Materiais do futuro: grafeno e concreto

A indústria da construção está crescendo devido ao aumento da população e à rápida urbanização. No entanto, também enfrenta obstáculos significativos na redução da sua pegada de carbono, especialmente a pegada ligada aos produtos à base de cimento. Ao fazer cimento, que é usado para ligar o concreto e a argamassa tradicionais, o calcário e outros materiais são aquecidos a cerca de 1.480 graus Celsius. Este processo resulta na liberação de grandes quantidades de dióxido de carbono na atmosfera. Se a indústria da construção fosse um país, ocuparia o terceiro lugar em emissões, depois dos Estados Unidos e da China.

Ao integrar o grafeno ao concreto, engenheiros e arquitetos podem criar estruturas que requerem menos material, ao mesmo tempo em que obtêm o mesmo desempenho estrutural do concreto tradicional. O concreto enriquecido com grafeno é 2,5 vezes mais forte e 4 vezes menos permeável à água do que o concreto padrão. Ele usa muito menos cimento para fornecer a resistência desejada. Com isso, espera-se reduzir as emissões de CO2 em 30%.

Em março de 2022, a Versarien, parceira da Graphene Flagship, revelou a primeira construção impressa em 3D do mundo com mistura aprimorada com grafeno, registrada como Cementene™. Então, em setembro de 2022, a empresa apresentou uma obra de arte de baixo carbono, Island Steps, criada em colaboração com o designer Steuart Padwick e apresentada no Design London.

A Escadaria da Ilha foi construída sem o uso de cimento. Em vez disso, Cementene™ foi utilizado para aumentar a resistência e durabilidade da argamassa usada na construção. Isso resultou em uma estrutura robusta e oca que pode ser convenientemente construída dentro ou fora do local e depois transportada para o local pretendido.

Além da força, os pesquisadores tentam aproveitar a condutividade do grafeno para criar paredes, papéis de parede e pisos aquecidos sem cabos. Em 2019, a produtora de cimento Italcementi exibiu uma maquete de piso multicamadas no Mobile World Congress 2019 em Barcelona, ​​Espanha. Incluía uma camada de compósito de grafeno-cimento junto com contrapiso, isolamento de poliestireno, uma laje de concreto, argamassa de assentamento e ladrilhos de cerâmica.

O concreto inteligente pode inaugurar uma nova geração de edifícios inteligentes. Graças à condutividade e às propriedades térmicas do grafeno, é possível implantar sensores inteligentes em superfícies inteiras para monitoramento em tempo real de tensão, deformações, temperatura e umidade em infraestrutura civil, fornecendo sinais de alerta se a integridade estrutural estiver próxima de falhar.

O calor e a condutividade elétrica do concreto de grafeno inspiram outras aplicações potenciais. Pode ajudar a descongelar pistas, telhados e estradas de aeroportos, levar a um carregamento sem fio mais econômico de veículos elétricos, pisos antiestáticos e blindagem contra interferência eletromagnética (EMI).

Os aditivos de grafeno são cargas importantes que aumentam a resistência ao desgaste, a qualidade térmica, a capacidade de resistir à fissuração e a condutividade das matrizes cerâmicas.

O Graphene Flagship Partnering Project CERANEA, financiado pela FLAG-ERA Joint Transnational Call 2017, explorou as propriedades de materiais feitos de pilhas contendo grafeno, nitreto de boro hexagonal (hBN) ou outros materiais em camadas, bem como cerâmicas, como nitreto de silício, silício carboneto e zircônia. Esses materiais são mais resistentes do que as cerâmicas atuais contra danos causados ​​por arco elétrico, portanto, podem ser usados ​​como revestimentos de longa duração para contatos e interruptores.

Além disso, compósitos com grafeno, nitreto de silício ou nitreto de silício-zircônia estão sendo estudados como novos implantes biomédicos em ortopedia. Quantidades variadas de grafeno no composto de grafeno-cerâmica resultam em diferentes porosidades que imitam a morfologia natural do osso natural.

Referências:

Roller disco vs mudança climática: como o grafeno está transformando a indústria da construção https://www.manchester.ac.uk/discover/news/roller-disco-vs-climate-change--how-graphene-is-transforming-the- indústria de construção/

Versarien "Grafeno para o setor de construção" white paper 2021 https://www.versarien.com/files/5716/3050/8952/White_Paper_-_Graphene_for_the_construction_sector_-_final_version.pdf