Em resposta, pesquisadores do MIT Concrete Sustainability Hub (MIT CSHub) estão estudando como uma superfície que normalmente aumenta as ilhas de calor urbanas pode diminuir sua intensidade. Sua pesquisa se concentra em “pavimentos frios”, que refletem mais radiação solar e emitem menos calor do que as superfícies de pavimentação convencionais.
Um estudo recente de uma equipe de pesquisadores do MIT CSHub na revista Environmental Science and Technology descreve pavimentos frios e sua implementação. O estudo descobriu que eles poderiam reduzir as temperaturas do ar em Boston e Phoenix em até 1,7 graus Celsius (3 F) e 2,1 C (3,7 F), respectivamente. Eles também reduziriam as emissões de gases de efeito estufa, reduzindo as emissões totais em até 3% em Boston e 6% em Phoenix. Alcançar essas economias, no entanto, requer que as estratégias de pavimentação fria sejam selecionadas de acordo com o clima, o tráfego e as configurações de construção de cada bairro.
Cidades como Los Angeles e Phoenix já realizaram experimentos consideráveis com pavimentos frios, mas a tecnologia ainda não foi amplamente implementada. A equipe do CSHub espera que sua pesquisa possa orientar futuros projetos de pavimentação para ajudar as cidades a lidar com as mudanças climáticas.
Estudando a superfície
É bem conhecido que as superfícies mais escuras ficam mais quentes à luz do sol do que as mais claras. Os cientistas do clima usam uma métrica chamada “albedo” para ajudar a descrever esse fenômeno.
“Albedo é uma medida de refletividade da superfície”, explica Hessam AzariJafari, principal autor do artigo e pós-doc no MIT CSHub. “Superfícies com baixo albedo absorvem mais luz e tendem a ser mais escuras, enquanto superfícies com alto albedo são mais brilhantes e refletem mais luz.”
Albedo é central para esfriar os pavimentos. Superfícies de pavimentação típicas, como o asfalto convencional, possuem um albedo baixo e absorvem mais radiação e emitem mais calor. Pavimentos frios, no entanto, têm materiais mais brilhantes que refletem mais de três vezes mais radiação e, consequentemente, reemitem muito menos calor.
“Podemos construir pavimentos legais de muitas maneiras diferentes”, diz Randolph Kirchain, pesquisador do Laboratório de Ciência dos Materiais e codiretor do Concrete Sustainability Hub. “Materiais mais brilhantes, como concreto e agregados de cores mais claras, oferecem albedo mais alto, enquanto os pavimentos de asfalto existentes podem ser ‘frios’ por meio de revestimentos refletivos.”
Os pesquisadores do CSHub consideraram essas várias opções em um estudo de Boston e Phoenix. Sua análise considerou resultados diferentes quando concreto, asfalto reflexivo e concreto reflexivo substituíram os pavimentos asfálticos convencionais – que representam mais de 95% dos pavimentos em todo o mundo.
Consciência situacional
Para uma compreensão abrangente dos benefícios ambientais dos pavimentos frios em Boston e Phoenix, os pesquisadores tiveram que olhar além dos materiais de pavimentação. Isso porque, além de baixar a temperatura do ar, os pavimentos frios exercem impactos diretos e indiretos nas mudanças climáticas.
“O único impacto direto é o forçamento radiativo”, observa AzariJafari. “Ao refletir a radiação de volta para a atmosfera, os pavimentos frios exercem uma força radiativa, o que significa que alteram o balanço energético da Terra enviando mais energia para fora da atmosfera – semelhante às calotas polares”.
Pavimentos frios também exercem impactos complexos e indiretos de mudança climática, alterando o uso de energia em edifícios adjacentes.
“Por um lado, ao baixar as temperaturas, os pavimentos frios podem reduzir a necessidade de ar condicionado no verão e aumentar a demanda de aquecimento no inverno”, diz AzariJafari. “Por outro lado, ao refletir a luz – chamada radiação incidente – em edifícios próximos, pavimentos frios podem aquecer estruturas, o que pode aumentar o uso de AC no verão e diminuir a demanda de aquecimento no inverno.”
Além disso, os efeitos do albedo são apenas uma parte dos impactos gerais do ciclo de vida de um pavimento frio. De fato, os impactos da construção e extração de materiais (referidos em conjunto como impactos incorporados) e o uso do pavimento dominam o ciclo de vida.
O principal impacto da fase de uso de um pavimento – além dos efeitos de albedo – é o consumo excessivo de combustível: pavimentos com superfícies lisas e estruturas rígidas causam menos consumo excessivo de combustível nos veículos que circulam neles.
Avaliar os impactos da mudança climática de pavimentos frios, então, é um processo intrincado – que envolve muitas compensações. Em seu estudo, os pesquisadores procuraram analisá-los e medi-los.
