Borras de café: a solução inovadora para a indústria do betão

As cidades consomem enormes volumes de café e despejam ainda mais betão. Estes dois fluxos raramente se encontram. Novos resultados laboratoriais sugerem que deveriam, com borras de café usadas a serem transformadas num ingrediente útil que reduz a pegada de um material notoriamente voraz em recursos.

Porque é que o resíduo de café satisfaz as necessidades do betão

As borras de café usadas (SCG) acumulam-se rapidamente em cafés, escritórios e casas. Quando enviadas para aterro, libertam metano, um gás com efeito de estufa cerca de 21 vezes mais potente do que o CO₂ num século. Ao mesmo tempo, o setor da construção retira grandes quantidades de areia natural, o que coloca pressões sobre rios, zonas costeiras e ecossistemas locais. Qualquer modo seguro de substituir uma parte da areia enquanto se gere resíduos orgânicos recebe atenção.

Porém, as SCG não processadas não são compatíveis com o cimento. Compostos orgânicos lixiviam e interferem com as reações de hidratação. As partículas são leves, porosas e instáveis sob condições alcalinas. O segredo é converter as borras numa forma mineralizada que se ligue à pasta e resista à degradação.

A pirólise transforma borras em biocarvão

Investigadores utilizaram a pirólise, um processo térmico com pouco oxigénio, para transformar SCG em biocarvão. Esse tratamento estabiliza o carbono, elimina compostos orgânicos reativos e ajusta a porosidade. Dois intervalos de temperatura contaram uma história clara: 350 °C e 500 °C produziram betões muito diferentes.

O ponto ótimo a baixa temperatura (350 °C)

O biocarvão produzido a 350 °C misturou-se bem com a matriz cimentícia. A sua rede de poros retinha água, alimentando suavemente a mistura durante a cura. Essa “cura interna” refinou a microestrutura e melhorou a ligação à pasta. Com até 15% da areia substituída por este biocarvão a 350 °C, as misturas igualaram ou superaram as amostras de controlo.

Até 29,3% maior resistência à compressão aos 28 dias com 15% de substituição da areia por biocarvão de café produzido a 350 °C.

O que muda a 500 °C

A 500 °C, o biocarvão tornou-se mais quebradiço e surgiram microfissuras na matriz de cimento. As partículas tornaram-se menos tolerantes ao esforço. O desempenho mecânico desceu, revelando uma janela de temperatura estreita onde o café no betão funciona melhor.

Como a equipa estudou o material

• Verificações físico-químicas: o biocarvão a 350 °C mostrou melhor compatibilidade com a pasta de cimento e uma estrutura de poros que favorece a cura interna.
• Ensaios mecânicos: misturas com até 15% da areia substituída por biocarvão a 350 °C atingiram resistência igual ou superior ao betão de referência aos 28 dias.
• Comportamento de hidratação: SCG crus lixiviavam compostos que atrasavam a hidratação, enquanto a pirólise suave removia essa travagem nas reações do cimento.

Borras de café cruas atrasam a hidratação do cimento; pirólise a baixa temperatura neutraliza esse efeito e restaura taxas saudáveis de reação.

O que isto significa para construtores e cidades

• Benefícios ambientais: menos metano dos resíduos orgânicos e menor pressão sobre as areias naturais.
• Oportunidades económicas: novo mercado para o biocarvão, com cadeias de abastecimento locais desde os cafés até às centrais de betão.
• Benefícios comunitários: empregos na recolha, secagem, pirólise, moagem e controlo de qualidade.

Para os produtores de betão pronto, a receita inicial parece simples: manter a pirólise por volta dos 350 °C, apostar em taxas de substituição modestas e tratar o biocarvão como um aditivo de desempenho, não um enchimento milagroso. O material comporta-se como um fino leve e reativo, que exige controlo da humidade e da granulometria.

