Scenario Based Dynamic Material Flow Analysis of Dutch Macro Infrastructure Stocks: Assessing Future Material Demand and Circularity Potentials

Resumo Técnico: Análise de Fluxo de Materiais Dinâmica Baseada em Cenários para Ações de Infraestrutura Macroeconômica Holandesa

Definição do Problema
Alcançar a circularidade nos sistemas de infraestrutura requer a recuperação eficaz de matérias-primas secundárias de estoques de fim de vida útil (EoL - end-of-life) para compensar a demanda futura por materiais virgens. Embora os Países Baixos possuam um estoque de infraestrutura bem desenvolvido que agora está atingindo o fim de sua vida útil projetada (construído principalmente nas décadas de 1960 e 1970), existe uma lacuna de pesquisa significativa quanto à quantificação da disponibilidade futura de materiais secundários para a macroinfraestrutura não relacionada a edifícios. Estudos existentes focam frequentemente em edifícios ou setores específicos como mobilidade, negligenciando infraestruturas de água, utilidades e combustíveis fósseis. Além disso, existe uma distinção crítica entre o potencial de recuperação teórica e a circularidade de "ciclo fechado" (closed-loop) real, onde os materiais mantêm sua funcionalidade e valor originais. Grande parte da recuperação atual nos Países Baixos envolve a downcycling (ex.: agregados de concreto usados como base de estradas), o que falha em reduzir efetivamente a demanda por matéria-prima primária. Este estudo aborda a necessidade de quantificar a demanda futura de materiais e o potencial para a circularidade de ciclo fechado para aço, concreto e asfalto na macroinfraestrutura holandesa sob diversos cenários de transição.

Metodologia
O estudo utiliza um modelo de Análise de Fluxo de Materiais dinâmica (dMFA) baseada em estoque, conceituado com base na estrutura de Müller (2006). A análise abrange a macroinfraestrutura (excluindo edifícios) em cinco categorias: Rodovias e ferrovias, Água, Óleo e gás, Eletricidade e Utilidades. Os três materiais de grande volume analisados são aço, concreto e asfalto, que constituem mais de 90% do uso de materiais por peso nestes setores.

• Fontes de Dados: O desenvolvimento histórico do estoque, a intensidade de material e os tempos médios de vida útil (1950–2023) foram coletados do banco de dados SUBLIME.
• Modelagem de Vida Útil: Uma função de distribuição de Weibull foi utilizada para modelar as curvas de sobrevivência de vida útil da infraestrutura, conforme recomendado para ativos de longa duração.
• Desenvolvimento de Cenários: Três cenários distintos foram desenvolvidos para capturar a incerteza futura:
  • Cenário de Referência: Alinha-se com as projeções centrais dos proprietários de ativos e as tendências atuais.
  • Cenário de Baixa Demanda: Assume incentivos regulatórios limitados e progresso tecnológico lento.
  • Cenário de Alta Demanda: Assume uma transição energética ambiciosa, fortes intervenções políticas (ex.: mandatos de recuperação) e infraestrutura de reciclagem avançada.
• Quantificação: O estoque de material futuro ($MS$) foi calculado usando o nexo estoque-fluxo-serviço: $MS = Pop \times (S/Pop) \times (M/S)$, onde $Pop$ é a população, $S/Pop$ é o requisito de infraestrutura per capita e $M/S$ é a intensidade de material.
• Métricas de Circularidade: O estudo distingue entre o Potencial Máximo de Suprimento (saída teórica) e o Potencial de Recuperação Real (contabilizando perdas sistêmicas). Crucialmente, calcula a Circularidade de Ciclo Fechado (CLC), definida como a porcentagem da demanda total de material atendida por materiais secundários reutilizados no mesmo nível de funcionalidade, excluindo explicitamente a downcycling.

