1

SOBRE A NECESSIDADE DE METODOLOGIA DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO PARA RECICLAGEM

JOHN, Vanderley M. ; ANGULO, Sérgio C.; AGOPYAN, Vahan

PCC - Departamento Engenharia de Construção Civil da Escola Politécnica. EP USP. Cx. Postal 61548. São Paulo-SP. CEP 05424-970.

Palavras-chave: reciclagem, resíduos, desenvolvimento sustentável, construção civil.

RESUMO

A importância da reciclagem é descrita e uma metodologia de pesquisa e desenvolvimento para reciclagem é apresentada de forma sucinta, envolvendo conhecimentos multidisciplinares. Nesta metodologia, dentre outros pontos, é destacada a necessidade de análise de desempenho ambiental das diversas alternativas para a reciclagem bem como a importância da transferência da tecnologia desenvolvida para a produção comercial. Exemplos práticos demonstrando a importância das diferentes etapas da metodologia são apresentados. Conclui-se que uma metodologia criteriosa e cautelosa é essencial para desenvolver um mercado efetivo para os resíduos.

1. SOBRE A RECICLAGEM

A reciclagem não é uma idéia nova. Os romanos, por exemplo, reconstruíam as cidades destruídas durante a guerra de conquista utilizando os escombros (HENDRIKS, 2000).

No entanto, o advento do modelo linear de produção industrial e da sociedade de consumo, estreitamente aliados ao aumento da população vem tornando o problema mais complexo. No modelo atual de produção, os resíduos sempre são gerados na produção de bens de consumo. Ao final da vida útil eles se convertem em resíduos. Assim, a massa de resíduos gerados é superior a massa de bens de consumo em longo prazo para qualquer economia (JOHN, 2000).

Neste processo, matérias-primas não-renováveis são transformadas em lixo que se acumula em aterros, ocupando espaços e, muitas vezes, concentrando produtos perigosos. Esta concentração de resíduos perigosos significa muitas vezes um risco ambiental posto que acidentes são possíveis especialmente porque não existe garantia que no longo prazo eles continuarão a serem guardados e operados com segurança.

De fato, os resíduos se transformaram em graves problemas urbanos e ambientais com um gerenciamento oneroso e complexo. A escassez de área de deposição de resíduos causada pela ocupação e valorização de áreas urbanas, os altos custos sociais no gerenciamento de resíduos, problemas de saneamento público e contaminação ambiental são alguns destes problemas (JOHN, 2000; GÜNTHER, 2000; PINTO, 1999).

Por outro lado, muitas destas matérias primas estão se esgotando ou estão disponíveis em locais cada vez mais distantes do centro de consumo ou de difícil acesso (JOHN, 2000; CURWELL; COOPER, 1998; GÜNTHER, 2000). Tais problemas são resultados da intensa industrialização, advento de novas tecnologias, crescimento populacional e concentração de pessoas em centros urbanos e diversificação de bens de consumo e serviços.

2

Durante a ECO-92 e a definição da Agenda 21, houve destaque a necessidade urgente de se implementar um adequado sistema de gestão ambiental para os resíduos sólidos (GÜNTHER, 2000), que inclui a necessidade de redução da geração dos resíduos, reutilização e reciclagem dos resíduos gerados. O conceito mais de fundo consiste na transformação de cadeias industriais de ciclo linear aberto (matérias primas � produto � resíduos industriais e pós-uso) em cadeias industriais de ciclo fechado, onde os resíduos são reutilizados ou reciclados e o uso de matérias primas minimizado (HENDRIKS, 2000, JOHN, 2000).

2. RISCOS E BENEFÍCIOS DA RECICLAGEM

Atividades de reciclagem significam risco ambiental, técnico, financeiro e de saúde dos trabalhadores e dos usuários. Como qualquer outra atividade industrial, a reciclagem pode gerar resíduos, além do uso de energia e matérias primas complementares, em alguns casos, para a modificação físico-química do produto.

