research & Technology, Tate & Lyle Sugars
Andy Watts, Director of Design Technology, Grimshaw
Paris Nikitidis - XR Developer, Grimshaw
Philip Singer - Computational Design Specialist, Grimshaw
Georgios Tsakiridis - Consultant, Grimshaw
Paolo Vimercati - Consultant, Grimshaw
Robert Sims - Model shop Manager, Grimshaw
Paul Nichols – FabLab Manager, UEL
Dr David Tann - Dean of School of Architecture, Computing & Engineering, UEL
Carl Callaghan - Head of Department of Architecture and Visual Arts, UEL
Alex Scott-Whilby - Architecture & Physical Design Cluster Lead, UEL
Nicolo Bencini - Senior Structural Engineer, AKTIISky Henley - Computational Design Specialist 
Equipe de estudantes do Mestrado em Arquitetura da UEL:
Faith Omowunmi Ogundare; Busra Ciftci; Amy Gillespie; Hinal Arvindkumar Patel; Rova Taha; Dodangodagamage Kawan Roger Ranasinghe; Manoj Sai Ganji; Mohan Ukabhai Dungrani; Anca-Madalina Borda; Alina Klimenteva; Rashmi Madagamage Gunathilaka; Orseer Isreal Gbashah; Mahmoud Sayed Abdellattif; Mert Manas Erten; Hidayati Yazmin Binti Abdul Halim; Oluchukwu Judith Obiejesi; Svetoslav Georgie Slav; Mihriban Ustun
Fotografias:
Chromaphotography
Vídeo:
Jude Adoasi
Edição e filmagem:
Louis Bird and Ellie Saunders, Grimshaw

Galeria de Imagens

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Sobre este autor
Cita: Souza, Eduardo. "Concreto feito de cana-de-açúcar: de resíduo agrícola a estruturas sustentáveis " [From Agro-Waste to Sustainable Structures: Concrete Alternatives Made from Sugarcane] 11 Jun 2023. ArchDaily Brasil. Acessado . <https://www.archdaily.com.br/br/1001541/concreto-feito-de-cana-de-acucar-de-residuo-agricola-a-estruturas-sustentaveis> ISSN 0719-8906

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