Il CSP emula il processo di formazione della roccia sedimentaria nella crosta terrestre e facilita la solidificazione delle polveri di carbonato di magnesio e idrossido di magnesio. Può essere utilizzato come metodo per catturare e immagazzinare anidride carbonica e utilizzarli per la creazione di materiali da costruzione. Credito:Shinobu Hashimoto del Nagoya Institute of Technology
I materiali ceramici sono onnipresenti nel mondo delle costruzioni. Materiali da costruzione come cemento, mattoni, piastrelle o isolanti elettrici come la porcellana sono tutti prodotti in ceramica su cui facciamo affidamento nella nostra vita quotidiana. Queste ceramiche sono prodotte con un metodo chiamato sinterizzazione, il processo di trasformazione di solidi polverulenti in una massa indurita applicando pressione o temperatura. La maggior parte dei processi di sinterizzazione coinvolge temperature superiori a 1.000 ºC, il che rende questo metodo molto energivoro. Inoltre, l'elevata temperatura rende difficile anche la sinterizzazione di materie prime come carbonati e idrossidi in quanto soggette a decomposizione termica alle alte temperature.
Il carbonato di magnesio e gli idrossidi sono candidati emergenti per i materiali da costruzione grazie alla loro stabilità termodinamica e alla loro capacità di indurire o sinterizzare, come l'intonaco di grassello di calce. Tuttavia, questi materiali non possono essere sinterizzati utilizzando il processo di sinterizzazione convenzionale poiché subiscono una decomposizione termica. Tuttavia, non si sa molto su come questi materiali reagiscono a una tecnica più mite chiamata sinterizzazione a freddo. Per colmare questa lacuna nella ricerca, un team di ricercatori del Nagoya Institute of Technology, composto dal Prof. Shinobu Hashimoto e dal Sig. Keitaro Yamaguchi, ha studiato il meccanismo mediante il quale i sistemi Mg–C–O–H si induriscono mediante il processo di sinterizzazione a freddo (o CSP ). I loro risultati sono riassunti in un recente studio reso disponibile online il 21 aprile 2022 e pubblicato su Ceramics International il 1 agosto 2022.
Il CSP ha guadagnato popolarità negli ultimi anni grazie alla sua bassa dipendenza energetica. Questo processo imita il processo di formazione della roccia sedimentaria che si verifica nella crosta terrestre, consentendo la solidificazione a diverse centinaia di megapascal di pressione ma a temperature più miti come 300 ºC o inferiori. Ciò rende il processo meno dispendioso dal punto di vista energetico e ideale per la produzione di materiali da costruzione con basse temperature di decomposizione termica.
"Il carbonato di magnesio di base, o magnesite, è stato proposto per l'uso come materiale di stoccaggio del carbonio insieme al suo utilizzo come materiale strutturale. Ma la magnesite è difficile da produrre come con i metodi industriali convenzionali a causa dell'influenza dell'idratazione durante la produzione e della pirolisi ad alta temperatura di processo di sinterizzazione", spiega il Prof. Hashimoto. "Il nostro studio mira a capire se i sistemi Mg–C–O–H possono subire una solidificazione desiderabile in ceramica da costruzione tramite CSP."
Il team ha utilizzato idrossido di magnesio e polveri di idrossido di magnesio di base come precursori della ceramica e acqua come solvente. Hanno riscaldato il primo a 250ºC e il secondo a 150ºC con il 10% in massa di acqua, ad una pressione di 270 megapascal (MPa) per un'ora ciascuno. Hanno scoperto che i valori di resistenza alla compressione e densità relativa per l'idrossido di magnesio solidificato erano rispettivamente di 121 MPa e 84%, mentre i valori per il carbonato di magnesio di base solidificato erano rispettivamente di 275 MPa e 88%. Il team ha anche scoperto che l'acqua ha svolto un ruolo significativo nel promuovere la reazione di dissoluzione-precipitazione necessaria per la densificazione delle polveri durante il CSP. Questo fenomeno assicurava che la sinterizzazione per formare masse solide avvenisse a temperature più basse.
I risultati di questo studio forniscono una nuova prospettiva sulla sinterizzazione, che è generalmente considerata un processo ad alta temperatura e ad alta energia. Il CSP non solo consente la produzione ceramica di materiali suscettibili alla decomposizione termica, ma garantisce anche ottimi risultati controllando la microstruttura dei prodotti solidificati.
"Il settore edile è uno dei maggiori consumatori di energia, responsabile del 38% della CO2 globale legata all'energia emissioni. Attraverso la nostra ricerca, miriamo a fare un passo avanti verso la costruzione di un futuro in cui la produzione di materiali da costruzione sia più sostenibile e più verde", conclude il Prof. Hashimoto. + Esplora ulteriormente
