Autores: Daniel Reis e Manuela Almeida, Universidade do Minho

A economia circular é uma abordagem que pretende criar um sistema económico sustentável no qual a produção e o consumo de bens são otimizados para minimizar o impacto ambiental e maximizar a eficiência dos recursos. Neste contexto, o projeto ZeroSkin+ desenvolveu um painel pré-fabricado inovador produzido com plástico reciclado para reabilitação energética de edifícios por meio da impressão 3D. 

A economia circular está no centro de várias políticas públicas internacionais e tem sido valorizada por vários stakeholders da indústria. O conceito promove o uso de produtos orientados para os serviços, em vez do modelo linear orientado para produção-uso-eliminação (take-make-dispose), que leva à escassez de recursos, à acumulação de resíduos e aos problemas ambientais associados. Com essa abordagem, os materiais são mantidos em uso por mais tempo, resultando numa redução dos impactos ambientais e num aumento do retorno financeiro do produto. Vários países e organizações internacionais adotaram políticas públicas e programas de incentivo, incluindo a União Europeia, que lançou um Plano de Ação para a Economia Circular, em 2015. O objetivo desse plano é impulsionar a transição para uma economia circular na Europa até 2050, criando oportunidades de negócios, empregos verdes e melhorando a qualidade de vida dos cidadãos. Outra vantagem importante da economia circular é a contribuição para a mitigação das alterações climáticas. A redução da extração de recursos naturais e a diminuição das emissões de gases com efeito de estufa associadas à produção de materiais podem ajudar a reduzir a pegada de carbono de diversos setores da economia. 

Diversas iniciativas podem ser aplicadas para promover a economia circular. Uma das mais importantes é a reciclagem de materiais que envolve a recolha, o processamento e a transformação de resíduos em novos produtos, o que ajuda a reduzir a quantidade de resíduos enviados para aterros sanitários, além de economizar recursos naturais e energia. A reciclagem pode ser aplicada a uma ampla variedade de materiais, incluindo papel, plástico, vidro, metal e tecido. Outra iniciativa importante é a reutilização que envolve o uso de materiais existentes em novos produtos ou em novos contextos. Pode envolver a reutilização de um objeto inteiro ou a recuperação de componentes individuais para uso noutro produto. Outra hipótese é a produção de produtos duráveis e reparáveis, projetados para terem uma vida útil mais longa e serem facilmente reparados. O upcycling é outra iniciativa que está a ganhar destaque. Essa técnica envolve a transformação de materiais em produtos de maior valor, sem que estes percam as suas propriedades originais. Para além disso, a economia circular tem impacto na implementação de práticas de gestão de resíduos mais eficientes.

A construção de edifícios é responsável por uma parcela considerável dos resíduos sólidos produzidos globalmente com as estimativas a indicarem valores entre 30 % e 40 %. Essa quantidade engloba tanto os resíduos produzidos durante o processo construtivo, como os resíduos produzidos durante a demolição e a reabilitação das construções existentes. Deste modo, a adoção de práticas de economia circular na indústria da construção é crucial não só para minimizar o impacto ambiental, mas também para abrir oportunidades de novos modelos de negócios e parcerias, trazendo benefícios significativos para a sociedade como um todo. No entanto, devido ao longo ciclo de vida dos edifícios (geralmente não inferior a 30 – 40 anos), o índice de circularidade dos materiais de construção é baixo, atingindo cerca de 10 a 15 % na Europa [1]. O baixo índice deve-se fundamentalmente ao elevado stock de materiais de construção, que leva décadas até ficar disponível para reciclagem. Por este motivo, é importante adotar o conceito de open-loop, que consiste em utilizar materiais reciclados de diferentes setores e cadeias produtivas. Esta abordagem já existe em alguns produtos, por exemplo, na utilização da escória (setor do aço) ou de cinzas volantes (centrais termelétricas) para produção de cimento. 

“O projeto ZeroSkin+ tem como objetivo desenvolver um sistema modular pré-fabricado inovador através da impressão 3D de plástico reciclado para a renovação energética e para o reforço sísmico de edifícios.”

Neste contexto, o projeto ZeroSkin+, liderado pela Universidade do Minho, tem como objetivo desenvolver um sistema modular pré-fabricado inovador através da impressão 3D de plástico reciclado para a renovação energética e para o reforço sísmico de edifícios. A solução, ilustrada nas Figuras 1 e 2, visa aumentar a eficiência energética dos edifícios, reduzindo as suas necessidades energéticas e, consequentemente, os custos com energia e a pegada de carbono associados. Considerando que em Portugal grande parte do parque edificado não possui resistência sísmica adequada, o projeto prevê o desenvolvimento de um exoesqueleto que sirva de suporte ao painel impresso 3D e que, ao mesmo tempo, permita melhorar o desempenho sísmico do edifício, evitando o colapso das paredes de alvenaria.

