Una soluzione sostenibile
Il calcestruzzo è alla base della civiltà moderna: quasi tutti i progetti edilizi a livello globale ne fanno uso. Tuttavia, questo materiale onnipresente comporta un costo nascosto: la produzione di cemento, il suo legante principale, è tra le maggiori fonti mondiali di emissioni di carbonio.
Il problema del cemento
La produzione del cemento richiede il riscaldamento e la lavorazione del calcare ad alte temperature, generando enormi quantità di CO₂. Da anni i ricercatori cercano alternative per ridurre questo impatto ambientale.
Una soluzione inaspettata
Come spiegato in questo articolo, gli scienziati della Manipal University di Jaipur, guidati dall’ingegnere civile Raghuvesh Tiwari, potrebbero aver trovato una svolta. La loro innovazione trasforma due problematiche ambientali in un’unica soluzione: l’utilizzo di biochar derivato dalle deiezioni umane per sostituire parzialmente il cemento nel calcestruzzo.
Secondo la loro ricerca pubblicata su Scientific Reports, questo approccio produce notevoli miglioramenti nelle prestazioni del calcestruzzo, riutilizzando al contempo un materiale che gli esseri umani generano costantemente: circa 400 grammi a persona al giorno in tutto il mondo.
Come funziona
Il biochar, un materiale ricco di carbonio ottenuto riscaldando materia organica in condizioni di carenza di ossigeno, può essere prodotto a partire da numerose materie prime. In questo caso, i fanghi fecali provenienti dagli impianti di trattamento vengono sottoposti a pirolisi (riscaldamento a 350–450 °C) per produrre una polvere fine che sostituisce una parte del cemento tradizionale.
Verifica del concetto
Il gruppo di ricerca ha testato miscele di calcestruzzo in cui il 5%, il 10% e il 15% del cemento venivano sostituiti con biochar fecale. I risultati li hanno sorpresi:
- Con una sostituzione del 5%: il calcestruzzo ha raggiunto una resistenza ottimale, assorbendo meno acqua e mostrando un ritiro ridotto rispetto alle miscele convenzionali. Dopo 91 giorni di stagionatura, la resistenza alla compressione è aumentata del 20% e quella alla flessione del 36%.
- Con una sostituzione del 10%: i miglioramenti si sono intensificati, con un aumento del 21% della resistenza alla compressione e del 42% di quella alla flessione, pur mantenendo prestazioni comparabili in termini di assorbimento d’acqua e porosità.
- Con una sostituzione del 15%: la resistenza ha continuato ad aumentare, ma non ha eguagliato i valori delle percentuali inferiori, suggerendo l’esistenza di un limite massimo all’efficacia del biochar.
Perché funziona
Il meccanismo coinvolge tre processi complementari:
- Ritenzione idrica: la struttura porosa del biochar funge da serbatoio microscopico, rilasciando gradualmente acqua durante la maturazione per sostenere le reazioni chimiche che rafforzano il calcestruzzo.
- Legame chimico: il biochar contiene silice che reagisce con i composti del cemento per formare silicati di calcio — lo stesso principio utilizzato nell’antico calcestruzzo romano, che, come è noto, rimane durevole per millenni dopo la costruzione.
- Densità strutturale: le particelle fini di biochar riempiono gli spazi microscopici, creando strutture in calcestruzzo più dense e con legami più saldi, visibili al microscopio.
Cosa rimane da chiarire
Sebbene promettente, la ricerca lascia senza risposta alcune domande importanti. Lo studio non ha misurato l’effettiva riduzione di carbonio ottenuta, né ha testato le prestazioni in condizioni reali, come i cicli di gelo-disgelo o le temperature estreme.
Una questione fondamentale riguarda i metalli pesanti, che si accumulano nelle fognature
Il quadro generale
L’adozione su larga scala è ancora lontana, ma il concetto si basa su una logica convincente: gli esseri umani producono rifiuti in quantità illimitate e gli impianti di trattamento dei rifiuti sono già operativi in tutto il mondo. Trasformare questo sottoprodotto inevitabile in un materiale che rafforza il calcestruzzo e riduce al contempo la domanda di cemento permette di affrontare due problemi ambientali contemporaneamente: proprio il tipo di soluzione basata sull’economia circolare di cui l’edilizia moderna ha disperatamente bisogno.