Avaliação no contexto da economia circular de materiais de construção com resíduos da indústria de pasta e papel

Abstract

O sector da construção consome muitas matérias-primas naturais e outros recursos considerados finitos, tais como a água e a energia. Além disso, a produção de resíduos e de emissões de CO2 têm aumentado, provocando um desequilíbrio nos ecossistemas. Por outro lado, a indústria da pasta do papel é um produtor intensivo de resíduos que são ainda depositados em aterro. Estes sectores seguem uma abordagem típica de economia linear (recursos-produção-aterro), mas este modelo não é viável para se promover a sustentabilidade. Em sentido contrário as abordagens de modelo circular são necessárias para se preservarem os recursos naturais e a vida no planeta. Portanto, modelos inovadores de economia circular incluindo estratégias de valorização de resíduos como matérias-primas alternativas devem ser avaliadas, de modo a reduzir o esgotamento dos recursos naturais e, ao mesmo tempo, evitar-se a deposição em aterro. Esta investigação envolveu uma revisão bibliográfica sobre a produção e a indústria de pasta de papel bem como sobre a utilização de resíduos como matérias-primas alternativas em produtos de construção e, ainda, uma revisão sobre a economia circular, construção sustentável e a avaliação do ciclo de vida de materiais de construção. Os casos de estudo serviram o objetivo deste trabalho de validar à escala real a incorporação de resíduos da indústria de papel na produção de betão pré-fabricado e de pavimentos rodoviários, a partir das soluções desenvolvidas em laboratório. Além disso, estes casos de estudo suportaram o objetivo da avaliação da sustentabilidade e dos modelos de négocio circulares. No primeiro caso, o resíduo cinza de cal substituiu o filler natural na produção de betão pré-fabricado, usado em três pórticos (6 pilares e 3 asnas) dum pavilhão industrial. No segundo caso de estudo, dregs e grits substituíram parcialmente o pó de calcário (0/4) usado na produção duma mistura (AC 14 surface), para a camada de desgaste duma estrada de 250 m. Ambos os demonstradores foram alvo de monitorização in situ e laboratorial, de modo a avaliar o desempenho técnico e a viabilidade das novas soluções. Esta avaliação incluiu as principais propriedades que são geralmente descritas nas declarações de desempenho (marcação CE) dos produtos tradicionais. Além do desempenho técnico, a sustentabilidade, na dimensão social, económica e ambiental das novas soluções, foi avaliada usando a metodologia da avaliação do ciclo de vida (ACV). Por fim, analisaram-se os modelos de negócios das soluções circulares, de modo a reduzir os riscos de insucesso na aceitação do mercado por soluções circulares. Ambos os casos de estudo demonstraram que estas simples ações causaram impactos positivos nas diferentes dimensões da sustentabilidade, sem alterar a produção e as propriedades relevantes dos materiais de construção. Este trabalho de doutoramento foi realizado e apoiado pelo projeto H2020 PAPERCHAIN (contrato Nº730305).

The construction sector consumes a lot of natural raw materials and other resources (water and energy). In addition, ecosystems are not balanced due to increase of waste production and CO2 emissions. On the other hand, the pulp and paper industry is a large producer of wastes that are most of them still deposited in landfills. These sectors have been following a linear economy approach (take-make-dispose), but this model is not feasible to promote sustainability. In the opposite direction, a circular approach is necessary to preserve the natural resources and our life in the planet. In this work, the research involved a literature review on pulp and paper industry, their wastes and others used as alternative raw materials in construction products, as well as, a review on circular economy, sustainable construction and on life cycle analysis on construction materials. The study cases served the purpose of this work to validate on a real scale the incorporation of waste from the paper and pulp industry in the production of precast concrete and road pavements, from solutions developed in the laboratory. Furthermore, these study cases supported the objective of sustainability assessment and circular business models. In the first case, a natural filler was entirely replaced by lime ash waste to produce precast concrete and this material was used to built three frames or porticos (6 columns and 3 beams) of an industrial pavilion. Although, the second case, dregs and grits were partially used to replace fine aggregate (0-4mm) in a bituminous mixture (AC 14 surface type) to produce a surface layer of 250m in a road. Both cases were lab and in situ controlled and monitored to evaluate technical performance and the feasibility of the new solutions. This evaluation included the main properties that are usually included in CE marking datasheet of bituminous products. LCA analyses were performed to evaluate the impacts and benefits at environmental, economic, and social levels. Finally, circular business models were analysed, in order to reduce unsuccessful risks from potential clients for new circular solutions. All case studies allowed to demonstrate that those simple actions generated positive impacts in the evaluated dimensions of sustainability without causing any changes in production time or degradation on relevant properties of construction materials. This PhD work was being done and supported by the H2020 project PAPERCHAIN (Grant Nº730305).