È il prodotto più utilizzato al mondo. Il cemento è indispensabile, ma la sua reputazione è diventata piuttosto contaminata nel corso del dibattito sul clima in corso. Mescolato con acqua, sabbia e ghiaia, risulta concreto, su cui è costruito il nostro mondo moderno. Però, il materiale frugale è alla ribalta principalmente per un'altra proprietà:la produzione di una tonnellata di cemento provoca intorno

700 kg di anidride carbonica (CO ₂ ) che viene emesso nell'atmosfera. Questo è meno che nel caso di, dire, produzione di acciaio o alluminio. Ma è la quantità che fa la differenza. Ogni anno, produciamo circa dodici chilometri cubi di calcestruzzo in tutto il mondo, una quantità che potrebbe riempire completamente il Lago dei Quattro Cantoni, ogni anno di nuovo. E il trend è in aumento.

La quota delle emissioni globali di CO2 causate dall'industria del cemento è attualmente di circa il sette percento. Però, questo è destinato ad aumentare in futuro, poiché la domanda è in crescita in Asia e sempre più anche in Africa, mentre la produzione in Europa è più o meno stabile. Quindi è giunto il momento di cercare un cemento che offra alle persone alloggi e infrastrutture, ma tiene comunque conto degli aspetti ambientali e può essere prodotto in linea con i nostri obiettivi climatici. Il Programma delle Nazioni Unite per l'ambiente (UNEP) richiede anche lo sviluppo e l'uso immediati di nuovi materiali a base di cemento che siano più rispettosi del clima e allo stesso tempo convenienti. I ricercatori Empa stanno quindi lavorando su tipologie alternative di cemento e calcestruzzo che producono gas serra meno dannosi o addirittura possono legare la CO ₂ .

"Il cemento viene tradizionalmente bruciato in un forno rotante a circa 1450 gradi Celsius, " afferma Frank Winnefeld, ricercatore dell'Empa del laboratorio Concrete &Asphalt dell'Empa. Sebbene i combustibili fossili possano essere sostituiti da energie alternative, "con un grado medio di sostituzione del 50 per cento con le tecnologie odierne, il potenziale di risparmio è già abbastanza esaurito, almeno in Europa, " dice Winnefeld. Tuttavia, si potrebbe risparmiare più energia utilizzando materie prime che richiedono una temperatura di combustione più bassa. Un candidato promettente è il cemento CSA a base di solfoalluminato di calcio. Richiede una temperatura di cottura inferiore di 200 gradi ed emette circa 200 kg di CO2 in meno per tonnellata di cemento. Ma la riduzione delle emissioni di gas serra non è dovuta solo alla minore temperatura di cottura. Gran parte del vantaggio climatico del cemento CSA è dovuto alla minore quantità di calcare nella miscela delle materie prime.

Grande richiesta

Il calcare è responsabile della maggior parte delle emissioni di CO2 attraverso una reazione chimica durante la produzione del cemento. Così, la riduzione della percentuale di calcare è un aspetto interessante nello sviluppo dell'ecocemento. Oltre al cemento CSA, i ricercatori esaminano i costituenti sostitutivi che si accumulano come materiali di scarto in altre industrie.

Questi includono le scorie degli altiforni utilizzati nella produzione di ghisa e le ceneri volanti rimaste dalla combustione del carbone. Entrambi i prodotti possono essere miscelati con il cemento per ridurre le emissioni di CO2.

Ma queste materie prime secondarie non possono soddisfare la domanda gigantesca dell'industria. I ricercatori dell'Empa sono, perciò, aprendo nuove strade e individuando rami dell'industria i cui residui sono ancora poco utilizzati. "Il recupero metallurgico dei metalli preziosi dai rifiuti elettronici lascia una scoria di alta qualità che può essere miscelata anche con cemento in polvere, " spiega Winnefeld. Se il contenuto di metalli pesanti della scoria è conforme agli standard legali, questo cemento potrebbe essere utilizzato anche in Svizzera. La buona notizia è che il sedimento della "miniera urbana" dai resti dei nostri telefoni cellulari e computer in disuso continuerà a crescere in futuro. Secondo Winnefeld, è anche possibile utilizzare scarti minerali da costruzione per additivi cementizi.

