Os pavimentos são umasuperfÍcie urbana abundante, cobrindo cerca de 40 por cento das cidades americanas. Mas, além de transportar tra¡fego, também podem emitir calor.

Devido ao chamado efeito de ilha de calor urbana,superfÍcies densamente construa­das e impermea¡veis, como pavimentos, podem absorver a radiação solar e aquecer seus arredores, reemitindo essa radiação na forma de calor. Este fena´meno representa uma sanãria ameaça para as cidades. Ele aumenta a temperatura do ar em até7 graus Fahrenheit e contribui para os riscos a  saúde e ao meio ambiente - riscos que asmudanças climáticas ira£o aumentar.

Em resposta, os pesquisadores do Centro de Sustentabilidade de Concreto do MIT (MIT CSHub) estãoestudando como umasuperfÍcie que normalmente aumenta as ilhas de calor urbanas pode, em vez disso, diminuir sua intensidade. Sua pesquisa se concentra em “pavimentos frios”, que refletem mais radiação solar e emitem menos calor do que assuperfÍcies de pavimentação convencionais.

Um estudo recente realizado por uma equipe de pesquisadores atuais e ex-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 até1,7 graus Celsius (3 F) e 2,1 C (3,7 F), respectivamente. Eles também reduziriam as emissaµes de gases de efeito estufa, cortando as emissaµes totais em até3% em Boston e 6% em Phoenix. Alcana§ar essas economias, no entanto, requer que estratanãgias de pavimentação fria sejam selecionadas de acordo com o clima, o tra¡fego e as configurações de construção de cada bairro.

Cidades como Los Angeles e Phoenix já realizaram experimentos considera¡veis ​​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 fria para ajudar as cidades a lidar com asmudanças climáticas.

a‰ bem sabido que assuperfÍcies mais escuras ficam mais quentes a  luz do sol do que as mais claras. Cientistas do clima usam uma manãtrica chamada “albedo” para ajudar a descrever esse fena´meno.

“Albedo éuma medida da refletividade dasuperfÍcie”, explica Hessam AzariJafari, o principal autor do artigo e pa³s-doutorado no MIT CSHub. “Superfa­cies com baixo albedo absorvem mais luz e tendem a ser mais escuras, enquantosuperfÍcies com alto albedo são mais brilhantes e refletem mais luz.”

Albedo éfundamental para resfriar pavimentos. AssuperfÍcies de pavimentação ta­picas, como o asfalto convencional, possuem baixo albedo e absorvem mais radiação e emitem mais calor. Pavimentos frios, no entanto, tem materiais mais brilhantes que refletem mais de três vezes mais radiação e, conseqa¼entemente, reemitem muito menos calor.

“Podemos construir pavimentos frios de muitas maneiras diferentes”, diz Randolph Kirchain, pesquisador do Laborata³rio de Ciência de Materiais e codiretor do Centro de Sustentabilidade de Concreto. “Materiais mais brilhantes como concreto e agregados de cores mais claras oferecem maior albedo, enquanto os pavimentos de asfalto existentes podem ser tornados 'frios' por meio de revestimentos reflexivos.”

Os pesquisadores do CSHub consideraram essas várias opções em um estudo de Boston e Phoenix. A análise deles considerou resultados diferentes quando concreto, asfalto reflexivo e concreto reflexivo substitua­ram pavimentos de asfalto convencionais - que compõem mais de 95 por cento dos pavimentos em todo o mundo.

Para uma compreensão abrangente dos benefa­cios ambientais dos pavimentos frios em Boston e Phoenix, os pesquisadores tiveram que olhar além dos materiais de pavimentação. Isso porque, além de reduzir a temperatura do ar, os pavimentos frios exercem impactos diretos e indiretos sobre asmudanças climáticas.  

“O aºnico impacto direto éo forçamento radiativo”, observa AzariJafari. “Ao refletir a radiação de volta para a atmosfera, os pavimentos frios exercem uma força radiativa, o que significa que eles mudam o equila­brio de energia da Terra, enviando mais energia para fora da atmosfera - semelhante a s calotas polares.”

Os pavimentos frios também exercem impactos indiretos e complexos na mudança do clima, alterando o uso de energia em edifa­cios adjacentes.

“Por um lado, ao reduzir as temperaturas, os pavimentos frios podem reduzir alguma necessidade de AC [ar condicionado] no vera£o, enquanto aumenta a demanda de aquecimento no inverno”, diz AzariJafari. “Por outro lado, ao refletir a luz - chamada de radiação incidente - em edifa­cios pra³ximos, os pavimentos frios podem aquecer as estruturas, o que pode aumentar o uso de CA no vera£o e diminuir a demanda de aquecimento no inverno”.