Uma reflexão completa
Para determinar a implementação ideal de pavimentos frios em Boston e Phoenix, os pesquisadores investigaram os impactos do ciclo de vida da mudança de pavimentos asfálticos convencionais para três opções de pavimentos frios: asfalto reflexivo, concreto e concreto reflexivo.
Para fazer isso, eles usaram simulações físicas acopladas para modelar edifícios em milhares de bairros hipotéticos. Usando esses dados, eles treinaram um modelo de rede neural para prever impactos com base nas características da construção e da vizinhança. Com esta ferramenta instalada, foi possível estimar o impacto de pavimentos frios para cada uma das milhares de estradas e centenas de milhares de edifícios em Boston e Phoenix.
Além dos efeitos do albedo, eles também analisaram os impactos incorporados para todos os tipos de pavimento e o efeito do tipo de pavimento no consumo excessivo de combustível do veículo devido às qualidades da superfície, rigidez e taxa de deterioração.
Depois de avaliar os impactos do ciclo de vida de cada tipo de pavimento frio, os pesquisadores calcularam qual material – asfalto convencional, asfalto reflexivo, concreto e concreto reflexivo – beneficiou mais cada bairro. Eles descobriram que, embora os pavimentos frios fossem vantajosos em Boston e Phoenix em geral, os materiais ideais variavam muito dentro e entre as duas cidades.
“Um benefício universal em todo tipo de bairro e material de pavimentação foi o impacto do forçamento radiativo”, observa Azari Jafari. “Este foi particularmente o caso em áreas com edifícios mais curtos e menos densos, onde o efeito foi mais pronunciado.”
Ao contrário do forçamento radiativo, no entanto, as mudanças na demanda de energia do edifício diferem de acordo com a localização. Em Boston, as calçadas frias reduziram a demanda de energia com a mesma frequência que a aumentaram em todos os bairros. Em Phoenix, pavimentos frios tiveram um impacto negativo na demanda de energia na maioria dos setores censitários devido à radiação incidente. Ao levar em consideração o forçamento radiativo, no entanto, os pavimentos frios tiveram um benefício líquido.
Somente após considerar as emissões incorporadas e os impactos no consumo de combustível, o tipo de pavimento ideal se manifestou para cada bairro. Depois de levar em consideração a incerteza sobre o ciclo de vida, os pesquisadores descobriram que os pavimentos de concreto refletivos tiveram os melhores resultados, mostrando-se ótimos em 53% e 73% dos bairros de Boston e Phoenix, respectivamente.
Mais uma vez, foram identificadas incertezas e variações. Em Boston, a substituição dos pavimentos asfálticos convencionais por uma opção fria sempre foi preferida, enquanto em Phoenix os pavimentos de concreto – refletivos ou não – tiveram melhores resultados devido à rigidez em altas temperaturas que minimizavam o consumo de combustível do veículo. E apesar do domínio do concreto em Phoenix, em 17% de seus bairros todas as opções de pavimentação refletiva se mostraram mais ou menos tão eficazes, enquanto em 1% dos casos, os pavimentos convencionais foram realmente superiores.
“Embora os impactos das mudanças climáticas que estudamos tenham se mostrado numerosos e muitas vezes em desacordo, nossas conclusões são inequívocas: pavimentos frios podem oferecer imensos benefícios de mitigação das mudanças climáticas para ambas as cidades”, diz Kirchain.
As melhorias nas temperaturas do ar seriam perceptíveis: a equipe descobriu que pavimentos frios reduziriam as temperaturas máximas do ar no verão em Boston em 1,7 C (3 F) e em Phoenix em 2,1 C (3,7 F). As reduções de emissões de dióxido de carbono também seriam impressionantes. Boston diminuiria suas emissões de dióxido de carbono em até 3% ao longo de 50 anos, enquanto as reduções em Phoenix chegariam a 6% no mesmo período.
Esta análise é um dos estudos mais abrangentes de pavimentos frios até hoje – mas há mais para investigar. Assim como nos pavimentos, também é possível ajustar o albedo do edifício, o que pode resultar em mudanças na demanda energética do edifício. A descarbonização intensiva da rede e a introdução de misturas de concreto com baixo teor de carbono também podem alterar as emissões geradas por pavimentos frios.
Ainda há muito caminho a percorrer para a equipe do CSHub. Mas ao estudar pavimentos frios, eles elevaram uma solução brilhante para as mudanças climáticas e abriram caminhos para mais pesquisas e mitigação futura.
O MIT Concrete Sustainability Hub é uma equipe de pesquisadores de vários departamentos do MIT trabalhando em ciência, engenharia e economia de concreto e infraestrutura. Sua pesquisa é apoiada pela Portland Cement Association e pela Ready Mixed Concrete Research and Education Foundation.
Por MIT Concrete Hub de Sustentabilidade
Publicado originalmente em: https://news.mit.edu/2021/countering-climate-change-cool-pavements-0822
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