Come trasformare calcestruzzo riciclato e CO2 in un nuovo materiale da costruzione

La sfida più importante che il calcestruzzo (e il cemento) deve vincere non è con altri materiali da costruzione, ma con se stesso. Il mondo moderno, quello che viviamo oggi, è sostanzialmente costruito in calcestruzzo: ogni edificio basso o alto in ogni città, ogni ponte, ogni diga, ogni strada, ogni opera ha almeno una parte importante in calcestruzzo. L'industria del calcestruzzo è quindi enorme, e questo ha un costo: si stima che circa il 7% delle emissioni mondiali di anidride carbonica derivi dalla produzione e dall'uso del cemento, il principale componente del calcestruzzo. E gran parte di questo 7% è dovuto all'uso necessario del calcio, che di solito si ottiene bruciando calcare.

Ecco perchè in ogni parte del mondo si sta facendo ricerca sulle possibili soluzioni per ridurre questa gravosa impronta CO2. E con Ingenio mi piace cercarle e raccontarle.

Il calcestruzzo riciclato e la CO2 dell'aria vengono trasformati in un nuovo materiale da costruzione

Un nuovo modo per ridurre i livelli di emissioni causati dall'uso del calcestruzzo è stato proposto e dimostrato di funzionare dal prof. Ippei Maruyama e dal project manager del C4S (Calcium Carbonate Circulation System for Construction) professor Takafumi Noguchi, entrambi del Dipartimento di Architettura dell'Università di Tokyo.

Hanno trovato un modo per prendere il calcestruzzo di scarto e l'anidride carbonica catturata e combinarli in un nuovo processo in una forma utilizzabile di calcestruzzo chiamato calcestruzzo di carbonato di calcio.

Un calcestruzzo che nasce da quanto accade nella natura marina

Ispirato dal modo in cui alcuni organismi acquatici si induriscono in fossili nel tempo, Maruyama si è chiesto se lo stesso processo che forma il carbonato di calcio duro dalla materia organica morta potesse essere applicato al calcestruzzo.

Il calcio è essenziale per la reazione tra cemento e acqua per formare il calcestruzzo e Maruyama ha visto questa come un'opportunità per studiare un modo meno ad alta intensità di carbonio per svolgere la stessa funzione.

"Il nostro concetto è quello di acquisire calcio dal calcestruzzo scartato, che altrimenti andrebbe sprecato", ha affermato Maruyama. "Lo combiniamo con l'anidride carbonica proveniente dagli scarichi industriali o anche dall'aria. E lo facciamo a temperature molto più basse di quelle utilizzate attualmente per estrarre il calcio dal calcare".

Concrete samples. Two samples of calcium carbonate concrete, one using hardened cement paste (left) and the other using silica sand. Both raw materials are common construction and demolition waste products. © 2021 Maruyama et al.

Il carbonato di calcio è un materiale molto stabile, quindi è un materiale da costruzione durevole.

E la capacità di riciclare grandi quantità di materiale e rifiuti è un grande vantaggio. Tuttavia, il calcestruzzo di carbonato di calcio non può sostituire attualmente il calcestruzzo tipico. Non è così forte come il cemento tipico, anche se per alcuni progetti di costruzione, come le piccole case, questo non sarebbe un problema. Anche allo stato attuale sono stati realizzati solo piccoli blocchi di pochi centimetri di lunghezza.

"È entusiasmante fare progressi in questo settore, ma ci sono ancora molte sfide da superare", ha affermato Noguchi. "Oltre ad aumentare la resistenza e i limiti dimensionali del calcestruzzo al carbonato di calcio, sarebbe ancora meglio se potessimo ridurre ulteriormente il consumo energetico del processo produttivo. Tuttavia, speriamo che nei prossimi decenni, il calcestruzzo al carbonato di calcio a emissioni zero diventerà il tipo di calcestruzzo mainstream e sarà una delle soluzioni al cambiamento climatico”.

Questa ricerca è stata finanziata dal progetto NEDO Moonshot, C4S Research and Development Project, Calcium Carbonate Circulation System for Construction

Abstract

A New Concept of Calcium Carbonate Concrete using Demolished Concrete and CO2

Ippei Maruyama, Wataru Kotaka, Bui Ngoc Kien, Ryo Kurihara, Manabu Kanematsu, Hikotsugu Hyodo, Hiroshi Hirao, Ryoma Kitagaki, Masaki Tamura, Masato Tsujino, Satoshi Fujimoto, Takafumi Noguchi

Countermeasures against carbon dioxide emissions are a concern in the construction field as well as in society. To solve this problem, a concept for new calcium carbonate concrete is proposed, and this concept is validated experimentally. In the proposed concept, calcium carbonate comprising Ca originating from demolished concrete or other Ca-containing industrial wastes and HCO3- from CO2 gas collected from the air or emitted by industrial plants acts as a binder for aggregates, which can be natural rocks or crushed demolished concrete. This short paper describes the details of the process of making calcium carbonate concrete and discusses future perspectives.

Fonti:

• Journal of Advanced Concrete Technology - LINK
• A concrete solution - Recycled concrete and CO2 from the air are made into a new building material
• University of Tokyo. "Recycled concrete and CO2 from the air are made into a new building material." ScienceDaily. ScienceDaily, 7 October 2021.