Além do mais, os efeitos do albedo são apenas uma parte dos impactos do ciclo de vida geral de um pavimento frio. Na verdade, 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 impacto da fase de uso principal de um pavimento - além dos efeitos de albedo - éo consumo excessivo de combusta­vel: pavimentos comsuperfÍcies lisas e estruturas ra­gidas causam menos consumo de combusta­vel excessivo nos vea­culos que circulam.

Avaliar os impactos dasmudanças climáticas de pavimentos frios, então, éum processo intrincado - que envolve muitos trade-offs. Em seu estudo, os pesquisadores procuraram analisa¡-los e medi-los.

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 de asfalto convencionais para três opções de pavimentos frios: asfalto reflexivo, concreto e concreto reflexivo.

Para fazer isso, eles usaram simulações físicas acopladas para modelar edifa­cios em milhares de bairros hipotanãticos. Usando esses dados, eles treinaram um modelo de rede neural para prever os impactos com base nas caracteri­sticas do edifa­cio e da vizinhana§a. Com essa ferramenta instalada, foi possí­vel estimar o impacto de pavimentos frios para cada uma das milhares de estradas e centenas de milhares de edifa­cios em Boston e Phoenix.

Além dos efeitos de albedo, eles também analisaram os impactos incorporados para todos os tipos de pavimento e o efeito do tipo de pavimento no consumo de combusta­vel em excesso do vea­culo devido a s qualidades dasuperfÍcie, 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 pavimentos frios fossem vantajosos em Boston e Phoenix em geral, os materiais ideais variavam muito dentro e entre as duas cidades.

“Um benefa­cio universal entre o tipo de bairro e o material de pavimentação foi o impacto do forçamento radiativo”, observa AzariJafari. “Este foi particularmente o caso em áreas com edifa­cios mais curtos e menos densos, onde o efeito foi mais pronunciado.”

Ao contra¡rio do forçamento radiativo, no entanto, asmudanças na demanda de energia do edifa­cio diferem conforme a localização. Em Boston, os pavimentos frios reduziram a demanda de energia com a mesma frequência que aumentaram em todos os bairros. Em Phoenix, os pavimentos frios tiveram um impacto negativo na demanda de energia na maioria dos setores censita¡rios devido a  radiação incidente. Ao levar em consideração o forçamento radiativo, no entanto, os pavimentos frios acabaram tendo um benefa­cio la­quido.

Somente depois de considerar as emissaµes incorporadas e os impactos no consumo de combusta­vel, 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 reflexivo tiveram os melhores resultados, provando ser ideais em 53% e 73% dos bairros de Boston e Phoenix, respectivamente.

Mais uma vez, incertezas e variações foram identificadas. Em Boston, a substituição dos pavimentos de asfalto convencionais por uma opção fria sempre foi preferida, enquanto em Phoenix os pavimentos de concreto - reflexivos ou não - tiveram melhores resultados devido a  rigidez em altas temperaturas que minimizou o consumo de combusta­vel do vea­culo. E apesar do predoma­nio do concreto em Phoenix, em 17 por cento de seus bairros todas as opções de pavimentação reflexiva se mostraram mais ou menos eficazes, enquanto em 1 por cento dos casos, os pavimentos convencionais eram realmente superiores.

“Embora os impactos dasmudanças climáticas que estudamos tenham se mostrado numerosos e muitas vezes conflitantes, nossas conclusaµes são inequa­vocas: Pavimentos frios podem oferecer imensos benefa­cios de mitigação dasmudanças climáticas para ambas as cidades”, diz Kirchain.

As melhorias nas temperaturas do ar seriam percepta­veis: a equipe descobriu que pavimentos frios reduziriam as temperaturas máximas do ar no vera£o em Boston em 1,7 C (3 F) e em Phoenix em 2,1 C (3,7 F). As reduções das emissaµes de dia³xido de carbono também seriam impressionantes. Boston diminuiria suas emissaµes de dia³xido de carbono em até3% em 50 anos, enquanto as reduções em Phoenix atingiriam 6% no mesmo período.

Esta análise éum dos estudos mais abrangentes de pavimentos frios atéhoje - mas hámais para investigar. Assim como acontece com os pavimentos, também épossí­vel ajustar o albedo da edificação, o que pode resultar em alterações na demanda de energia da edificação. A descarbonização intensiva da rede e a introdução de misturas de concreto com baixo teor de carbono também podem alterar as emissaµes geradas por pavimentos frios.

Ainda hámuito terreno a percorrer para a equipe CSHub. Mas, ao estudar pavimentos frios, eles criaram uma solução brilhante para asmudanças climáticas e abriram caminhos para pesquisas futuras e mitigação futura.

O Centro de Sustentabilidade de Concreto do MIT éuma equipe de pesquisadores de vários departamentos do MIT trabalhando em ciaªncia, engenharia e economia de concreto e infraestrutura. Sua pesquisa éapoiada pela Portland Cement Association e a Ready Mixed Concrete Research and Education Foundation.