Avaliação da sustentabilidade de nano-cal derivada de cascas de ovo na estabilização de solos expansivos : comparação com micro-cal e cales comerciais

Abstract

A estabilização de solos expansivos com cal é amplamente empregada na engenharia geotécnica. No entanto, está associada a impactos ambientais relevantes, principalmente devido às emissões do processo de calcinação. Nesse contexto, alternativas baseadas no aproveitamento de resíduos e no uso de nanomateriais vêm sendo investigadas como soluções potencialmente mais sustentáveis. O presente estudo teve como objetivo avaliar a sustentabilidade do uso de nano-cal de casca de ovo na estabilização de solos expansivos, em comparação com cales comerciais (calcítica e dolomítica) e com micro-cal de casca de ovo. A avaliação foi conduzida por meio de uma Análise de Ciclo de Vida (ACV) comparativa, conforme as diretrizes das normas ISO 14040/14044, utilizando o método ReCiPe 2016 nos níveis midpoint e endpoint. Para isso, foram elaborados inventários de ciclo de vida para a nanocal e micro-cal de cascas de ovo, baseados em processos laboratoriais. Técnicas de scale-up foram empregadas para representação em escala industrial hipotética, assegurando comparabilidade com as cales comerciais. Adicionalmente, foi realizada a Avaliação do Custo do Ciclo de Vida (ACCV) e a monetização dos impactos ambientais por meio da metodologia Environmental Prices, permitindo a integração dos pilares ambiental e econômico em um indicador monetário de sustentabilidade. Os resultados indicaram que, embora a nano-cal apresente menor impacto na categoria de aquecimento global, devido à redução da quantidade de material necessária para atingir o desempenho técnico, seu desempenho ambiental global não se mostrou superior quando avaliado sob uma abordagem multicritério. A micro-cal de cascas de ovo apresentou o melhor desempenho global, em função do melhor equilíbrio entre desempenho técnico, custo e impacto ambiental, associado ao menor consumo de material para estabilização do solo. A análise econômica evidenciou que a nano-cal apresenta custos significativamente superiores às demais alternativas, associados à complexidade de sua rota produtiva e ao uso intensivo de insumos químicos. Observou-se ainda que os impactos ambientais das cales comerciais são predominantemente associados à etapa de calcinação, enquanto, no caso da nano-cal, os impactos estão distribuídos entre a produção de reagentes químicos e o consumo de energia elétrica. Os resultados demonstram que a sustentabilidade de materiais para estabilização de solos não pode ser avaliada com base em indicadores isolados, como emissões de CO2, sendo essencial uma abordagem integrada que considere desempenho técnico, impactos ambientais e custos ao longo do ciclo de vida. O estudo contribui para o avanço da avaliação de sustentabilidade aplicada à geotecnia, evidenciando que a sustentabilidade não decorre apenas da origem da matéria-prima, mas do balanço entre desempenho técnico e a intensidade das rotas produtivas.

Lime stabilization of expansive soils is widely used in geotechnical engineering; however, it is associated with significant environmental impacts, primarily due to emissions from the calcination process. In this context, alternatives based on waste valorization and nanomaterials have been investigated as potentially more sustainable solutions. This study aimed to evaluate the sustainability of eggshell-derived nano-lime for expansive soil stabilization, in comparison with commercial limes (calcitic and dolomitic) and eggshell-derived micro-lime. The assessment was conducted through a comparative Life Cycle Assessment (LCA), following ISO 14040/14044 guidelines, using the ReCiPe 2016 method at both midpoint and endpoint levels. Life cycle inventories for nano-lime and micro-lime were developed based on laboratory-scale processes. Scale-up techniques were applied to represent a hypothetical industrial-scale scenario, ensuring comparability with commercial limes. Additionally, a Life Cycle Cost Assessment (LCCA) was performed, and environmental impacts were monetized using the Environmental Prices methodology, enabling the integration of environmental and economic dimensions into a single sustainability indicator. The results indicated that, although nano-lime exhibits lower impacts in the global warming category due to reduced material demand to achieve the required technical performance, its overall environmental performance is not superior when assessed under a multicriteria approach. Eggshell-derived micro-lime showed the best overall performance, due to a more balanced combination of technical efficiency, cost, and environmental impact, associated with lower material consumption. The economic analysis revealed that nano-lime presents significantly higher costs compared to the other alternatives, mainly due to the complexity of its production route and the intensive use of chemical inputs. While environmental impacts of commercial limes are predominantly associated with the calcination stage, nano-lime impacts are distributed across chemical reagent production and electricity consumption. These findings demonstrate that the sustainability of soil stabilization materials cannot be assessed based on isolated indicators, such as CO₂ emissions, and requires an integrated approach that considers technical performance, environmental impacts, and costs over the life cycle. This study contributes to advancing sustainability assessment in geotechnical engineering, highlighting that sustainability is not determined solely by the origin of raw materials, but by the balance between technical performance and the intensity of production routes.