Il settore dell’edilizia, di grande importanza, è alla costante ricerca di nuovi materiali che possano rivoluzionare l’industria. Grazie al progresso tecnologico sono già state ideate alcune alternative: dai mattoni che sfruttano i residui della canna da zucchero al cemento con urina umana. A questi si aggiunge un calcestruzzo ideato da un team di ricercatori dell’Università della Pennsylvania a Filadelfia (Stati Uniti) che cambierà il mondo dell’edilizia: è stampato in 3D, cattura il 142% di carbonio in più rispetto ai materiali tradizionali ed è estremamente resistente.
Realizzato con microalghe fossili
Il calcestruzzo è ancora oggi il materiale da costruzione più utilizzato al mondo, ma presenta un problema importante: ha un forte impatto ambientale, poiché circa il 9% delle emissioni globali di gas serra proviene direttamente o indirettamente dalla sua produzione.
Per cercare di combatterlo, il team multidisciplinare di ricercatori ha trovato una possibile soluzione: un nuovo e ingegnoso calcestruzzo biofuso con microalghe fossili che viene stampato in 3D, soddisfa i requisiti strutturali e cattura più anidride carbonica (CO₂) di quanta ne emetta la sua produzione.
Un calcestruzzo ispirato all’architettura fossile delle alghe microscopiche che è leggero, strutturalmente solido e utilizza meno cemento senza compromettere i parametri di resistenza alla compressione, secondo la ricerca pubblicata sulla rivista.
Questo nuovo calcestruzzo è “particolarmente promettente” e la sua “ricetta segreta” si basa sulla terra di diatomee (DE), una sostanza polverulenta di origine naturale ottenuta dai resti fossili delle diatomee, antiche microalghe dal guscio duro.
Quando viene utilizzata nell’ingegneria dei materiali, questa sostanza è leggera, ha una grande superficie e una porosità favorevole, quindi è ideale per assorbire l’anidride carbonica. “Normalmente, se si aumenta la superficie o la porosità, si perde resistenza”, sottolinea il ricercatore Shu Yang in un comunicato.
“Ma in questo caso è stato il contrario: la struttura è diventata più resistente nel tempo”, continua. A differenza degli additivi tradizionali, la terra di diatomee migliora la reologia del calcestruzzo, ovvero il modo in cui scorre e si comporta durante il processo di stampa.
Grazie a ciò, è possibile realizzare strutture complesse senza compromettere la resistenza di questo materiale, creando forme geometriche ispirate a modelli naturali, come le superfici periodiche minime, che aumentano la superficie di cattura del carbonio di oltre il 500%.
Un altro vantaggio di questo nuovo calcestruzzo è che, riducendo fino al 60% la quantità di materiale necessario, si diminuisce l’uso di cemento. Durante i test, il team di ricercatori ha osservato che il loro progetto otteneva “una conversione di CO₂ superiore del 30% quando la geometria veniva ulteriormente perfezionata”.
E la cosa sorprendente è che lo faceva “mantenendo una resistenza simile a quella del calcestruzzo tradizionale”. Inizialmente i ricercatori hanno ideato una “pasta cementizia” sufficientemente fluida da poter essere stampata in 3D.
A tal fine hanno utilizzato una miscela di cemento Portland, sabbia fine e fumo di silice. Successivamente hanno utilizzato la stampa 3D per creare strutture a traliccio ispirate al lavoro della natura nella formazione delle ossa e delle conchiglie.
Forme che forniscono sia lo spazio per catturare il carbonio sia l’integrità strutturale del calcestruzzo tradizionale. Infine, hanno aggiunto uno strato di idrossido di calcio per potenziare le proprietà di cattura del CO₂.
Scalabile e stampabile
Dopo lo studio, i ricercatori sono riusciti a trovare un nuovo calcestruzzo scalabile e stampabile che svolge la sua funzione strutturale e allo stesso tempo estrae il carbonio dall’atmosfera senza bisogno di processi complessi o costi elevati.
“Non si trattava solo di estetica o di ridurre la massa, ma di scoprire una nuova logica strutturale. Siamo riusciti a ridurre il materiale di quasi il 60% e continuare a sostenere il carico, dimostrando che è possibile fare molto di più con molto meno”, afferma il coautore principale Masoud Akbarzadeh.
Attualmente i ricercatori stanno testando questo calcestruzzo in elementi strutturali su scala reale, come pavimentazioni, pannelli di facciata ed elementi portanti, ottenendo risultati promettenti. Stanno anche studiando l’uso della terra di diatomee con altri composti.
Quest’ultimo servirà a verificare se le diatomee sono in grado di offrire ulteriori vantaggi. “Vogliamo portare questa idea oltre. E se potessimo eliminare completamente il cemento? O utilizzare i flussi di rifiuti come componente reattivo?”, suggerisce Yang.
“Nel momento in cui abbiamo smesso di pensare al calcestruzzo come a qualcosa di statico e abbiamo iniziato a vederlo come qualcosa di dinamico, che reagisce all’ambiente circostante, si è aperto davanti a noi un mondo completamente nuovo di possibilità”, aggiunge.
Ciò che è chiaro è che la capacità di stampare strutture con sbalzi pronunciati, senza bisogno di casseforme, apre una vasta gamma di possibilità sulla strada verso un design architettonico sostenibile.