Il calcestruzzo pieghevole creato presso l'Università del Michigan consente strutture più sottili con meno necessità di rinforzo in acciaio. Credito:Joseph Xu/Università del Michigan College of Engineering
Uno dei maggiori contributori al cambiamento climatico è proprio sotto i tuoi piedi, e trasformarlo potrebbe essere una potente soluzione per tenere i gas serra fuori dall'atmosfera.
La produzione di cemento, l'elemento legante in calcestruzzo, ha rappresentato il 7% delle emissioni globali totali di anidride carbonica nel 2018. Il calcestruzzo è una delle risorse più utilizzate sulla Terra, con una stima di 26 miliardi di tonnellate prodotte ogni anno in tutto il mondo. Non si prevede che la produzione rallenti per almeno altri due decenni.
Data la portata del settore e le sue emissioni di gas serra, le tecnologie in grado di reinventare il calcestruzzo potrebbero avere profondi impatti sui cambiamenti climatici.
In qualità di ingegneri che lavorano su questioni che coinvolgono infrastrutture e costruzioni, abbiamo progettato la prossima generazione di tecnologia del calcestruzzo in grado di ridurre l'impronta di carbonio dell'infrastruttura e aumentare la durata. Ciò include CO 2 -calcestruzzo infuso che blocca il gas serra e può essere più forte e persino pieghevole.
Il settore è maturo per un cambiamento drammatico, in particolare con l'amministrazione Biden che promette di investire molto in progetti infrastrutturali e allo stesso tempo di ridurre le emissioni degli Stati Uniti. Però, mettere CO 2 lavorare in cemento su larga scala in modo da ridurre drasticamente le emissioni, tutte le relative emissioni devono essere prese in considerazione.
Ripensare il concreto
Il calcestruzzo è costituito da materiali aggregati, principalmente rocce e sabbia, insieme a cemento e acqua.
Poiché circa l'80% dell'impronta di carbonio del calcestruzzo proviene dal cemento, i ricercatori hanno lavorato per trovare materiali sostitutivi.
L'anidride carbonica può costituire una percentuale significativa della massa del calcestruzzo. Credito:Lucca Henrion/Università del Michigan, CC BY-ND
I sottoprodotti industriali come le scorie di ferro e le ceneri volanti di carbone sono ora spesso utilizzati per ridurre la quantità di cemento necessaria. Il calcestruzzo risultante può avere emissioni significativamente inferiori a causa di tale cambiamento. Leganti alternativi, come argilla calcinata calcarea, può anche ridurre l'uso di cemento. Uno studio ha scoperto che l'utilizzo di calcare e argilla calcinata potrebbe ridurre le emissioni di almeno il 20% riducendo anche i costi di produzione.
Oltre a sviluppare cementi miscelati, ricercatori e aziende si stanno concentrando sui modi per utilizzare la CO . catturata 2 come ingrediente del calcestruzzo stesso, bloccandolo e impedendogli di entrare nell'atmosfera. CO 2 può essere aggiunto sotto forma di aggregati o iniettato durante la miscelazione. Indurimento con carbonatazione, noto anche come CO 2 curare, può essere utilizzato anche dopo il getto del calcestruzzo.
Questi processi trasformano CO 2 da un gas a un minerale, creando carbonati solidi che possono anche migliorare la resistenza del calcestruzzo. Ciò significa che le strutture potrebbero aver bisogno di meno cemento, riducendo la quantità di emissioni correlate. Aziende come CarbonCure e Solidia hanno sviluppato tecnologie per utilizzare questi processi per il calcestruzzo gettato nei cantieri e nel calcestruzzo prefabbricato, come blocchi di calcestruzzo e altri materiali da costruzione.
All'Università del Michigan, stiamo lavorando su compositi che producono un materiale cementizio pieghevole che consente di diluire, strutture meno fragili che richiedono meno rinforzi in acciaio, riducendo ulteriormente le relative emissioni di carbonio. Il materiale può essere ingegnerizzato per massimizzare la quantità di CO 2 può immagazzinare utilizzando particelle più piccole che reagiscono prontamente con la CO 2 , trasformandolo in minerale.
il CO 2 a base di calcestruzzo pieghevole può essere utilizzato per edifici generali, infrastrutture idriche ed energetiche, così come le infrastrutture di trasporto. Il cemento pieghevole è stato utilizzato nella torre Kitahama di 61 piani a Osaka, Giappone, e lastre di ponti stradali a Ypsilanti, Michigan.
La sfida delle emissioni del ciclo di vita
Queste tecnologie all'avanguardia possono iniziare ad affrontare l'impronta di carbonio delle infrastrutture concrete, ma le barriere esistono ancora.
In uno studio pubblicato l'8 febbraio, tre di noi hanno esaminato le emissioni del ciclo di vita dall'infusione di CO 2 in concreto e ha scoperto che le stime non sempre tengono conto delle emissioni di CO 2 catturare, trasporto e utilizzo. Con i colleghi, abbiamo escogitato strategie per garantire che la polimerizzazione del carbonio abbia un forte vantaggio in termini di emissioni.
Molte infrastrutture nordamericane sono in stato di abbandono. Credito:Achim Herring/Wikimedia Commons, CC BY
Globale, consigliamo di sviluppare un CO . standard 2 protocollo di cura. Gli esperimenti di laboratorio mostrano che la CO 2 la stagionatura può migliorare la resistenza e la durabilità del calcestruzzo, ma i risultati variano con specifiche procedure di stagionatura e miscele di calcestruzzo. La ricerca può migliorare le condizioni e la tempistica delle fasi del processo di polimerizzazione per aumentare le prestazioni del calcestruzzo. L'uso di elettricità, la più grande fonte di emissioni durante l'indurimento, può anche essere ridotto semplificando il processo ed eventualmente utilizzando il calore di scarto.
Miscele di calcestruzzo avanzate, calcestruzzo pieghevole in particolare, iniziano già ad affrontare questi problemi aumentando la durabilità.
Unione di infrastrutture e politica climatica
Nel 2020, una vasta gamma di aziende ha annunciato misure per ridurre le proprie emissioni. Però, sono ancora necessarie politiche di investimento e appalti pubblici per trasformare il settore delle costruzioni.
Le amministrazioni locali stanno muovendo i primi passi. Norme e progetti per il "calcestruzzo a basso contenuto di carbonio" per ridurre la quantità di cemento nel calcestruzzo sono emersi in tutto il paese, anche nella contea di Marin, California; Hastings sull'Hudson, New York; e un pilota da marciapiede a Portland, Oregon.
A New York e nel New Jersey, i legislatori hanno proposto politiche a livello statale che fornirebbero sconti sui prezzi nel processo di gara alle proposte con le più basse emissioni dal calcestruzzo. Queste politiche potrebbero servire da modello per ridurre le emissioni di carbonio dalla produzione di calcestruzzo e altri materiali da costruzione.
a livello nazionale, il crollo delle infrastrutture gestite a livello federale è stata una crisi in costante crescita. L'amministrazione Biden potrebbe iniziare ad affrontare questi problemi, così come il cambiamento climatico, e creare posti di lavoro attraverso un programma di infrastrutture strategiche.
Il segretario ai trasporti Pete Buttigieg ha recentemente dichiarato che ci sono "enormi opportunità per la creazione di posti di lavoro, equità e risultati climatici quando si tratta di far progredire le infrastrutture americane." Potrebbero seguire politiche che elevino il calcestruzzo a basse emissioni di carbonio a una soluzione climatica a livello nazionale.
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale. 
