La sfida di rendere il calcestruzzo più sostenibile ha fatto un significativo balzo in avanti grazie al lavoro di un team di ricercatori australiani. Presso l’RMIT University, il gruppo guidato da Chamila Gunasekara è riuscito a sviluppare una nuova miscela di calcestruzzo a basse emissioni che utilizza l’80% di cenere volante (fly ash) e cenere di stagno (pond ash), dimezzando così il contenuto di cemento rispetto alle attuali versioni di calcestruzzo green.
La chiave di questo successo? L’uso di nano-additivi che modificano la chimica di questo materiale, consentendo di aumentare la percentuale di ceneri senza compromettere le prestazioni ingegneristiche.
L’importanza di riciclare le ceneri di carbone
Le ceneri volanti, o fly ash, sono un residuo della combustione del carbone. Si stima che nel solo 2022, le centrali a carbone abbiano generato oltre 1,2 miliardi di tonnellate di questo materiale. Anche se molti paesi stanno abbandonando il carbone a favore di fonti energetiche rinnovabili, le ceneri prodotte finora rimarranno per decenni e devono essere riutilizzate su larga scala.
L’industria delle costruzioni già impiega mattoni e calcestruzzo a base di ceneri di carbone per ridurre le emissioni di CO2. Tuttavia, la ricerca di Gunasekara e del suo team (ve la linko qui) può aiutare ulteriormente il settore a diminuire la propria impronta di carbonio.
Non solo fly ash, ma anche pond ash
I ricercatori dell’RMIT non si sono limitati a riutilizzare le ceneri volanti. Hanno lavorato anche con le ceneri di stagno, o pond ash, una forma di fly ash sottoutilizzata che si trova nelle vasche di decantazione vicino alle centrali elettriche. Questo materiale richiede una lavorazione minima prima di poter essere impiegato.
Rispetto alla fly ash, la pond ash è poco sfruttata nelle costruzioni a causa delle sue diverse caratteristiche. Ci sono centinaia di megatonnellate di ceneri di scarto nelle dighe australiane, e molto di più a livello globale.
Chamila Gunasekara
Utilizzare questo materiale, considerato un pericolo ambientale, come componente per l’edilizia è quindi una vittoria su tutti i fronti.
La centrale elettrica di Eraring e la diga di cenere dall’alto, con il lago Macquarie sullo sfondo. Immagine:
Asha Development Association Australia
Nano-additivi per migliorare le prestazioni del calcestruzzo a basse emissioni
“L’inclusione di nano-additivi ultra-fini migliora significativamente il materiale, aumentandone densità e compattezza”, afferma Gunasekara. “L’aggiunta di nano-additivi per modificare la chimica del calcestruzzo consente di aggiungere più ceneri volanti senza compromettere le prestazioni ingegneristiche”.
Il team ha realizzato grandi travi in calcestruzzo utilizzando fly ash e pond ash nella miscela di calcestruzzo a basse emissioni, dimostrando che soddisfano le norme ingegneristiche e ambientali australiane.
Un modello predittivo per garantire la durata nel tempo
Una delle sfide nell’impiego di nuovi materiali è dimostrare che siano durevoli e non si deteriorino rapidamente nel tempo. Per affrontare questo problema, i ricercatori dell’RMIT hanno sviluppato un modello basato sulla fisica per prevedere le prestazioni a lungo termine delle strutture in calcestruzzo a basse emissioni.
Il modello, sviluppato in collaborazione con Yogarajah Elakneswaran della Hokkaido University in Giappone, permette di prevedere le prestazioni nel tempo di nuove miscele di calcestruzzo.
Grazie ai risultati del modello, i ricercatori possono ottimizzare le miscele per migliorarne le prestazioni. “Siamo in grado di vedere, ad esempio, come i nano-additivi a rapida presa agiscano da booster nelle prime fasi di presa, compensando le grandi quantità di ceneri volanti e di stagno a presa più lenta”, spiega Gunasekara.
Nuovo calcestruzzo a basse emissioni: verso l’adozione su larga scala
Il team intende utilizzare queste simulazioni digitali per infondere fiducia nella propria tecnologia e incoraggiare comunità e amministrazioni locali ad adottare il calcestruzzo a basse emissioni.
La ricerca, condotta presso l’ARC Industrial Transformation Research Hub nell’ambito del progetto TREMS (Transformation of Reclaimed Waste Resources to Engineered Materials and Solutions for a Circular Economy), rappresenta un importante passo avanti verso un settore delle costruzioni più sostenibile.
Dimezzare il contenuto di cemento nel calcestruzzo, uno dei materiali più utilizzati al mondo, può avere un impatto enorme sulla riduzione delle emissioni di gas serra. Allo stesso tempo, riutilizzare enormi quantità di ceneri di scarto contribuisce a risolvere un annoso problema ambientale.
Ora la sfida è portare questa tecnologia dalle laboratorio al cantiere, superando le inevitabili resistenze al cambiamento e dimostrando la sua fattibilità su larga scala. Ma con risultati così promettenti, il calcestruzzo a basse emissioni potrebbe presto diventare il nuovo standard per l’industria delle costruzioni, in Australia e nel mondo.
L’articolo Calcestruzzo a basse emissioni, nano-additivi riducono il cemento del 50% è tratto da Futuro Prossimo.
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