Dois exemplos brasileiros podem ilustrar este problema. Recentemente foi destaque na mídia a contaminação de frangos alemães por uma cal hidratada brasileira que foi utilizada na produção de polpa cítrica exportada como alimento de animais. A cal hidratada era resíduo industrial e continha dioxina. Esta cal foi utilizada por muitos anos em atividades de construção civil no mercado Paulista. Outra falha é a da reciclagem de fosfogesso em painéis divisórias para a construção civil. Após curto período de uso os painéis apresentaram intenso desenvolvimento de fungos, gerando problemas de saúde para os usuários e financeiros para os fabricantes.

Os benefícios potenciais da reciclagem são mais conhecidos e incluem:

1. Redução no consumo de recursos naturais não-renováveis, quando substituídos por resíduos reciclados (JOHN, 2000).

2. Redução de áreas necessárias para aterro uma vez que os resíduos são utilizados novamente como bens de consumo. Destaca-se a necessidade da reciclagem dos resíduos de construção e demolição, pois eles representam mais de 50% da massa dos resíduos sólidos urbanos (PINTO, 1999).

3. Redução do consumo de energia durante o processo de produção. Destaca-se a indústria do cimento, que usa resíduos de bom poder calorífico para a obtenção de sua matéria-prima (co-incineração) ou utilizando a escória de alto-forno, resíduo industrial com composição semelhante ao cimento (JOHN, 2000).

4. Redução da poluição; por exemplo para a indústria de cimento, que reduz a emissão de gás carbônico utilizando escória de alto forno em substituição ao cimento portland (JOHN, 2000).

5. Geração de emprego e renda.

Assim, metodologias de desenvolvimento de produtos a partir de resíduos reciclados necessitam considerar os benefícios e riscos de forma adequada.

3. METODOLOGIA DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO

Um processo viável de pesquisa e desenvolvimento para a reciclagem de resíduo é uma tarefa complexa, na qual envolve conhecimentos de ciências de materiais, ambientais, de saúde, econômicas, marketing, legais e sociais, além da avaliação de desempenho do produto em um cenário de trabalho multidisciplinar.

3

Assim, uma metodologia que tenha por objetivo orientar atividades de pesquisa e desenvolvimento de reciclagem de resíduos como materiais de construção civil deve reunir os seguintes tópicos.

3.1. Processo de geração dos resíduos

A estimativa da quantidade de resíduo gerada por período de tempo e eventual sazonalidade são importante para (a) determinar a estrutura necessária para gerir o processo e realizar a reciclagem; (b) indicar a escala de produção de reciclagem necessária, o que freqüentemente limita as tecnologias; (c) indicar tendências futuras de geração de resíduo, já que o processo de reciclagem deve ser pensado para o longo prazo.

Os inventários de resíduos são certamente as fontes mais fáceis de obtenção destas informações, mas nem sempre eles existem ou estão disponíveis. Mesmo para uma indústria em particular que apresente um sistema de gestão de resíduos, via de regra não existe dados consolidados e confiáveis sobre a geração de resíduos industriais.

Por esta razão, é recomendável verificar a consistência das estimativas.

Os custos associados à pratica atual de gestão de resíduos são parte fundamental na avaliação da viabilidade econômica da reciclagem. Mesmo nos Estados Unidos, boa parte das empresas não realiza apropriação direta dos custos ambientais, especialmente porque os sistemas de contabilidade não prevêem esta rubrica. Estes custos podem chegar até a 20% dos custos totais. Além dos custos diretos, existem os custos indiretos, como o desgaste da imagem da empresa devido a sua gestão ambiental ineficiente que pode levar a confrontos com organizações sociais e perda de consumidores (DESIMONE; POPOFF, 1998).

Considerado em um processo tradicional como um estorvo ou problema, o resíduo, especialmente se não perigoso, não é freqüentemente tratado como produto. Os processos de gestão do resíduo afetam as características dos resíduos, incluindo as possibilidades de reciclagem.

