Pesquisadores da ETH Zurich desenvolveram um revestimento ecológico para paredes e tetos que armazena temporariamente a umidade, criando um ambiente confortável em espaços internos muito utilizados. Os componentes do revestimento são feitos de resíduos minerais e produzidos por meio de impressão 3D.
Seja na sala de reuniões de um prédio de escritórios, na sala de exposições de um museu ou na área de espera de um escritório do governo, muitas pessoas se reúnem nesses locais e rapidamente o ar fica denso. Isto se deve em parte ao aumento da umidade. Os sistemas de ventilação são comumente usados em edifícios de escritórios e administrativos para desumidificar ambientes e garantir um ambiente confortável. A desumidificação mecânica funciona de forma fiável, mas custa energia e – dependendo da eletricidade utilizada – tem um impacto climático negativo.
Neste contexto, uma equipa de investigadores da ETH Zurique investigou uma nova abordagem para a desumidificação passiva de espaços interiores. Passivo, neste contexto, significa que a alta umidade é absorvida pelas paredes e tetos e aí armazenada temporariamente. Em vez de ser libertada para o ambiente por um sistema de ventilação mecânica, a humidade é armazenada temporariamente num material higroscópico que retém a humidade e posteriormente libertada quando a sala é ventilada. “Nossa solução é adequada para espaços de tráfego intenso para os quais os sistemas de ventilação já instalados são insuficientes”, afirma Guillaume Habert, Professor de Construção Sustentável, que supervisionou o projeto de pesquisa ETH.
Resíduos da extração de mármore
Habert e sua equipe de pesquisa seguiram o princípio da economia circular na busca por um material higroscópico adequado. O ponto de partida são os resíduos finamente moídos das pedreiras de mármore. É necessário um aglutinante para transformar esse pó em componentes de parede e teto que retenham a umidade. Essa tarefa é realizada por um geopolímero, classe de materiais composta por metacaulim (conhecido na produção de porcelana) e uma solução alcalina (silicato de potássio e água). A solução alcalina ativa o metacaulim e fornece um aglutinante geopolímero que liga o pó de mármore para formar um material de construção sólido. O ligante geopolímero é comparável ao cimento, mas emite menos CO2 durante sua produção.
No projeto ETH, os cientistas conseguiram produzir um protótipo de componente de parede e teto medindo 20 × 20 cm e 4 cm de espessura. A produção foi realizada por meio de impressão 3D em um grupo liderado por Benjamin Dillenburger, Professor de Tecnologias Digitais de Construção. Neste processo, o pó de mármore é aplicado em camadas e colado pelo ligante geopolímero (tecnologia de impressão a jato de ligante). “Esse processo permite a produção eficiente de componentes em uma ampla variedade de formatos”, afirma Benjamin Dillenburger.
Componentes que controlam a umidade aumentam o conforto
Combinar geopolímero e impressão 3D para produzir um reservatório de umidade é uma abordagem inovadora para a construção sustentável. A física de construção Magda Posani liderou o estudo das propriedades higroscópicas do material na ETH Zurique antes de recentemente assumir o cargo de professora na Universidade Aalto em Espoo, Finlândia. O projeto é baseado nas teses de doutorado da cientista de materiais Vera Voney, orientada pela pesquisadora associada sênior Coralie Brumaud e pelo arquiteto Pietro Odaglia, que desenvolveu o material e a máquina de impressão 3D na ETH.
“Conseguimos demonstrar com simulações numéricas que os componentes do edifício podem reduzir significativamente a umidade em espaços internos muito utilizados”, diz Posani, resumindo o principal resultado do projeto de pesquisa. Para a simulação, assumiu-se que as paredes e o teto de uma sala de leitura utilizada por 15 pessoas numa biblioteca pública no Porto, Portugal, tinham sido totalmente revestidos com componentes higroscópicos. Magda Posani calculou com que frequência e em que medida a humidade excedeu a zona de conforto, ou seja, 40 a 60 por cento de humidade relativa nesta sala de leitura virtual ao longo de um ano. A partir disso, ela calculou um índice de desconforto, valor que expressa a perda de conforto causada pela umidade excessivamente alta ou baixa. Se a sala de leitura fosse equipada com componentes que retêm a umidade, o índice de desconforto poderia ser reduzido em 75% em comparação com uma parede pintada convencional. Se fossem utilizados componentes com 5 cm de espessura em vez de apenas 4 cm, o índice de desconforto caía até 85%.
Na impressão 3D convencional, um plástico viscoso é aplicado camada por camada a uma placa base. Um processo de impressão 3D diferente é utilizado para a produção do componente de parede e teto: impressão a jato de ligante. Aqui, uma camada de pó de mármore finamente moído e metacaulim é colocada na placa de base. Um jato móvel aplica uma solução de silicato de potássio nos locais desejados, que solidifica o pó. Ao repetir o processo, o componente é construído camada por camada. (Ilustração: Vera Voney)
Mais ecológico do que os sistemas de ventilação
Os componentes higroscópicos da parede e do teto são ecológicos, ou seja, provocam emissões de gases com efeito de estufa significativamente mais baixas ao longo de um ciclo de vida de 30 anos do que um sistema de ventilação que desumidifica a qualidade do ar na mesma medida. Nos cálculos de simulação, os componentes da parede e do teto também foram comparados com um reboco de argila que é utilizado desde tempos imemoriais e também regula passivamente a umidade do ar em espaços internos. Esta técnica antiga provou ser ainda mais amiga do clima do que os componentes higroscópicos. Porém, o gesso apresenta menor capacidade de armazenamento de vapor d'água.
A pesquisa na ETH mostrou que a combinação de geopolímero e impressão 3D pode ser usada para produzir componentes de parede e teto para proteção eficiente contra umidade. Após esta prova de conceito, a tecnologia está, em princípio, pronta para ser desenvolvida e dimensionada para fabricação industrial. Ao mesmo tempo, a pesquisa continua. Num projeto com o Politécnico de Turim e a Universidade de Aalto, a ETH Zurique está a trabalhar para produzir componentes de parede e teto com emissões de gases com efeito de estufa ainda mais baixas. Porque uma coisa é clara: se a Suíça quiser atingir a sua meta de zero emissões líquidas até 2050, precisa de edifícios que causem o mínimo possível de emissões de gases com efeito de estufa durante a construção e utilização.
Referência
Posani, M, Voney, V, Odaglia, P, Du, Y, Komkova, A, Brumaud, C, Dillenburger, B, Habert, G. Regulação de umidade interna com baixo teor de carbono por meio de componentes de construção superhigroscópicos impressos em 3D. Nature Communications, 10 de janeiro de 2025. DOI: 10.1038/s41467-024-54944-1.