Figura 1 – Integração da solução ZeroSkin+ na fachada do edifício. Os módulos são pré-fabricados com recurso à manufatura aditivada usando o plástico reciclado como matéria-prima.

O sistema é composto por um painel interno e por um painel externo, cada um com características de desempenho específicas, e por uma estrutura de suporte com perfis verticais de aço para fixação dos painéis. Enquanto o painel externo deve dar resposta aos requisitos de proteção contra radiação UV e chuva e resistência mecânica, o painel interno tem como objetivo garantir a resistência térmica necessária para melhorar o desempenho térmico do edifício como um todo, para além de assegurar a conexão adequada entre os painéis e entre estes e a envolvente opaca pré-existente do edifício. Para isso, o painel interno contará com a inclusão de um plástico elastomérico que será utilizado para preservar a integridade do sistema construtivo, sobretudo devido à possibilidade de existirem irregularidades nas fachadas pré-existentes dos edifícios.

Com o intuito de otimizar o desempenho do sistema modelar na perspetiva da economia circular, é possível utilizar diferentes tipos de plásticos reciclados nos módulos externo e interno, a depender das características específicas de cada material. Essa abordagem permite aproveitar ao máximo as propriedades dos plásticos reciclados, bem como contribuir para a redução dos resíduos e para a promoção de um sistema construtivo mais sustentável. Como o painel interno não precisa de satisfazer os requisitos de desempenho mecânico que são exigidos ao painel externo, será permitido um uso mais alargado de termoplásticos reciclados.

Figura 2 – À esquerda, a representação da constituição do módulo ZeroSkin+; à direita, a representação da integração dos módulos.

Ao controlar a geometria interna e utilizar diferentes combinações de densidade de preenchimento, a impressão 3D permite otimizar a condutividade térmica e criar componentes mais leves que podem ser usados na renovação energética de edifícios. No projeto ZeroSkin+, foram desenvolvidos protótipos para quantificar o desempenho térmico considerando um conjunto de geometrias e densidades de preenchimento. Os resultados obtidos indicam uma condutividade térmica entre 0,04 – 0,30 W/(m.K), dependendo da geometria e densidade utilizadas. Para se atingir um maior desempenho térmico no sistema modular, atualmente está a ser analisada a possibilidade de se incorporarem materiais isolantes à base de recursos naturais, tais como lã mineral, cortiça, fibras de madeira, entre outros. Para além disso, está também prevista a inclusão de um sistema fotovoltaico no painel para suprir parte das necessidades energéticas do edifício a reabilitar contribuindo para a descarbonização do mesmo. No contexto da construção 4.0, também será desenvolvida uma versão digital do sistema modular pré-fabricado, a fim de aprimorar a integração entre os modelos BIM e o processo de fabricação. 

Durante o desenvolvimento do projeto ZeroSkin+, foi constatado que há poucas soluções no mercado que obedeçam aos critérios da economia circular. Assim, para dar resposta aos novos desafios propostos pela economia circular, é necessária uma mudança de paradigma na forma de produzir e consumir recursos. O modelo de negócios Business-to-Business (B2B) é uma abordagem importante para impulsionar a adoção de práticas mais sustentáveis na cadeia de valor. Por meio do B2B, as empresas podem trabalhar em conjunto para desenvolverem soluções circulares que permitam a reutilização de materiais, a redução de resíduos e a minimização do consumo de recursos naturais, promovendo, assim, a economia circular por meio da utilização de materiais reciclados ou renováveis.

Referências

[1] A. Mayer, et al., Measuring Progress towards a Circular Economy: A Monitoring Framework for Economywide Material Loop Closing in the EU28, Journal of Industrial Ecology. 23 (2019) 62–76. https://doi.org/10.1111/jiec.12809

[2] W.W.Y. Lau, et al., Evaluating scenarios toward zero plastic pollution, Science. 369 (2020) 1455–1461. https://doi.org/10.1126/science.aba9475

Este artigo foi originalmente publicado na edição nº147 da Edifícios e Energia (Maio/Junho 2023)

As conclusões expressas são da responsabilidade dos autores.