Como exemplo, pode-se citar o sistema de gestão de resíduos de construção e demolição no Brasil. Como o processo de demolição não é seletivo (Figura 1), o resíduo de construção e demolição disponível é um resíduo misto de concretos, alvenarias, revestimentos e outros. Esta mistura reduz as possibilidades de utilização do resíduo como produto reciclado (ANGULO et al.,2003; HENDRIKS, 2000).

Figura 1 Mistura de componentes construtivos do resíduo de construção e demolição pela ausência de gestão em demolições.

4

3.2. Caracterização do resíduo

É fundamental um estudo das características físico-químicas dos resíduos de forma exaustiva, através de ensaios e métodos apropriados. Normalmente, esta caracterização compreende a determinação da composição química, das características microestruturais e de propriedades físicas como densidade, porosidade, distribuição do tamanho de partículas entre outros.

A decisão sobre que ensaios realizar visando a caracterização do resíduo bem como das técnicas mais adequadas é um problema técnico cuja dificuldade não deve ser subestimada. Por exemplo, um conjunto de técnicas foi necessário para a caracterização de escórias de aciaria de fornos de conversão LD (Tabela 1) (MACHADO, 2000).

Além de uma adequada caracterização, é importante investigar a variabilidade das fontes de fornecimento do resíduo. Como exemplo, a Figura 2 mostra a variação do teor de Cádmio em torta de logo de esgoto em estações de tratamento na cidade de São Paulo durante o período de um ano.

Tabela 1 Estratégia para a caracterização da escórias de aciaria (Machado, 2000)

Técnica analítica Mecanismo Resultado Análise química por fluorescência de raios X

Análise quantitativa total expressa em porcentagem de óxidos (em peso).

Análise quantitativa total das espécies químicas presentes na escória.

Análise química pelo etilenoglicol (NBR 7227/89)

Dissolução da amostra em etilenoglicol seguida de titulação em solução padrão de HCl.

Determinação do teor de CaOlivre

Gasometria (MB 3377/90)

Determinação do anidrido carbônico (CO2) pela absorção do CO2 pelo Ba(OH)2

Determinação do teor de carbonatos em função do teor de CO2 presente na amostra

Análise térmica (TG/DTG e DTA)

Estabilidade e decomposição térmica dos compostos presentes na amostra de escória.

Determinação do teor das espécies químicas a partir da decomposição térmica do material.

Difração de raios X (DRX)

Determinação da composição mineralógica em função das distâncias interplanares das estruturas cristalinas.

Determinação qualitativa da composição mineralógica.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Teor de Cd (mg/kg)

França

Dinamarca

Suzano

São Miguel

Barueri

ABC

Figura 2 – Variabilidade do teor de Cádmio em torta de lodo de esgoto (SANTOS, 2003).

5

Tais informações darão subsídio para a seleção das possíveis aplicações dos resíduos. A compreensão do processo que leva a geração do resíduo fornece informações imprescindíveis à concepção de uma estratégia de reciclagem com viabilidade no mercado.

3.3. Seleção das aplicações a serem desenvolvidas

A aplicação do resíduo não deve ser feita em torno de idéias pré-concebidas, mas em função das características do resíduo. Como regra geral, tais aplicações são aquelas que melhor aproveitam as suas características físico-químicas com menor impacto ambiental dentro de um nicho de mercado específico, no qual o produto reciclado tem boas condições de competição com o produto convencional (Figura 3).

��������������

� � ���� � �

�� � ��� �� �

�� ���� � �

� � ���� � ������ ��� �� ��

� � ���� ��

� � � ���� �� ����� �

� � � ����� � �� ���

� � ����

�� �� ��

���������

�� � ����� �

� �� � �

Figura 3 Esquema geral para a seleção de alternativas para reciclagem.

3.4. Desenvolvimento do produto

Os estudos iniciais visam desenvolver conhecimentos fundamentais sobre as alternativas de reciclagem em investigação, de escala eminentemente laboratorial. Na etapa seguinte, o processo de produção começa a ser desenvolvido, mas ainda em escala laboratorial. Finalmente, um estágio de pré-produção ou produção em escala semi-industrial é recomendável para o refinamento do produto (JOHN; CAVALCANTE, 1996).

