Costruire di più per ridurre le emissioni

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Calcestruzzo senza emissioni: I ricercatori dell’Empa Mateusz Wyrzykowski
Calcestruzzo senza emissioni: I ricercatori dell’Empa Mateusz Wyrzykowski (a destra) e Nikolajs Toropovs stanno sostituendo gli aggregati tradizionali con pellet di carbone vegetale, esplorando il potenziale di un calcestruzzo a zero emissioni di CO2 o addirittura negativo. Immagine: Empa

Il settore dell’edilizia come pozzo di CO2: è questo l’obiettivo dei ricercatori del Concrete & Asphalt Lab dell’Empa. Incorporando il carbone vegetale nel calcestruzzo, stanno esplorando il potenziale di un calcestruzzo neutro o addirittura negativo in termini di CO2. Per ottenere una lavorabilità ottimale, il carbone vegetale viene pre-trattato in granuli, sostituendo gli aggregati disponibili in commercio.

Per raggiungere l’obiettivo di una Svizzera neutrale dal punto di vista climatico entro il 2050, abbiamo bisogno di strategie e processi che abbiano un bilancio negativo di CO2. Queste cosiddette tecnologie a emissioni negative (NET) controbilanciano le emissioni che probabilmente rimarranno nel 2050 e dovrebbero contribuire a garantire che il risultato del calcolo delle emissioni sia alla fine "netto zero". Il settore delle costruzioni, uno dei principali responsabili delle emissioni, è particolarmente preoccupato. Quasi l’otto per cento delle emissioni globali di gas serra proviene dalla produzione di cemento. Allo stesso tempo, si sta iniziando a cercare di utilizzare il settore delle costruzioni, con il suo massiccio consumo di risorse, come possibile serbatoio di carbonio. Ciò che sembra paradossale sarà possibile solo se inizieremo a "costruire con CO2", cioè a utilizzare il carbonio nella produzione di materiali da costruzione e quindi a rimuoverlo dall’atmosfera a lungo termine. Affinché tali visioni possano un giorno diventare realtà, è necessario un grande lavoro scientifico preliminare, come quello attualmente in corso presso il Concrete & Asphalt Lab dell’Empa. Un team guidato da Pietro Lura sta sviluppando un processo per incorporare in modo pratico il carbonio vegetale nel calcestruzzo.

Il carbone vegetale è prodotto da un processo di carbonizzazione pirolitica al riparo dall’aria ed è costituito in gran parte da carbonio puro, quello che le piante hanno prelevato dall’atmosfera sotto forma di CO2 durante la loro crescita. Mentre il CO2 fuoriesce quando le piante bruciano, rimane stabile a lungo termine nel carbone vegetale. I primi prodotti in cemento con carbone vegetale integrato sono già sul mercato. Ma spesso il carbone viene incorporato nel calcestruzzo senza essere trattato, il che può causare una serie di problemi. "Il carbone vegetale è molto poroso, quindi assorbe non solo molta acqua, ma anche i costosi additivi utilizzati nella produzione del calcestruzzo", spiega Mateusz Wyrzykowski, ricercatore dell’Empa. "Inoltre, è difficile da maneggiare e non è priva di pericoli. La polvere di carbone è problematica per le vie respiratorie e presenta un certo rischio di esplosione".

Per questi motivi, nell’articolo appena pubblicato sul "Journal of Cleaner Production", i ricercatori propongono di trasformare il carbone vegetale in granuli. "Tali granulati leggeri esistono già oggi a partire da altri materiali come l’argilla espansa o le ceneri volanti. Il know-how per la gestione di questi materiali è disponibile nel settore, il che aumenta le possibilità di mettere in pratica il concetto", spiega Mateusz Wyrzykowski.

Per produrre i granuli, il team ha utilizzato un miscelatore rotante in cui ha mescolato il carbone vegetale con acqua e cemento per ottenere piccole sfere di diametro compreso tra 4 e 32 millimetri. I granuli sono stati poi utilizzati per produrre normale calcestruzzo nelle classi di resistenza da C20/25 a C30/37, le classi più comunemente utilizzate oggi nell’edilizia e nell’ingegneria civile. "Con il 20% in volume di granuli di carbonio nel calcestruzzo, otteniamo zero emissioni nette", spiega Mateusz Wyrzykowski. Ciò significa che la quantità di carbonio immagazzinata compensa tutte le emissioni generate dalla produzione dei granuli e del calcestruzzo. Mentre il limite non è stato probabilmente ancora raggiunto per il calcestruzzo normale (densità tra 2000 e 2600 kg/m3) con il 20 per cento in volume, il potenziale di emissioni negative è particolarmente visibile per il calcestruzzo leggero (densità intorno a 1800 kg/m3): una quota del 45% in volume di pellet di carbonio nel calcestruzzo porta a emissioni negative totali di meno 290 kg di CO2/m3. In confronto, il calcestruzzo tradizionale ha oltre 200 kg di CO2/m3.

Per il direttore del dipartimento Pietro Lura, la ricerca condotta nel suo laboratorio è un contributo decisivo al raggiungimento degli obiettivi climatici. Per lui, la fonte più importante di carbonio non è il carbone vegetale, che è stato un materiale modello per la ricerca attuale. Egli richiama invece l’attenzione sull’ampio concetto di "Mining the Atmosphere", perseguito da diversi dipartimenti di ricerca dell’Empa: la produzione di gas metano sintetico utilizzando l’energia solare, l’acqua e la CO2 dall’atmosfera nelle regioni soleggiate della Terra, seguita dalla pirolisi del gas. "Il risultato è l’idrogeno, che può essere utilizzato come vettore energetico nell’industria e nella mobilità, e il carbonio solido, che può essere trasformato in pellet - come il carbone vegetale - e incorporato nel cemento", spiega Pietro Lura.