Borras de café: solução inovadora para a indústria do betão

Cidades preparam enormes volumes de café e despejam ainda mais betão. Esses dois fluxos raramente se cruzam. Novos resultados laboratoriais sugerem que deviam cruzar-se: as borras usadas podem ser valorizadas e transformadas num ingrediente útil que reduz a pegada de um material notoriamente voraz em recursos.

Porque é que o desperdício de café responde às necessidades do betão

As borras de café usadas (BCU) acumulam-se rapidamente em cafés, escritórios e casas. Quando vão para aterro, libertam metano, um gás com efeito de estufa cerca de 21 vezes mais potente do que o CO₂ ao longo de um século. Ao mesmo tempo, o sector da construção consome quantidades enormes de areia natural. Essa extracção pressiona rios, zonas costeiras e ecossistemas locais. Qualquer forma segura de substituir uma parte da areia enquanto se gere um resíduo orgânico merece atenção.

As BCU em estado bruto, porém, não se dão bem com o cimento. Compostos orgânicos lixiviam-se e interferem com as reacções de hidratação. As partículas são leves, porosas e instáveis em condições alcalinas. O truque é converter as borras numa forma “mineralizada” que se ligue à pasta e resista à degradação.

A pirólise transforma as borras em biochar

Os investigadores recorreram à pirólise, um processo térmico com pouco oxigénio, para transformar BCU em biochar. Esse tratamento térmico estabiliza o carbono, remove orgânicos reactivos e ajusta a porosidade. Duas temperaturas contaram uma história clara: 350 °C e 500 °C produziram betões muito diferentes.

Um ponto ideal a baixa temperatura: 350 °C

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

Até mais 29,3% de resistência à compressão aos 28 dias com 15% de substituição de areia usando biochar de café produzido a 350 °C.

O que muda a 500 °C

A 500 °C, o biochar tornou-se mais frágil e as microfissuras espalharam-se na matriz cimentícia. As partículas passaram a ser menos “tolerantes” sob carga. O desempenho mecânico caiu, revelando uma janela estreita de temperatura em que a conversão café‑para‑betão funciona melhor.

Temperatura de pirólise	Comportamento das partículas	Efeito na química do cimento	Tendência da resistência aos 28 dias	Resultado global
350 °C	Poroso, estável, bom intertravamento	Remove orgânicos que dificultam a hidratação	Melhora até 15% de substituição de areia	Promissor para misturas estruturais
500 °C	Mais frágil, iniciação de microfissuras	Ainda poroso, mas menos benéfico	Diminui face ao controlo	Não recomendado para desempenho

Como a equipa avaliou o material

• Verificações físico‑químicas: o biochar a 350 °C mostrou melhor compatibilidade com a pasta de cimento e uma estrutura porosa que suporta a cura interna.
  
• Ensaios mecânicos: misturas com até 15% de substituição de areia por biochar a 350 °C apresentaram resistência igual ou superior ao betão de referência aos 28 dias.
  
• Comportamento de hidratação: as BCU cruas lixiviaram compostos que abrandaram a hidratação, enquanto a pirólise suave removeu esse “travão” às reacções do cimento.

As borras de café cruas abrandam a hidratação do cimento; a pirólise a baixa temperatura neutraliza esse efeito e restaura taxas de reacção saudáveis.

O que isto significa para construtores e cidades

• Ganhos ambientais: menos metano de resíduos orgânicos e menor pressão sobre fontes naturais de areia.
  
• Oportunidades económicas: um novo mercado de subproduto para biochar, com cadeias de abastecimento locais desde cafés até centrais de betão.
  
• Benefícios comunitários: empregos na recolha, secagem, pirólise, moagem e controlo de qualidade.

Para produtores de betão pronto, a receita em fase inicial parece simples: manter a pirólise perto de 350 °C, apontar para taxas modestas de substituição e tratar o biochar como aditivo de desempenho, não como um enchimento milagroso. O material comporta-se como um fino leve e reactivo, que exige gestão de humidade e controlo de granulometria.

Questões em aberto antes de escalar

• Durabilidade: resistência a longo prazo a ciclos gelo–degelo, entrada de cloretos, ataque por sulfatos e carbonatação precisa de dados de campo.
  