Nesta fase um conceito importante é o da engenharia simultânea, onde são analisados simultaneamente o desenvolvimento da tecnologia, o desempenho do novo produto, aspectos relativos a manutenção, confiabilidade, marketing e aspectos ambientais, todos do berço ao túmulo (SWINK, 1998).

3.5. Avaliação do produto

Uma vez desenvolvido o novo produto e que se disponham protótipos produzidos utilizando tecnologia similar ao esperada na escala industrial (escala pré-industrial), é necessário iniciar um programa abrangente de avaliação do produto.

A metodologia de avaliação do produto deve considerar o desempenho e a durabilidade do produto. A análise de desempenho tem por objetivo a adequação ao uso, ou seja,

6

adequação às necessidades dos usuários de um produto quando integrado em alguma edificação.

A durabilidade é um aspecto fundamental no desempenho do produto, afetando o custo global da solução e o impacto ambiental do sistema. O objetivo final do estudo de durabilidade é estimar a vida útil, definida como período de tempo durante o qual o produto vai apresentar desempenho satisfatório, nas diferentes condições de uso (SJÖSTRÖM, 1996).

Em seguida, uma análise de sustentabilidade deve ser realizada ponderando aspectos das dimensões ambiental, social e econômica. Não se dispõe de metodologia consolidada para se julgar a sustentabilidade social. Já a análise da sustentabilidade do ponto de vista ambiental possui técnicas de avaliação mais consolidadas.

Assim, são vantajosas ambientalmente as tecnologias de reciclagem para as quais a análises do ciclo de vida demonstrarem que, naquela situação específica, a reciclagem é a alternativa de gestão de menor impacto ambiental, do berço ao túmulo ("cradle-to-grave") (TUKKER; GIELEN, 1994).

A análise do ciclo de vida (ACV) consiste no inventário quantitativo e qualitativo de todos insumos consumidos e dos resíduos sólidos e demais poluentes liberados no ambiente, durante todo o ciclo de vida do produto ou serviço. Ela é fundamental para: (a) a tomada de decisão entre diferentes alternativas na fase de desenvolvimento; (b) a identificação dos impactos mais relevantes do processo de produção, permitindo dirigir esforços para o aperfeiçoamento do desempenho ambiental do novo produto; (c) a demonstração de que o processo de reciclagem é a alternativa que oferece o menor impacto ambiental; (d) a obtenção de certificados ambientais ou selos verdes, como parte da estratégia de mercado.

CARVALHO (2002) utilizou a análise do ciclo de vida para medir o impacto ambiental da substituição do clínquer portland por escória granulada de alto forno e cinza volante, da forma como realizado pela indústria cimenteira brasileira. O estudo envolveu o levantamento das emissões aéreas típicas e máximas das fábricas brasileiras bem como dados internacionais. Apesar da abordagem simplificada adotada pela autora, o trabalho demonstra claramente a magnitude das vantagens ambientais que a reciclagem de escórias de alto forno e cinzas volantes oferece (Tabela 2).

Tabela 2 Efeito da substituição do clínquer por adições em diferentes cimentos brasileiros (CARVALHO, 2002).

Emissões (kg/ton cimento) Cimento Adição (%) NOX SOX CO2 Partículas

Efeito estufa total (ton CO2 equivalente)

CP II E 34 1,22 0,19 565 0,13 1093

CP III 70 0,55 0,09 256 0,06 496

CP IV 50 0,93 0,15 428 0,10 828

CP I 0 1,85 0,30 855 0,19 1655

3.6. Transferência de tecnologia

A reciclagem vai ocorrer apenas se o novo material entrar em escala comercial. Assim, a transferência da tecnologia é uma etapa essencial do processo. Para ela o preço do produto é importante, mas não é suficiente. A colaboração entre os diversos atores envolvidos no processo - geradores do resíduo, potenciais consumidores, agências

7

governamentais encarregadas da gestão do ambiente e das instituições de pesquisa envolvidas - é fundamental para o sucesso da reciclagem, e deverá ocorrer preferencialmente desde o momento em que a pesquisa se inicia.

