Ecco il calcestruzzo carbon-negative
Una miscela di pasta di cemento, biochar e acque reflue alcaline
[20 Aprile 2023]
Ogni anno nel mondo vengono prodotti più di 4 miliardi di tonnellate di calcestruzzo. La produzione di cemento richiede temperature elevate e l’utilizzo di grandi quantità di combustibili fossili. Anche il calcare utilizzato nella sua produzione subisce una decomposizione che produce anidride carbonica, tanto che si ritiene che in tutto il mondo la produzione di cemento sia responsabile di circa l’8% delle emissioni totali di carbonio dovute alle attività antropiche. Ora, lo studio “Towards sustainable industrial application of carbon-negative concrete: Synergistic carbon-capture by concrete washout water and biochar”, pubblicato su Materials Letters da Zhipeng Li e Xianming Shi del Department of civil and environmental engineering della Washington State University – Pullman (WSU), ha sviluppato una formula utilizzabile per produrre un calcestruzzo ecocompatibile e carbon negative, resistente quasi quanto il calcestruzzo normale.
In un test pilota, i ricercatori hanno infuso cemento normale con biochar ecologico, un tipo di carbone ricavato da rifiuti organici, che era stato precedentemente rafforzato con acque reflue del cemento e dicono che «Il biochar è stato in grado di aspirare fino al 23% del suo peso in anidride carbonica dall’aria, pur raggiungendo una resistenza paragonabile al normale calcestruzzo».
I ricercatori della WSU hanno provato ad aggiungere biochar come sostituto del cemento per renderlo più sostenibile e ridurre la sua impronta di carbonio, ma un’aggiunta anche solo del 3% di biochar ha ridotto drasticamente la resistenza del calcestruzzo. Dopo aver trattato il biochar nelle acque reflue di lavaggio del calcestruzzo, i ricercatori sono stati in grado di aggiungere fino al 30% di biochar alla loro miscela di cemento. La pasta di cemento modificato con biochar è stata in grado di raggiungere una resistenza alla compressione dopo 28 giorni paragonabile a quella del cemento normale: circa 4.000 libbre per pollice quadrato.
I risultati della ricerca potrebbero contribuire ridurre significativamente le emissioni di carbonio dell’industria del calcestruzzo, che è una delle industrie manifatturiere a più alta intensità energetica e di carbonio.
Shi ha commentato: «Siamo molto entusiasti che questo contribuirà alla missione di un ambiente costruito a zero emissioni di carbonio. Siamo impegnati a trovare nuovi modi per deviare i flussi di rifiuti verso usi benefici nel calcestruzzo: Una volta identificati quei flussi di rifiuti, il passo successivo è vedere come possiamo agitare la bacchetta magica della chimica e trasformarli in una risorsa. Il trucco sta davvero nell’ingegneria delle interfacce: come ingegnerizzi le interfacce nel calcestruzzo».
L’acqua di dilavamento del calcestruzzo è un materiale di scarto della produzione di calcestruzzo a volte problematico da gestire. Ma Shi fa presente che «Le acque reflue sono molto alcaline ma servono anche come preziosa fonte di calcio». I ricercatori hanno utilizzato il calcio per indurre la formazione di calcite, il che avvantaggia il biochar e infine il calcestruzzo che incorpora il biochar. Shi sottolinea che «La maggior parte degli altri ricercatori è stata in grado di aggiungere solo fino al 3% di biochar per sostituire il cemento, ma stiamo illustrando l’utilizzo di dosaggi molto più elevati di biochar perché abbiamo capito come ingegnerizzare la superficie del biochar».
La sinergia tra le acque reflue altamente alcaline che contengono molto calcio e il biochar altamente poroso ha fatto sì che il carbonato di calcio precipitasse sopra o all’interno del biochar, rafforzandolo e consentendo la cattura dell’anidride carbonica dall’aria. I ricercatori della WSU si aspettano che un calcestruzzo realizzato con il nuovo materiale continui a sequestrare anidride carbonica per tutta la sua vita utile: solitamente 30 anni in una pavimentazione o 75 anni in un ponte.