Più leggero dell'alluminio, più performante dell'acciaio, nato dalle alghe: sarà il futuro delle strutture ?

Un "super materiale" a base di fibra di carbonio, più leggero dell'alluminio e in grado di superare strutturalmente l'acciaio e il cemento armato, potrebbe anche rimuovere miliardi di tonnellate di CO2 dall'atmosfera utilizzando le alghe durante la sua produzione.

Un supermateriale a base di fibra di carbonio e alghe per ridurre la CO2 nelle costruzioni

Grazie a una sovvenzione di 6,5 milioni di euro del governo tedesco, i ricercatori dell'Università Tecnica di Monaco (TUM), stanno studiando un materiale innovativo che potrebbe cambiare il settore delle costruzioni.

La pietra in fibra di carbonio (CFS - Carbon Fibre Stone) è realizzata da sottili lastre di granito ricoperte e stratificate con tessuto in fibra di carbonio per aumentare la resistenza alla compressione. La tecnologia è in sviluppo da quasi 15 anni, ma la più recente integrazione delle microalghe nella produzione della fibra di carbonio, invece di inquinare il petrolio fossile, ha notevolmente migliorato le prestazioni ambientali.

Le microalghe crescono estremamente velocemente quando vengono coltivate e possono immagazzinare attivamente il gas serra CO2 sotto forma di biomassa. Quando gli zuccheri delle alghe nella biomassa vengono trasformati per produrre olio di lievito, questo viene trattato per produrre glicerina come ingrediente chiave nella produzione di fibre di carbonio.

Secondo Kolja Kuse di Techno Carbon Technologies, partner di produzione di CFS, la coltivazione di alghe su larga scala per il materiale potrebbe consentire di rimuovere circa quattro gigatonnellate di CO2 dall'atmosfera all'anno, un impatto "significativo sul clima".

La capacità di aumentare in modo sostenibile la produzione di fibra di carbonio ha enormi implicazioni per l'edilizia, spiega: "Se riusciamo a trasformare la fibra di carbonio in un materiale sostenibile e scalabile, possiamo sostituire cemento e acciaio su larga scala. L'uso delle alghe è fattibile dal punto di vista dei costi, la velocità di crescita delle alghe e la capacità di produzione è molto maggiore di qualsiasi altra risorsa naturale o fonte di energia".

Costruire una casa in CFS

Il granito è normalmente fragile se esposto a forze di trazione, ma quando è rivestito con tessuto in fibra di carbonio, la sua capacità di resistere a questo tipo di azioni aumenta. Nei test di laboratorio, è stato dimostrato che i campioni superano le prestazioni meccaniche dell'acciaio e del cemento armato, aggiunge Kuse.

"Le fibre di carbonio prodotte dalle alghe sono assolutamente identiche alle fibre attualmente utilizzate nell'industria", afferma il project manager Thomas Brück, professore di biotecnologia sintetica all'Università tecnica di Monaco. "Possono quindi essere utilizzati per tutti i processi standard nell'ingegneria aeronautica e automobilistica".

Nel 2019 è stato realizzato un prototipo di muro di casa costruito in CFS, con strati interni ed esterni spessi 20 mm. Il materiale è stato in grado di sopportare un carico di 150 tonnellate prima di superare i test. "Un muro di cemento richiederebbe un elemento di 200 mm di spessore con quattro volte il peso per ottenere le stesse prestazioni", afferma Kuse. Altri componenti che sono stati prodotti includono una trave a doppia T in granito rinforzato con fibra di carbonio e una piastra piana.

Alcuni tipi di granito hanno un peso specifico inferiore anche all'alluminio, consentendo di dimezzare il peso della struttura rispetto all'acciaio o al cemento armato.

Questo è un I-Beam, che è stato realizzato con lastre di granito e strati di fibra di carbonio tra le lastre di granito. Chiamiamo il materiale CFS - CarbonFiberStone. Ha la metà del peso rispetto all'acciaio ed è incredibilmente flessibile, come si può vedere nel video.

Coltivazione delle micro alghe

I ricercatori hanno proposto che le microalghe siano allevate in vaste vasche situate su terreni non necessari per l'agricoltura.

Tuttavia, la richiesta di livelli costantemente elevati di luce solare per la coltivazione limiterebbe le opportunità nell'Europa occidentale e potrebbe richiedere lo spostamento delle basi di produzione dei materiali in località più a sud, come le aree aride o semi-aride della Spagna, del Marocco o dell'Algeria.

Le microalghe più adatte prosperano nell'acqua salata, il che è un importante vantaggio per la scalabilità, quindi i serbatoi dovrebbero probabilmente essere situati vicino alle zone costiere.

Sviluppi della ricerca 

La fibra di carbonio e la pietra dura possono essere utilizzate per produrre nuovi materiali da costruzione utilizzando un processo sviluppato dal partner industriale Technocarbon Technologies.

Con le prestazioni strutturali di CFS e la produzione di alghe ora comprovate, i ricercatori trascorreranno i prossimi tre anni perfezionando ulteriormente il processo generale e testando e perfezionando proprietà come le prestazioni antincendio.

"Abbiamo dimostrato che esiste il potenziale per sbarazzarsi dei materiali da costruzione di massa più ad alta intensità di CO2 e rispettosi dell'ambiente utilizzati oggi", afferma Kuse. "E mentre ci sono alcuni punti interrogativi, come la necessità di trasferirsi nelle aree meridionali per produrre materiali da costruzione in futuro, mostra che ci sono possibilità per uscire dalla trappola della CO2".

Fonti: CH TUM, YOUTUBE,  The RIBA JOURNAL