Anche i più grandi peccatori possono migliorare: questo è ciò che sperano gli esperti quando si tratta di quel "peccatore climatico" che è il cemento. Il 6-8% delle emissioni mondiali di CO2 sono attribuibili al cemento, l’indispensabile legante di questo duro e versatile materiale da costruzione, ma allo stesso tempo è in grado di legare chimicamente i gas climalteranti emessi durante la produzione di cemento dopo la fabbricazione, almeno in parte: tra l’11 e il 30%, a seconda della ricetta e delle condizioni.
Carbonatazione" è il nome dato a questo processo, durante il quale si forma il calcare a partire dall’idrossido di calcio presente nel calcestruzzo e dalla CO2 - una reazione delicata che dura anni e la cui velocità dipende da molti fattori. Da tempo gli esperti pensano di utilizzarlo per migliorare l’impronta di carbonio del calcestruzzo e ora, nell’ambito del progetto DemoUpCARMA, gli esperti dell’Empa collaborano con i partner sotto la direzione del Politecnico di Zurigo (vedi infobox) per verificare se e come questo processo possa essere utilizzato e, soprattutto, accelerato in un vero impianto di calcestruzzo.
Concretamente: in uno speciale impianto gestito da Kästli Bau AG a Rubigen, nel Cantone di Berna, utilizzando materiali riciclati provenienti da strutture in calcestruzzo smantellate. L’anidride carbonica con cui questo materiale viene "alimentato" proviene dal vicino impianto di trattamento delle acque reflue e viene consegnata allo stato liquefatto. Nell’impianto, viene poi immagazzinato in uno speciale silo dal quale i granuli riciclati vengono continuamente "bagnati" grazie a un processo sviluppato dall’azienda bernese neustark AG: in altre parole, vengono esposti al gas CO2 e l’assorbimento viene misurato con precisione. Il team di esperti ha studiato in dettaglio i processi che avvengono quando la CO2 viene assorbita dai pellet di riciclaggio. Hanno anche studiato come la cosiddetta "acqua di riciclo" da acqua, cemento e sabbia, prodotta ad esempio durante la pulizia dei veicoli e degli impianti di miscelazione del calcestruzzo, possa essere utilizzata per legare l’anidride carbonica.
Andreas Leemann e Frank Winnefeld del laboratorio "Calcestruzzo e asfalto" dell’Empa hanno condotto numerosi test per determinare in quali condizioni e con quale efficacia i granuli riciclati assorbono CO2 - e hanno ottenuto risultati sorprendenti. I campioni del materiale trattato hanno mostrato chiari cambiamenti al microscopio: le particelle più piccole presentavano aree scure e chiare sulla superficie, dove la pietra di cemento originale era cambiata.
L’analisi al microscopio elettronico a scansione ha mostrato che le parti più chiare erano costituite da carbonato di calcio, mentre le fasi più scure erano composte principalmente da silicato di calcio idrato (C-S-H), il principale prodotto dell’idratazione del cemento che conferisce al calcestruzzo la sua resistenza. Questo C-S-H è stato privato di parte del suo calcio dalla carbonatazione: è quindi più povero di calcio e può a sua volta reagire con i composti di cemento di nuova formazione nel calcestruzzo riciclato, aumentandone la resistenza alla compressione.
Test pratici con vari tipi di calcestruzzo frequentemente utilizzati in Svizzera hanno confermato questi risultati. I prodotti riciclati contenenti granuli di calcestruzzo carbonato hanno raggiunto resistenze più elevate rispetto ai calcestruzzi di confronto contenenti materiali riciclati non trattati. "Una fase reattiva di nuova formazione nei granuli ha prodotto una maggiore resistenza nel calcestruzzo riciclato", spiega Andreas Leemann, "il che ci ha davvero sorpreso".
Inoltre, le analisi hanno dimostrato che l’umidità gioca un ruolo importante nell’accumulo di CO2: le miscele riciclate più asciutte hanno assorbito il gas serra molto più rapidamente dei materiali troppo umidi. Poiché lo stoccaggio all’aperto dei pellet riciclati in Svizzera non favorisce l’essiccazione, gli esperti dell’Empa si chiedono se questo processo non debba essere ottimizzato dal punto di vista tecnico.
I risultati positivi dimostrano che il processo può rendere il calcestruzzo più rispettoso del clima in due modi. In primo luogo, assorbendo CO2 per "alleggerire" l’atmosfera: i nuovi materiali da costruzione possono assorbire fino al 10% delle emissioni rilasciate nell’atmosfera durante la produzione del cemento necessario per realizzare il calcestruzzo originale. In secondo luogo, riducendo il contenuto di cemento del calcestruzzo riciclato - dal 5 al 7% - grazie alla sua maggiore resistenza. Complessivamente, gli esperti dell’Empa stimano che il risparmio potenziale di CO2 sia dell’ordine del 15%. E ancora: il trattamento della CO2 dell’acqua riciclata ha mostrato altre possibilità. I campioni sono stati in grado di fissare una quantità considerevole di questo gas nelle analisi: circa 120 grammi per chilogrammo di materiale essiccato. L’uso di questo materiale ha portato anche a un aumento, seppur minimo, della resistenza del calcestruzzo a cui è stato aggiunto.
Resta ovviamente aperta la questione della misura in cui questi risultati possono essere implementati nella pratica. Ad esempio, si tratta di capire in che misura e con quali costi tecnici e finanziari il processo possa essere implementato negli impianti di calcestruzzo. E come la carbonatazione dei granulati riciclati influenzerà i diversi calcestruzzi a lungo termine, cioè per tutta la loro durata di vita di diversi decenni.