Il tipo di additivi nel cemento potrebbe anche essere modificato in modo tale da eliminare completamente il processo di combustione. Nel cosiddetto cemento attivato da alcali, i componenti come scorie, la cenere o l'argilla calcinata vengono animate alla reazione chimica desiderata da soluzioni fortemente alcaline come i silicati di sodio. I prodotti di questa reazione si combinano quindi per formare un materiale la cui resistenza alla compressione corrisponde a quella del bruciato, cemento convenzionale.

Gas climatico catturato dal cemento

Anche la capacità di legare la CO2 nel calcestruzzo invece di rilasciarla è una caratteristica ingegnosa. UN CO ₂ -negativo il cemento sarebbe un vero amico del clima. I ricercatori dell'Empa stanno lavorando a un cemento a base di magnesio che fornirà la base per questo eco-cemento. Le risorse per la materia prima sono disponibili nelle regioni in cui l'olivina contenente magnesio si trova nel suolo. Il minerale si trova principalmente in profondità nel mantello terrestre. Però, se viene trasportato in superficie dall'attività vulcanica, per esempio in Scandinavia, può essere degradato. Nella produzione di cemento da olivina, La CO2 viene quindi aggiunta al silicato di magnesio grezzo. E poiché solo una parte del materiale viene bruciata in una successiva fase di lavorazione, complessivamente viene prodotta meno CO2 di quanto consumato in precedenza. E sebbene il prodotto abbia già un nome accattivante ("MOMS", Ossido di Magnesio derivato da Silicati), le sue proprietà sono ancora in gran parte inesplorate.

Diversità in crescita

Per garantire che tali approcci non finiscano come prodotti di nicchia, ma può essere prodotto industrialmente ed economicamente, analisi minuziose devono dimostrare che l'ecocemento soddisfa gli stessi requisiti dei prodotti convenzionali. Molti tipi alternativi di cemento attualmente mancano delle semplici ricette per aggiungere nuovi costituenti o modificare i processi di produzione senza compromettere le ambite proprietà del cemento tradizionale. Fintanto che le prestazioni almeno equivalenti dell'ecocemento non possono essere dimostrate senza ombra di dubbio, il classico cemento Portland, un materiale da costruzione a basso costo e ben caratterizzato, rimarrà il materiale di scelta per gli ingegneri civili.

I ricercatori del cemento dell'Empa stanno attualmente analizzando i rapporti di miscelazione chimica e i criteri di conformità come la resistenza e la durabilità di nuovi tipi di cemento, aprendo la strada ad omologazioni conformi agli standard. Questi includono indagini su piccola e gigantesca scala. Oltre alle indagini chimiche, analisi microscopiche e modellistica termodinamica, con cui si studiano le reazioni all'interno del cemento, viene inoltre confrontata la capacità portante di componenti di grandi dimensioni realizzati con diversi tipi di cemento. "I processi industriali dovranno essere ottimizzati, poiché in molti casi sono ancora troppo costosi, " dice Winnefeld. È chiaro, però, che possono essere utilizzati tipi alternativi di cemento per produrre calcestruzzo con una durabilità paragonabile o addirittura migliore.

In ogni caso, uno sviluppo sta già emergendo:la varietà di prodotti in cemento e calcestruzzo aumenterà in futuro. Per i produttori di materiali da costruzione, questa diversità porta a maggiori requisiti. Inoltre, Winnefeld è certo che l'uso di materie prime secondarie renderebbe più attraenti le soluzioni locali se non ci fossero vie di trasporto, ad esempio perché in prossimità di un cementificio si producono opportuni residui industriali.

La produzione di calcestruzzo è responsabile di circa il 6% delle emissioni di CO2 provocate dall'uomo a livello globale, in Svizzera anche per il 9%. Nel settore del fai da te, il calcestruzzo viene miscelato utilizzando semplici regole empiriche. Per esempio, 300 kg di cemento, 180 l di acqua e 1890 kg di inerti producono un metro cubo di calcestruzzo. L'emissione di CO2 del calcestruzzo deriva in gran parte dal contenuto di cemento:il cemento deve essere bruciato a 1450 gradi, per cui CO . legata ai minerali ₂ si scioglie dal calcare. In tutto il mondo, Ogni anno vengono prodotti 2,8 miliardi di tonnellate di cemento.