Além disso, há a necessidade de se convencer os consumidores finais e profissionais que utilizarão ou indicarão os novos produtos. O uso de documentação e certificados que garantam as vantagens do novo produto, bem como a colaboração de universidades e centros de pesquisa com reputação de excelência no mercado, certamente auxilia no convencimento da qualidade do produto.

4. CONCLUSÕES

Nem todas as atividades de reciclagem não desejáveis do ponto de vista da sustentabilidade. A transformação de um resíduo em um produto comercial significa simultaneamente grandes oportunidades para aumentar a sustentabilidade social e ambiental, mas oferece também significativos riscos ambientais e de saúde dos trabalhadores e usuários.

Etapas de estudo aprofundado do processo de geração dos resíduos, caracterização química, mineralógica, microestrutural e física dos resíduos e sua variabilidade, criteriosa seleção de aplicações nas quais o resíduo seja útil, desenvolvimento dos novos produtos seguido de uma avaliação do desempenho técnico, econômico e ambiental são etapas importantes de um processo de pesquisa e desenvolvimento em reciclagem que deve ser concluído com de transferência da tecnologia para o mercado.

5. REFERÊNCIAS

ANGULO, S.C.; MIRANDA, L.F.R; JOHN, V.M. Construction and demolition waste management in Brazil. Waste Management World. Março/Abril. 2003. p.54-57.

CARVALHO, J. Análise de Ciclo de Vida ambiental aplicada a construção civil - Estudo de caso: Comparação entre Cimentos Portland com adição de resíduos. São Paulo, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, Dissertação (Mestrado), 2002. 102p.

CURWELL, S.; COOPER, I. The implications of urban sustainability. Building Research and Information. V.26, nº1, 1998. p. 17-28.

DESIMONE, L.; POPOFF, F. Eco-efficiency – The business Link to Sustainable Development. MIT Press. Cambridge. 1998. 280p.

GUNTHER, W.M.R. Minimização de resíduos e educação ambiental. In: Seminário Nacional de resíduos sólidos e limpeza pública, 7. Curitiba, 2000. Anais. Curitiba, 2000.

HENDRIKS, C.F. The building cycle. Ed. Aeneas. Holanda. 2000. 231 p. JOHN, V.M.; CAVALCANTE, J.R. Conclusões. In: Workshop Reciclagem de

Resíduos como Materiais de Construção Civil. São Paulo. ANTAC. Anais. 1996. JOHN, V.M. Reciclagem de resíduos na construção civil – contribuição à

metodologia de pesquisa e desenvolvimento. São Paulo, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, Tese (livre docência). 2000. 102p.

MACHADO, A. T. Estudo comparativo dos métodos de ensaio para avaliação da expansibilidade das escórias de aciaria. São Paulo, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, Dissertação (Mestrado). 2000. 135p.

8

PINTO, T.P. Metodologia para a gestão diferenciada de resíduos sólidos da construção urbana. São Paulo, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, Tese (Doutorado). 1999. 189p.

SANTOS, A. D. Estudo dos resíduos de tratamento de esgoto e possibilidades de reciclagem. São Paulo, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, Exame de qualificação (Mestrado). 2003.

SJÖSTRÖM, C. Service life of the building. In: Applications of the performance concept in building. Tel Aviv. CIB. v. 2. Proceedings. 1996. p. 6-1;6-11.

SWINK, M.L. Tutorial on implementing concurrent engineering in new product development. J. Operations Management. n.16, 1998. p.103-116.

TUKKER, A.; GIELEN, D. J. A concept for the environmental evaluation of waste management benefits. In: Environmental Aspects of Construction with Waste Materials. Londres. Ed. Elsevier. Proceedings. 1994. p.737-748.