Secondo EU Science Hub, eventi meteorologici estremi sempre più frequenti causeranno danni sempre maggiori alle infrastrutture, con perdite che si stima raggiungeranno i 20 miliardi di euro all'anno entro il 2030. Queste pressanti minacce mettono a fuoco la necessità di nuove risposte al problema della stabilizzazione del suolo.

Gli scienziati del Laboratorio di meccanica del suolo (LMS) dell'EPFL hanno sviluppato una serie di soluzioni sostenibili, compreso uno che utilizza il metabolismo enzimatico. Sebbene questi metodi funzionino per un'ampia gamma di tipi di terreno, sono notevolmente meno efficaci quando si tratta di terreni argillosi. In un articolo pubblicato oggi in Rapporti scientifici , il team dimostra come le reazioni chimiche possono essere migliorate utilizzando un sistema simile a una batteria per applicare la corrente elettrica.

Recentemente è stato suggerito un nuovo tipo di biocemento, prodotto in situ ea temperatura ambiente, come metodo promettente per stabilizzare vari tipi di suolo. Il metodo sfrutta il metabolismo batterico per produrre cristalli di calcite che legano insieme in modo duraturo le particelle del suolo. Questo processo biogeochimico è efficiente dal punto di vista energetico ed economico, e potrebbe essere implementato rapidamente nei prossimi anni. Ma poiché il terreno deve essere impregnato affinché il metodo funzioni, è meno adatto a terreni argillosi poco permeabili. Ora, il team LMS ha sviluppato e testato con successo una valida alternativa, che comporta l'applicazione di corrente elettrica utilizzando elettrodi incassati.

"I nostri risultati mostrano che questo sistema geoelettrochimico influenza effettivamente le fasi chiave del processo di calcificazione, soprattutto la formazione e la crescita dei cristalli che legano il terreno e ne migliorano il comportamento, "dice Dimitrios Terzis, uno scienziato presso LMS e uno dei coautori del documento.

Il biocemento si forma introducendo specie chimiche nel terreno. Questi includono carbonato disciolto e ioni calcio, che portano cariche opposte. Anodi e catodi affondati vengono utilizzati per creare un campo elettrico, allo stesso modo di una batteria gigante. La corrente costringe gli ioni a muoversi attraverso il mezzo a bassa permeabilità, dove si intersecano, si mescolano ed eventualmente interagiscono con le particelle del suolo. Il risultato è la crescita di minerali carbonatici, che fungono da collegamenti o "ponti" che esaltano le prestazioni meccaniche e la resistenza dei terreni.

La carta, che espone i risultati del team dall'osservazione e dalla misurazione della qualità di questi ponti minerali, apre la strada a futuri sviluppi nel settore. Ulteriori test, a scale diverse, sono necessari prima che la tecnologia possa essere applicata nel mondo reale. La ricerca è stata condotta nell'ambito di una sovvenzione avanzata 2018-2023 del Consiglio europeo della ricerca (ERC) assegnata al Prof. Lyesse Laloui, che dirige l'LMS ed è coautore del documento. Il progetto ha tre verticali, mirando alla comprensione dei meccanismi fondamentali che si verificano a scala suolo-particella (micro-scala), la caratterizzazione avanzata dei comportamenti meccanici su scala di laboratorio, e lo sviluppo e la dimostrazione su larga scala di sistemi innovativi in ​​ambienti naturali. A luglio 2020, lo stesso team di ricerca ha ottenuto un'ulteriore sovvenzione ERC Proof of Concept per accelerare il trasferimento tecnologico alle applicazioni industriali.

Nel passato, i suoli sono stati trattati esclusivamente come una miscela di terra solida, aria e acqua. Secondo i coautori, questa ricerca mette in evidenza come gli approcci interdisciplinari, ovvero attingere a concetti dalla biologia e dall'elettrochimica e incorporare progressi e meccanismi di altri campi scientifici, può aprire nuove strade entusiasmanti e produrre vantaggi significativi.