La produzione di cemento rappresenta fino al 9% delle emissioni globali di anidride carbonica di origine antropica, secondo il World Business Council per lo sviluppo sostenibile. Sabbie Miller, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, mira a cambiarlo trovando modi alternativi per produrre cemento o sostituirlo del tutto.

Le persone usano il cemento come materiale da costruzione da migliaia di anni. Mescolato con acqua e frammenti di roccia, forma calcestruzzo per edifici, autostrade e ponti.

Fare cemento comporta il riscaldamento di calcare e argilla a 1450°C (2640°F), che consuma energia e rilascia anidride carbonica. Il processo richiede anche grandi quantità di acqua dolce. Tuttavia, il motivo per cui il cemento svolge un ruolo così importante nelle emissioni di anidride carbonica è dovuto alla quantità di calcestruzzo che viene versata in tutto il mondo.

"È un riflesso del cambiamento della società e della costruzione di più infrastrutture, " ha detto Miller.

Mugnaio, che fa parte del comitato per la sostenibilità dell'American Concrete Institute, concentra la sua ricerca su tre aree:Materiali alternativi al cemento convenzionale, modi per sostituire o ridurre la quantità di cemento nel calcestruzzo, e approcci ingegneristici che mirano alle strategie di mitigazione desiderate per ridurre gli impatti ambientali di cemento e calcestruzzo.

"Ho scoperto che la progettazione strutturale e l'ingegneria dei materiali raramente incontrano percorsi - se l'ingegnere strutturale dice che ho bisogno di un calcestruzzo da 25 MegaPascal (standard), nessuno dice mai posso ridisegnare la struttura così posso farla franca con meno, ma cemento più resistente, " lei disse.

Un recente studio di Miller e colleghi pubblicato su Materiali della natura descrive come si sta evolvendo il campo della ricerca sostenibile; piccoli cambiamenti con metodi facilmente implementabili potrebbero ridurre drasticamente le emissioni di gas serra a livello mondiale dalla produzione di calcestruzzo di circa il 20%, lei sostiene. Miller ha anche esplorato gli impatti ambientali considerati meno comunemente nella produzione di calcestruzzo, come la domanda di acqua, e ha dimostrato che la produzione di questo materiale si traduce in circa il 20% del consumo globale di acqua industriale.

Esiste una vasta gamma di materiali alternativi che potrebbero essere utilizzati per produrre cemento con meno energia, o per sostituire il cemento nel calcestruzzo. Miller vuole sapere come queste alternative influenzano le proprietà strutturali e termiche del calcestruzzo e del cemento. Come si confrontano con i materiali convenzionali? Quanto dureranno e cosa succede quando si rompono? Quali materie prime sono necessarie per produrli e quale impatto ha tale produzione sull'ambiente?

Per alcune applicazioni, potrebbe essere possibile utilizzare meno materiale alternativo e ridurre comunque l'impatto ambientale migliorando la resistenza e la durata complessive di una struttura.

"La longevità potrebbe ridurre la domanda di materiali associati alla sostituzione e alla manutenzione, " ha detto Miller.

Senza rallentare la domanda globale di calcestruzzo, vi sono ampi margini per ridurre l'impatto sulle materie prime, consumo di energia, domanda d'acqua, e le emissioni di anidride carbonica.

"È il bordo di un oceano di ricerca, " ha detto Miller.