L'industria delle costruzioni è uno dei settori più dispendiosi in termini di risorse dell'economia tedesca. Gli edifici della nazione costituiscono un vasto magazzino di materie prime, che ospitano circa 100 miliardi di tonnellate di materiali che potrebbero essere recuperati e restituiti al ciclo del materiale alla fine della loro vita utile. Quattro istituti Fraunhofer hanno unito le forze nel progetto BauCycle per avviare il riciclaggio delle frazioni di particelle fini di sabbia e ghiaia che oggi non possono essere recuperate per il riutilizzo in ulteriori progetti di costruzione. Il team di ricerca presenterà i risultati del proprio lavoro alla fiera BAU 2019 a Monaco di Baviera dal 14 al 19 gennaio. La vetrina allo stand 528 nel padiglione C2 sarà caratterizzata da blocchi di cemento cellulare realizzati con macerie riciclate, materiali da costruzione acustici, e componenti in granulati minerali.

Dopo una giornata in spiaggia, la sabbia difficilmente sembrerebbe scarseggiare. Le apparenze ingannano, poiché questo bene prezioso sta scarseggiando in molti paesi, uno dei motivi è il boom edilizio globale. Ci vogliono montagne di cemento, che consiste principalmente di sabbia e ghiaia, costruire alberghi, centri commerciali e parchi industriali. Dubai, Per esempio, ha dovuto importare sabbia australiana per erigere il grattacielo Burj Khalifa; la sua stessa sabbia del deserto non era adatta a questo scopo. Anche i depositi di ghiaia e sabbia della Germania stanno diminuendo, come ha osservato un recente rapporto dell'Istituto federale di geoscienze e risorse naturali.

In tutto il mondo, Ogni anno vengono consumati circa 40 miliardi di tonnellate di sabbia e ghiaia. Nello stesso arco di tempo in Germania, gli edifici e le infrastrutture demolite lasciano circa cinque milioni di tonnellate di macerie edilizie a grana fine. Ad oggi, è finito in discarica o è stato utilizzato nella costruzione di strade; l'upcycling era inaudito. Ciò ha spinto i Fraunhofer Institutes for Building Physics IBP, per il flusso dei materiali e la logistica IML, per l'ambiente, Sicurezza e tecnologia energetica UMSICHT, e per l'Optronica, Tecnologia dei sistemi e analisi dell'immagine IOSB (vedi riquadro) per lanciare un progetto chiamato BauCycle per riciclare i rifiuti edili. Il loro scopo è trasformare questo mix di minerali in una risorsa sostenibile e dimostrare potenziali applicazioni nell'edilizia. Un obiettivo specifico è riciclare le particelle di rifiuti minerali da costruzione che misurano meno di due millimetri di diametro. Fare così, i ricercatori stanno sviluppando processi di selezione innovativi e materiali da costruzione di alta qualità. E per coprire l'intera catena del valore, hanno anche in programma di creare una piattaforma di mercato dinamica in cui le materie prime vengono scambiate come materie prime.

"La sabbia da costruzione non è sovrabbondante; in Europa, Per esempio, la sabbia scarseggia in Svezia e Francia. Il metodo convenzionale per trattare le macerie è schiacciarle. I componenti inferiori a due millimetri vengono setacciati e finiscono in discarica. Se queste macerie edili a grana fine, costituite principalmente da mattoni di arenaria calcarea, mattoni, cemento e piccole quantità di gesso – dovevano essere riciclati, questo potrebbe colmare la carenza di sabbia a lungo termine, " dice lo scienziato Fraunhofer IBP Dr. Volker Thome, il responsabile del progetto.

Selezione opto-pneumatica per frazioni fini

Il primo passo è ordinare il contenuto eterogeneo delle macerie. Le particelle di gesso devono essere separate in modo selettivo:sono decisive per la riciclabilità della frazione di calcestruzzo. I ricercatori hanno sviluppato un rilevatore opto-pneumatico che consente di separare le frazioni fini in base al colore, brillantezza e composizione chimica delle particelle; è addirittura in grado di distinguere i solfati dai silicati. "I componenti di scarto vengono posti su un nastro trasportatore che li trasporta davanti a una telecamera a infrarossi dotata di filtri speciali per rilevare le varie frazioni fini. Le particelle cadono all'estremità del nastro in caduta libera, passato ugelli che sparano i componenti principali in diversi contenitori con getti mirati di aria compressa, "dice Thome, descrivendo questa tecnica di calcolo ottico. Il Dr. Thome e il suo team sono riusciti a differenziare particelle di un millimetro. Questa tecnologia può raggiungere una produttività di 1,5 tonnellate all'ora.

Fare calcestruzzo aerato dalle macerie degli edifici

Nella migliore delle ipotesi, quattro aggregati puliti possono essere riciclati e riutilizzati per produrre calcestruzzo aerato, un materiale da costruzione leggero con buone proprietà di isolamento termico. È adatto per la costruzione di case a due piani e come isolamento interno. I test hanno dimostrato che anche gli aggregati di calcestruzzo e mattoni di arenaria calcarea sono riciclabili e possono servire come materia prima secondaria per la produzione di gradi competitivi di calcestruzzo aerato. Gli scienziati hanno ottenuto i migliori risultati con un mix di 80% di mattoni di arenaria calcarea e 20% di calcestruzzo rigenerato. Un'altra scoperta del progetto è stata che una combinazione di mattoni e calcestruzzo recuperato può essere utilizzata per realizzare geopolimeri, un materiale da costruzione esente da cemento, forte e resistente agli acidi, molto simile al cemento. I geopolimeri hanno il vantaggio aggiuntivo di un'impronta di carbonio molto bassa.

I ricercatori hanno realizzato vari componenti per dimostrare il potenziale di riciclaggio dei rifiuti edili. Questi saranno in primo piano presso lo stand Fraunhofer (stand 538 nel padiglione C2) alla fiera BAU di Monaco di Baviera dal 14 al 19 gennaio. Un team di esperti mostrerà campioni di diverse miscele di calcestruzzo aerato, rivestimento di facciata in geopolimeri, e un prototipo di fonoassorbente, pannello a poro aperto in granulato. "Nei test, il nostro componente acustico realizzato con materie prime secondarie ha mostrato le stesse proprietà fonoassorbenti dei prodotti disponibili sul mercato, " says Thome.

Commodities exchange on the drawing board

Plans are underway to establish a commodities exchange where raw material vendors and recycling companies can offer their products. Building material manufacturers will be able to buy source materials on this platform. "Recycled products have yet to be sold on established markets. There is a lack of confidence in and knowledge of these secondary raw materials. We want to close this gap with a commodities exchange, " says the project manager by way of explanation.

This recycling concept for fine-grained construction materials is also applicable to other industries that work with similar fine fractions. Many mechanical processing plants such as glass-recycling and mining-industry facilities produce this type of waste.