Perguntas em aberto antes de escalar

• Durabilidade: precisa-se de dados de campo quanto à resistência a ciclos de gelo-descongelação, ingressão de cloretos, ataque de sulfatos e carbonatação.
• Permeabilidade e retração: a cura interna pode reduzir a retração por secagem, mas a conectividade dos poros deve ser equilibrada para limitar a permeabilidade.
• Comportamento ao fogo: o biocarvão é rico em carbono; é necessário testar o seu desempenho a altas temperaturas e o risco de esfoliação.
• Normas: regulamentação deve definir como classificar o biocarvão de café entre os finos leves ou materiais suplementares.
• Consistência do abastecimento: teor de humidade, tamanho das partículas, teor em cinzas e resíduos orgânicos variam com o tipo de café e a torrefação; o controlo de qualidade será importante.

Cenário aproximado à escala urbana

Peguemos numa cidade de um milhão de habitantes a gerar de 3.000 a 6.000 toneladas de SCG por ano. Com um rendimento conservador de 30% em biocarvão a 350 °C, isso representa 900 a 1.800 toneladas de material utilizável. Se um metro cúbico de betão leva normalmente cerca de 800 kg de areia, uma substituição de 15% equivale a aproximadamente 120 kg de biocarvão por metro cúbico. Essa cidade poderia fornecer biocarvão suficiente para melhorar entre 7.500 a 15.000 m³ de betão por ano. Passeios, ciclovias, pequenas pontes ou lajes baixas poderiam absorver facilmente esse volume sem pressionar a logística.

Estes são cálculos aproximados. Hábitos locais no consumo de café, taxas de recolha de resíduos, humidade durante o transporte e perdas de moagem fazem variar os números. O rumo é claro: fluxos urbanos regulares de resíduos podem alimentar necessidades práticas da construção.

Notas práticas para os primeiros utilizadores

• Aponte para pirólise a 350 °C com baixo oxigénio; valide com TGA/FTIR para confirmar a remoção dos orgânicos.
• Seque e moa segundo uma curva granulométrica tipo areia; expulse partículas demasiado grandes que possam ser defeitos.
• Pré-sature o biocarvão para aproveitar a cura interna e estabilizar a trabalhabilidade.
• Comece com 5–10% de substituição da areia; teste painéis antes de avançar para 15% ou mais.
• Combine com SCMs comprovados (cinzas volantes, escória, argila calcinada) para refinar a estrutura dos poros e equilibrar ganhos de resistência.
• Documente a humidade, densidade e absorção de cada lote para ajustar requisitos de água e dosagens de adjuvantes.

Outras linhas de investigação a seguir

Outros finos de biomassa — como cinzas de casca de arroz ou biocarvão de serradura — podem interagir com o cimento de modo diferente. Alguns têm atividade pozolânica, enquanto outros funcionam mais como agentes de cura interna. Misturar vários finos de resíduos pode permitir formular propriedades específicas para usos concretos, desde pavimentos a blocos pré-fabricados.

A contabilidade do carbono também importa. Converter SCG em biocarvão fixa uma parte do carbono biogénico numa matriz durável por décadas. Essa retenção pode ajudar projectos a cumprir metas de carbono incorporado. No entanto, os protocolos de verificação precisarão medir tanto o metano evitado como a estabilidade do carbono na microestrutura do betão.

Pontos-chave a reter

• A pirólise a baixa temperatura (cerca de 350 °C) transforma resíduos de café em biocarvão compatível com betão.
• Substituição de até 15% da areia elevou a resistência à compressão aos 28 dias em quase um terço nos testes de laboratório.
• O desempenho decresce a 500 °C devido à fragilidade e microfissuração.
• Sinais ambientais, económicos e sociais apontam para um ciclo de economia circular promissor — se dados de durabilidade e normas acompanharem.

Glossário rápido e próximos passos

Pirólise: tratamento térmico sem oxigénio que estabiliza resíduos ricos em carbono. Biocarvão: o produto sólido, pesado em carbono, da pirólise; normalmente poroso e leve. Cura interna: água retida nos finos é libertada lentamente durante a hidratação, reduzindo a autodessecação e retração. Pilotos de campo devem agora comparar misturas em diferentes climas, testar sais de degelo e monitorizar pavimentos durante dois a três anos. Esses resultados darão a municípios e empreiteiros a confiança para incluir biocarvão de café em especificações e regras locais de aquisição verde.