Uma nova pesquisa da Northwestern University provou sistematicamente que uma leve descarga elétrica pode fortalecer uma costa marinha por gerações, reduzindo significativamente a ameaça de erosão diante das mudanças climáticas e da elevação do nível do mar.

No novo estudo, os pesquisadores se inspiraram em amêijoas, mexilhões e outros animais marinhos que vivem em conchas, que usam minerais dissolvidos na água do mar para construir suas conchas.

Da mesma forma, os pesquisadores alavancaram os mesmos minerais dissolvidos de ocorrência natural para formar um cimento natural entre grãos de areia encharcados pelo mar. Mas, em vez de usar energia metabólica como os moluscos fazem, os pesquisadores usaram energia elétrica para estimular a reação química.

Em experimentos de laboratório, uma corrente elétrica suave mudou instantaneamente a estrutura da areia marinha, transformando-a em um sólido imóvel, semelhante a uma rocha. Os pesquisadores estão esperançosos de que essa estratégia possa oferecer uma solução duradoura, barata e sustentável para fortalecer as linhas costeiras globais.

O estudo, intitulado "Eletrodeposição de cimento calcário de água do mar em areias sílicas marinhas", aparece no periódico Communications Earth & Environment.

"Mais de 40% da população mundial vive em áreas costeiras ", disse Alessandro Rotta Loria, da Northwestern, que liderou o estudo. "Por causa das mudanças climáticas e da elevação do nível do mar , a erosão é uma enorme ameaça a essas comunidades. Por meio da desintegração da infraestrutura e da perda de terras, a erosão causa bilhões de dólares em danos por ano em todo o mundo. As abordagens atuais para mitigar a erosão envolvem a construção de estruturas de proteção ou a injeção de ligantes externos no subsolo.

"Meu objetivo era desenvolver uma abordagem capaz de mudar o status quo na proteção costeira — uma que não exigisse a construção de estruturas de proteção e pudesse cimentar substratos marinhos sem usar cimento real. Ao aplicar uma estimulação elétrica suave em solos marinhos, nós provamos sistemática e mecanicamente que é possível cimentá-los transformando minerais naturalmente dissolvidos na água do mar em ligantes minerais sólidos — um cimento natural."

Rotta Loria é o professor assistente Louis Berger de Engenharia Civil e Ambiental na McCormick School of Engineering da Northwestern. Andony Landivar Macias, um ex-candidato a Ph.D. no laboratório de Rotta Loria, é o primeiro autor do artigo. Steven Jacobsen, mineralogista e professor de ciências da Terra e planetárias na Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern, também foi coautor do estudo.''

Da intensificação das tempestades de chuva à elevação do nível do mar, as mudanças climáticas criaram condições que estão gradualmente erodindo as linhas costeiras. De acordo com um estudo de 2020 do Joint Research Centre da Comissão Europeia, quase 26% das praias da Terra serão levadas pela água até o final deste século.

Para mitigar esse problema, as comunidades implementaram duas abordagens principais: construir estruturas de proteção e barreiras, como muros de contenção, ou injetar cimento no solo para fortalecer substratos marinhos, amplamente compostos de areia. Mas vários problemas acompanham essas estratégias. Esses métodos convencionais não são apenas extremamente caros, mas também não duram.

"Paredes marítimas também sofrem com erosão", disse Rotta Loria. "Então, com o tempo, a areia abaixo dessas paredes sofre erosão, e as paredes podem eventualmente ruir. Muitas vezes, estruturas de proteção são feitas de pedras grandes, que custam milhões de dólares por milha. No entanto, a areia abaixo delas pode essencialmente se liquefazer devido a uma série de estressores ambientais, e essas grandes rochas são engolidas pelo solo abaixo delas.

Para contornar esses problemas, Rotta Loria e sua equipe desenvolveram uma técnica mais simples, inspirada em corais e moluscos. A água do mar contém naturalmente uma miríade de íons e minerais dissolvidos. Quando uma corrente elétrica suave (2 a 3 volts) é aplicada à água, ela desencadeia reações químicas. Isso converte alguns desses constituintes em carbonato de cálcio sólido — o mesmo mineral que os moluscos usam para construir suas conchas. Da mesma forma, com uma voltagem um pouco mais alta (4 volts), esses constituintes podem ser predominantemente convertidos em hidróxido de magnésio e hidromagnesita, um mineral onipresente encontrado em várias pedras.

Quando esses minerais coalescem na presença de areia, eles agem como uma cola, unindo as partículas de areia. No laboratório, o processo também funcionou com todos os tipos de areia — desde areias comuns de sílica e calcárias até areias de ferro, que são frequentemente encontradas perto de vulcões.

"Depois de tratada, a areia parece uma rocha", disse Rotta Loria. "Ela é parada e sólida, em vez de granular e incoesa. Os minerais em si são muito mais fortes do que concreto, então a areia resultante pode se tornar tão forte e sólida quanto um paredão."

Enquanto os minerais se formam instantaneamente após a aplicação da corrente, estimulações elétricas mais longas geram resultados mais substanciais. "Notamos resultados notáveis em apenas alguns dias de estimulações", disse Rotta Loria. "Então, a areia tratada deve permanecer no lugar, sem precisar de mais intervenções."

Rotta Loria prevê que a areia tratada manterá sua durabilidade, protegendo litorais e propriedades por décadas.

Rotta Loria também diz que não há necessidade de se preocupar com efeitos negativos na vida marinha. As voltagens usadas no processo são muito leves para serem sentidas. Outros pesquisadores usaram processos semelhantes para fortalecer estruturas submarinas ou até mesmo restaurar recifes de corais. Nesses cenários, nenhuma criatura marinha foi prejudicada.

Se as comunidades decidirem que não querem mais a areia solidificada, a Rotta Loria tem uma solução para isso também, já que o processo é completamente reversível. Quando os eletrodos de ânodo e cátodo da bateria são trocados, a eletricidade dissolve os minerais — efetivamente desfazendo o processo.

"Os minerais se formam porque estamos elevando localmente o pH da água do mar ao redor das interfaces catódicas", disse Rotta Loria. "Se você trocar o ânodo pelo cátodo, então reduções localizadas no pH estão envolvidas, o que dissolve os minerais previamente precipitados."

O processo oferece uma alternativa barata aos métodos convencionais. Após analisar os números, a equipe de Rotta Loria estima que seu processo custa apenas US$ 3 a US$ 6 por metro cúbico de solo eletricamente cimentado. Métodos mais estabelecidos e comparáveis, que usam ligantes para aderir e fortalecer a areia, custam até US$ 70 para o mesmo volume unitário.

Pesquisas no laboratório de Rotta Loria mostram que essa abordagem também pode curar estruturas rachadas feitas de concreto armado. Grande parte da infraestrutura costeira existente é feita de concreto armado, que se desintegra devido a efeitos complexos causados pela elevação do nível do mar, erosão e clima extremo. Se essas estruturas racham, a nova abordagem ignora a necessidade de reconstruir totalmente a infraestrutura. Em vez disso, um pulso de eletricidade pode curar rachaduras potencialmente destrutivas.

"As aplicações dessa abordagem são inúmeras", disse Rotta Loria. "Podemos usá-la para fortalecer o leito marinho abaixo de paredões ou estabilizar dunas de areia e reter encostas de solo instáveis. Também poderíamos usá-la para fortalecer estruturas de proteção, fundações marinhas e muitas outras coisas. Há muitas maneiras de aplicar isso para proteger áreas costeiras."

Em seguida, a equipe de Rotta Loria planeja testar a técnica fora do laboratório e na praia.