Bioconcreto a partir da urina
Estudo de viabilidade: Como transformar a urina num material de construção sustentável
Os investigadores da Universidade de Estugarda utilizaram processos microbianos para produzir bioconcreto amigo do ambiente a partir da urina como parte de uma cadeia de valor "águas residuais-bio-concreto-fertilizante". Com a extensão do projeto concedida pelo Ministério da Ciência, Investigação e Artes de Baden-Württemberg, o foco passa agora para a otimização do produto e para os testes práticos.
Investigadores de três institutos da Universidade de Estugarda estão a desenvolver um novo tipo de material de construção - o bioconcreto.
ILEK / IMB / ISWA Universität Stuttgart
O betão está em plena expansão. Todos os anos, cerca de 4 mil milhões de toneladas de cimento são transformadas em betão e utilizadas em todo o mundo. Com graves consequências para o ambiente. "O cimento convencional é normalmente queimado a temperaturas de cerca de 1450 graus. Isto consome muita energia e liberta grandes quantidades de gases com efeito de estufa", afirma o Professor Lucio Blandini, Diretor do Instituto de Estruturas Leves e Design Conceptual (ILEK) da Universidade de Estugarda.
Processo de produção microbiano amigo do ambiente
Investigadores de três institutos da Universidade de Estugarda estão a desenvolver um novo tipo de material de construção - o bioconcreto. Graças à sua elevada resistência à compressão, este material pode não só substituir o tradicional grés e, em alguns casos, o betão à base de cimento. Pode também ser potencialmente produzido inteiramente a partir de materiais residuais e, por conseguinte, tem uma pegada ecológica significativamente menor. Os investigadores estão a utilizar uma matéria-prima abundante, mas anteriormente negligenciada: a urina humana. Testaram com sucesso o seu método num estudo de viabilidade financiado pelo Ministério da Ciência, Investigação e Artes de Baden-Württemberg.
"O bioconcreto é produzido através da biomineralização. Trata-se de um processo biotecnológico em que os organismos vivos produzem material inorgânico através de reacções químicas", explica Maiia Smirnova, investigadora associada do ILEK. "Misturamos um pó que contém bactérias com areia, colocamos a mistura num molde e, em seguida, lavamo-lo com urina enriquecida com cálcio ao longo de três dias num processo automatizado. A decomposição da ureia pelas bactérias, combinada com a adição de cálcio à urina, provoca o crescimento de cristais de carbonato de cálcio. Isto solidifica a mistura de areia em bioconcreto. No final do processo, é produzido um sólido que é quimicamente semelhante ao arenito calcário natural. Dependendo do molde, os elementos podem ser criados em várias formas e tamanhos, com uma profundidade máxima atual de 15 centímetros.
As primeiras amostras produzidas revelam propriedades materiais prometedoras. Utilizando ureia técnica, a equipa conseguiu uma resistência à compressão de mais de 50 megapascal - ultrapassando significativamente a resistência dos materiais de construção disponíveis anteriormente produzidos através da biomineralização. Com ureia em urina artificial, foi alcançada uma resistência à compressão de 20 megapascal. Utilizando urina humana real, o valor foi de cinco megapascal, uma vez que as bactérias perdem a sua atividade no decurso do período de biomineralização de três dias. Este valor deve agora ser melhorado. De acordo com os cientistas, uma força de 30 a 40 megapascals no material biomineralizado seria suficiente para a construção de edifícios de dois a três andares. Atualmente, estão a realizar testes de congelamento e descongelamento para determinar se o material pode ser utilizado no exterior.
Apontando para uma economia circular: De produto residual a material de construção
"O processo de produção do nosso bioconcreto consome consideravelmente menos energia e provoca menos emissões do que a produção convencional de cimento. Mas a nossa abordagem também é sustentável porque integramos o produto numa cadeia de valor circular", afirma Blandini. Os investigadores desenvolveram um conceito que mostra como a urina pode ser separada e processada a partir do fluxo parcial de águas residuais em locais com um elevado volume de pessoas, como um aeroporto, a fim de ser utilizada como matéria-prima para a produção de bioconcreto. Ao mesmo tempo, este processo poderia recuperar substâncias secundárias de valor das águas residuais para produzir fertilizantes para a agricultura. "Ao fabricar dois produtos ao mesmo tempo, aumentamos os benefícios ambientais", diz Smirnova.
Segunda fase do projeto: Otimização do processo de fabrico e testes práticos
Após a conclusão bem sucedida dos estudos preliminares, o projeto foi agora prolongado por três anos pelo Ministério da Ciência, Investigação e Artes de Baden-Württemberg. Em novos testes laboratoriais, os investigadores pretendem identificar as substâncias presentes na urina humana que têm um efeito negativo na atividade das bactérias e, por conseguinte, na qualidade do bioconcreto. O processo de fabrico deverá ser optimizado nesta base. A equipa, juntamente com o Centro de Agricultura Biológica da Universidade de Hohenheim, está também a concentrar-se na produção simultânea de fertilizantes.
Uma vez concluídos os testes laboratoriais, o conceito será testado em condições reais: Está prevista uma instalação piloto no aeroporto de Stuttgart, onde a urina será coletada e transformada em bioconcreto e fertilizante.
O projeto "SimBioZe": Produção simultânea de biocimento e fertilizante a partir de águas residuais
"O projeto "SimBioZe" está a ser financiado ao abrigo do programa "Microorganismos como ajudantes na proteção do clima - Utilização de processos microbianos para um futuro neutro em termos de clima com métodos inovadores". O Ministério da Ciência, Investigação e Artes de Baden-Württemberg apoiou nove projectos durante um ano no âmbito deste programa. Quatro deles foram agora prolongados por mais três anos, incluindo o "SimBioZe".
Três institutos da Universidade de Estugarda combinam as suas competências no projeto interdisciplinar "SimBioZe": o Instituto de Estruturas Leves e Design Conceptual (ILEK), o Instituto de Microbiologia (IMB) e o Instituto de Engenharia Sanitária, Qualidade da Água e Gestão de Resíduos Sólidos (ISWA). Na segunda fase do projeto, o Centro de Agricultura Biológica da Universidade de Hohenheim juntar-se-á como novo parceiro. Está também prevista a cooperação com parceiros industriais, incluindo o Aeroporto de Estugarda.
Equipa do projeto: ILEK: Prof. Lucio Blandini (Diretor do Instituto), Maiia Smirnova, IMB: Prof. Beat Christen (Diretor do Instituto), Prof. Andreas Stolz, Daniele Funaro, ISWA: Carsten Meyer, Axel Steffens, Dr. Gerold Hafner, Universidade de Hohenheim, Centro de Agricultura Biológica: Dra. Sabine Zikeli (Diretora do Instituto).
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