• Permeabilidade e retracção: a cura interna pode reduzir a retracção por secagem, mas a conectividade dos poros tem de ser equilibrada para limitar a permeabilidade.
  
• Comportamento ao fogo: o biochar é rico em carbono; os ensaios devem confirmar o desempenho a altas temperaturas e o risco de lascagem (spalling).
  
• Normas: os códigos precisam de definir como classificar o biochar de café entre finos leves ou materiais suplementares.
  
• Consistência de fornecimento: teor de humidade, dimensão de partículas, teor de cinzas e orgânicos residuais variam com o tipo de café e a torra; a garantia de qualidade será crítica.

Um cenário aproximado à escala de uma cidade

Considere uma cidade de um milhão de habitantes a gerar 3.000 a 6.000 toneladas de BCU por ano. Com um rendimento conservador de 30% de biochar a 350 °C, isso cria 900 a 1.800 toneladas de material utilizável. Se um metro cúbico de betão inclui normalmente cerca de 800 kg de areia, uma substituição de 15% equivale a aproximadamente 120 kg de biochar por metro cúbico. Essa cidade poderia fornecer biochar suficiente para incorporar em cerca de 7.500 a 15.000 m³ de betão por ano. Passeios, ciclovias, pequenas pontes ou lajes de edifícios baixos poderiam absorver esse volume sem sobrecarregar a logística.

Estes são valores de ordem de grandeza. Hábitos locais de consumo de café, taxas de captura do resíduo, humidade no transporte e perdas na moagem alteram os números. A direcção, porém, é clara: fluxos urbanos estáveis de resíduos podem alimentar necessidades práticas da construção.

Notas práticas para adoptantes iniciais

• Apontar para pirólise a 350 °C com pouco oxigénio; validar com TGA/FTIR para confirmar a remoção de orgânicos.
  
• Secar e moer até uma curva granulométrica semelhante à da areia; peneirar partículas demasiado grandes que actuam como defeitos.
  
• Pré‑saturar o biochar para aproveitar a cura interna e estabilizar a trabalhabilidade.
  
• Começar com 5–10% de substituição de areia; testar painéis antes de avançar para 15% ou mais.
  
• Combinar com adições minerais comprovadas (cinzas volantes, escória, argila calcinada) para refinar a estrutura porosa e equilibrar o ganho de resistência.
  
• Registar humidade, densidade e absorção por lote para ajustar a água necessária e a dosagem de adjuvantes.

Perspectivas relacionadas a acompanhar

Outros finos derivados de biomassa - como cinza de casca de arroz ou biochar de serradura - podem interagir de forma diferente com o cimento. Alguns têm actividade pozolânica, enquanto outros funcionam mais como agentes de cura interna. Misturar vários finos de base residual pode permitir aos produtores “afinar” propriedades específicas para usos particulares, desde pavimentos a blocos pré‑fabricados.

A contabilização de carbono também importa. Converter BCU em biochar fixa parte do carbono biogénico numa matriz durável durante décadas. Esse armazenamento pode ajudar projectos a cumprir metas de carbono incorporado. Os protocolos de verificação, contudo, terão de medir tanto o metano evitado como a estabilidade do carbono na microestrutura do betão.

Principais conclusões a reter

• A pirólise a baixa temperatura (cerca de 350 °C) transforma desperdício de café num biochar compatível com betão.
  
• Até 15% de substituição de areia aumentou a resistência à compressão aos 28 dias em quase um terço em ensaios laboratoriais.
  
• O desempenho cai a 500 °C devido à fragilidade e à microfissuração.
  
• Sinais ambientais, económicos e sociais apontam para um ciclo viável de economia circular - desde que a durabilidade e as normas acompanhem.

Um glossário rápido e próximos passos

Pirólise: tratamento térmico sem oxigénio que estabiliza resíduos ricos em carbono. Biochar: produto sólido, rico em carbono, resultante da pirólise, tipicamente poroso e leve. Cura interna: água armazenada em finos que é libertada lentamente durante a hidratação, reduzindo a auto‑dessecação e a retracção. Projectos‑piloto em 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 confiança para incluir biochar de café em cadernos de encargos e regras locais de compras verdes.