Principais Resultados
A análise projeta fluxos de materiais de 2024 a 2070 sob os três cenários:

• Tendências de Demanda de Material:

  • Aço: A demanda anual deve aumentar significativamente entre 94–104% até 2070 em comparação com os níveis de 2024, impulsionada principalmente pela expansão da infraestrutura de energia (eólica offshore/onshore, solar).
  • Concreto: A demanda deve aumentar de 58–94%, impulsionada por redes de utilidades e fundações de energia renovável.
  • Asfalto: A demanda permanece relativamente estável, com um aumento projetado de apenas 1–2%, pois a rede rodoviária é madura e a demanda é impulsionada pela reposição, não pela expansão.

• Suprimento e Potencial de Recuperação:

  • Aço: O suprimento teórico de EoL poderia atender de 74–86% da demanda futura. No entanto, devido à dependência de exportação, contaminação (ex.: cromo hexavalente) e barreiras regulatórias (NEN-EN 1090), a circularidade de ciclo fechado realizada é estimada em 31–40%.
  • Concreto: O suprimento teórico poderia atender de 71–83% da demanda. Contudo, a downcycling generalizada para bases de estradas de baixo valor limita a circularidade de ciclo fechado realizada para 3–23%.
  • Asfalto: O suprimento teórico poderia atender de 92–101% da demanda. Devido aos marcos de reciclagem maduros e ao alto uso de Pavimento Asfáltico Reciclado (RAP), a circularidade de ciclo fechado realizada é estimada em 50–85%.

• Mudanças Setoriais: Até 2070, a infraestrutura de energia deverá representar a maioria dos estoques e fluxos de saída de aço (50–60%) e concreto (42–56%), afastando-se da dominância histórica de rodovias e utilidades.

Principais Contribuições

1. Escopo Abrangente: O estudo expande o escopo da análise de fluxo de materiais além de edifícios e mobilidade para incluir infraestruturas de água, utilidades e energia, fornecendo uma visão holística dos estoques de macroinfraestrutura holandesa.
2. Diferenciação de Circularidade: Quantifica explicitamente a lacuna entre a recuperação teórica e a circularidade de ciclo fechado, destacando que altas taxas de reciclagem (ex.: 98% para resíduos de construção) frequentemente mascaram uma downcycling significativa que falha em deslocar materiais virgens.
3. Sensibilidade de Cenários: A análise demonstra como a ambição política e o progresso tecnológico (especificamente no cenário High) podem melhorar significativamente os resultados de circularidade, com o cenário High alcançando até 13–35% mais circularidade do que o cenário de referência.
4. Identificação de Gargalos: O estudo identifica barreiras sistêmicas específicas, incluindo a falta de capacidade doméstica de Forno a Arco Elétrico (EAF) para aço estrutural, padrões de qualidade rigorosos que impedem o reuso de alto valor do concreto e os desafios logísticos de armazenar asfalto reciclado em regiões urbanizadas.

Significância e Alegações
Os autores afirmam que estas descobertas fornecem uma compreensão em nível de sistema do potencial de circularidade de materiais no setor de macroinfraestrutura holandesa. O estudo sustenta que, embora o potencial teórico exista para atender a uma grande maioria da demanda futura de materiais com recursos secundários, as ineficiências sistêmicas atuais limitam a circularidade de ciclo fechado real a uma fração desse potencial.

O artigo conclui que a recuperação total dos estoques de materiais de EoL poderia reduzir a demanda anual de material virgem em 16–49% entre 2024 e 2070. Esta redução é apresentada como um componente crítico para atingir a meta de emissões líquidas zero de 2050 do governo holandês. Os autores enfatizam que a realização deste potencial requer uma abordagem sinérgica integrando:

• Inovação Tecnológica: Especificamente, o upcycling de alto grau de concreto e o reuso de componentes de aço estrutural.
• Intervenção Política: Mandatos de recuperação mais fortes, incentivos para materiais secundários e quadros regulatórios atualizados (ex.: indo além das restrições NEN-EN 1090).
• Intervenções de Design: Priorizar o design para desmontagem (design-for-disassembly), modularidade e rastreabilidade de materiais.

O estudo posiciona os Países Baixos como um caso representativo para outras nações altamente industrializadas que enfrentam desafios semelhantes de envelhecimento de infraestrutura, oferecendo percepções transferíveis para a transição rumo à circularidade infraestrutural.