Gli edifici contribuiscono notevolmente al riscaldamento globale, non solo nelle loro operazioni in corso, ma anche nei materiali utilizzati nella loro costruzione. Le strutture a traliccio, quelle schiere incrociate di montanti diagonali utilizzate in tutta la costruzione moderna, in qualsiasi cosa, dalle torri delle antenne alle travi di supporto per i grandi edifici, sono tipicamente realizzate in acciaio o legno o una combinazione di entrambi. Ma poche ricerche quantitative sono state fatte su come scegliere i materiali giusti per ridurre al minimo il contributo di queste strutture al riscaldamento globale.

Il "carbonio incorporato" in un materiale da costruzione include il carburante utilizzato nella produzione del materiale (per l'estrazione e la fusione dell'acciaio, ad esempio, o per l'abbattimento e la lavorazione degli alberi) e nel trasporto dei materiali in un sito. Include anche l'attrezzatura utilizzata per la costruzione stessa.

Ora, i ricercatori del MIT hanno svolto un'analisi dettagliata e creato una serie di strumenti computazionali per consentire ad architetti e ingegneri di progettare strutture a traliccio in un modo che possa ridurre al minimo il carbonio incorporato mantenendo tutte le proprietà necessarie per una determinata applicazione edilizia. Mentre in generale il legno produce un'impronta di carbonio molto inferiore, l'utilizzo dell'acciaio in luoghi in cui le sue proprietà possono fornire il massimo beneficio può fornire un risultato ottimizzato, dicono.

L'analisi è descritta in un articolo pubblicato oggi sulla rivista Engineering Structures, dallo studente laureato Ernest Ching e dall'assistente professore di ingegneria civile e ambientale del MIT Josephine Carstensen.

"L'edilizia è un enorme emettitore di gas serra che è stato in qualche modo nascosto nei radar negli ultimi decenni", afferma Carstensen. Ma negli ultimi anni i progettisti edili "stanno iniziando a concentrarsi maggiormente su come ridurre non solo l'energia operativa associata all'uso dell'edificio, ma anche l'importante carbonio associato alla struttura stessa". Ed è qui che entra in gioco questa nuova analisi.

Le due opzioni principali per ridurre le emissioni di carbonio associate alle strutture a traliccio, afferma, sono la sostituzione dei materiali o la modifica della struttura. Tuttavia, c'è stato "sorprendentemente poco lavoro" sugli strumenti per aiutare i progettisti a capire strategie per ridurre al minimo le emissioni per una determinata situazione, afferma.

Il nuovo sistema utilizza una tecnica denominata ottimizzazione della topologia, che consente di inserire parametri di base, come la quantità di carico da sostenere e le dimensioni della struttura, e può essere utilizzata per produrre progetti ottimizzati per diverse caratteristiche, come come peso, costo o, in questo caso, impatto del riscaldamento globale.

Il legno si comporta molto bene sotto le forze di compressione, ma non quanto l'acciaio quando si tratta di tensione, cioè una tendenza a separare la struttura. Carstensen afferma che in generale, il legno è di gran lunga migliore dell'acciaio in termini di carbonio incorporato, quindi "soprattutto se hai una struttura che non ha alcuna tensione, dovresti assolutamente usare solo legno" per ridurre al minimo le emissioni. Un compromesso è che "il peso della struttura sarà maggiore di quello che sarebbe con l'acciaio", afferma.

Gli strumenti che hanno sviluppato, che sono stati la base per la tesi di laurea di Ching, possono essere applicati in diverse fasi, sia nella prima fase di progettazione di una struttura, sia successivamente nelle fasi finali di un progetto.

Come esercizio, il team ha sviluppato una proposta per riprogettare diversi tralicci utilizzando questi strumenti di ottimizzazione e ha dimostrato che è possibile ottenere risparmi significativi nelle emissioni di gas serra incorporate senza perdita di prestazioni. Sebbene abbiano dimostrato che è possibile ottenere miglioramenti di almeno il 10 percento, afferma che quelle stime "non sono esattamente mele per mele" e probabilmente i risparmi potrebbero effettivamente essere due o tre volte superiori.

"Si tratta di scegliere i materiali in modo più intelligente", afferma, per le specifiche di una determinata applicazione. Spesso negli edifici esistenti "avrai legno dove c'è compressione, e dove ciò ha senso, e poi avrà elementi in acciaio davvero sottili, in tensione, dove ha senso. Ed è anche quello che vediamo nelle nostre soluzioni di design che vengono suggerite , ma forse possiamo vederlo ancora più chiaramente". Tuttavia, gli strumenti non sono pronti per l'uso commerciale, afferma, perché non hanno ancora aggiunto un'interfaccia utente.

Carstensen vede una tendenza all'uso crescente del legname nelle grandi costruzioni, che rappresenta un importante potenziale per ridurre le emissioni globali di carbonio nel mondo. "C'è un grande interesse nel settore edile per le strutture in legno massiccio, e questo parla proprio di quell'area. Quindi, la speranza è che questo faccia breccia nel settore edile e intacchi effettivamente quel contributo molto grande alle emissioni di gas serra ."