Cemento: soluzioni alternative contro l'impatto climatico del materiale

Il cemento responsabile del 8% delle emissioni in atmosfera

Esistono diverse tecnologie per combattere i cambiamenti climatici. Aerei alimentati a idrogeno, robot minerari sottomarini e reattori a fusione nucleare: ciascuno di essi potrebbe svolgere un ruolo nel ridurre le emissioni di gas serra.

Ma ci sono invece elementi che purtroppo sono impattanti per l'ambiente.  Come per esempio, i materiali da costruzione. Il materiale più utilizzato nel mondo dell'edilizia è il cemento ed è considerato un "incubo climatico", in quanto responsabile di circa l'8% delle emissioni globali di gas serra.

Alcune realtà stanno cercando di invertire l'impatto climatico del cemento realizzando tecnologie innovative e soluzioni alternative.

Cemento: due motivi per cui inquina

Il cemento è fondamentalmente un legante che viene utilizzato per unire insieme più materiali.  Usualmente viene miscelato con acqua e sabbia o ghiaia per produrre calcestruzzo e calcestruzzo armato, che si indurisce e può essere utilizzato per edifici o passi carrai.

Ci sono due motivi principali per cui il cemento è considerato impattante per l'ambiente climatico:

• il primo è che il processo di produzione di solito comporta temperature intorno ai 1.400 °C. Raggiungere quelle temperature in genere richiede di bruciare qualcosa, di solito combustibili fossili come il carbone. Altre industrie pesanti come la produzione di acciaio incontrano lo stesso problema;
• ma un'altra grande sfida con la riduzione dell'impatto climatico del cemento si riduce alla chimica fondamentale della calce, uno dei suoi ingredienti chiave.

Quando si fa il cemento, di solito si inizia con il calcare, che contiene calcio, ossigeno e carbonio. Per creare un materiale che reagisca con l'acqua e altri materiali e si indurisca, è necessario trasformare il calcare in calce, che è solo calcio e ossigeno.

Il carbonio nel calcare non finisce nella calce, combinato con parte dell'ossigeno, viene rilasciato da questo processo come anidride carbonica, quel famigerato gas serra.

Formula chimica:
CaCO3 (calcare) + calore → CaO (calcare) + CO2 (anidride carbonica)

Produrre cemento in questo modo richiede il rilascio di CO2: i gas serra vengono sostanzialmente incorporati nel processo.

Soluzioni alternative: come ridurre l'uso di calce

Un approccio importante per ridurre l'impatto climatico del cemento è quello di utilizzare meno calce, ma il rischio è di ottenere un materiale che non sia forte o durevole come quello che serve.

Ma l'utilizzo nella miscelazione di una piccola quantità di riempitivo può aiutare a ridurre la calce che è necessaria, senza però compromettere le prestazioni del materiale.

Un approccio interessante al metodo di miscelazione è quello di aggiungere un po' di CO2 al calcestruzzo durante la miscelazione. La CO2 reagisce con gli ingredienti nella miscela e si indurisce, un processo chiamato mineralizzazione.

Vorrebbe dire che attua il processo opposto di produzione che è stato descritto sopra, aggiungendo di nuovo la CO2. 

Facendolo in modo controllato è possibile intrappolare un po' di CO2 riducendo anche la quantità di calce che finisce per usare nel prodotto finale.

É stato prodotto recentemente il cemento utilizzando CO2 estratta direttamente dall'atmosfera, un processo noto come cattura diretta dell'aria. L'azienda canadese CarbonCure ha aggiunto CO2 ad alcune acque reflue che altrimenti sarebbero state troppo reattive per essere riutilizzate.

L'azienda ha collaborato con una startup californiana chiamata Heirloom che è riuscita a catturare la CO2 affermando che è la prima volta che l'anidride carbonica viene presa dall'atmosfera e viene utilizzata per produrre cemento.

Questo processo è ancora su piccola scala in questo momento e ci sono ancora molte questioni da risolvere sul fatto che la cattura diretta dell'aria possa essere eseguita in modo economico ed efficiente. Ma l'embrionale approccio di questa azienda canadese potrebbe aiutare a eliminare parte dell'inquinamento climatico causato dalla realizzazione di edifici, aiutando anche a ripulire le emissioni già presenti nell'atmosfera.

Reinventare il cemento da zero, grazie all'uso dell'elettricità

Esiste un'altra realtà importante che è la startup Sublime Systems di Boston composta da Yet-Ming Chiang e Leah Ellis. I due hanno raccolto dei finanziamenti e hanno esperienza nella produzione di batterie, decidendo così di usare le loro capacità per ripensare alla produzione di cemento.

In primis, il duo sta cercando di sostituire l'energia per produrre il cemento con l'elettricità.

Lavorando al MIT, Chiang ed Ellis hanno scoperto di poter trasformare il calcare in calce senza alte temperature e senza i combustibili fossili: erano in grado di fare reazioni similari, utilizzando però l'elettricità.

Se l'elettricità proviene da fonti rinnovabili, Sublime potrebbe ridurre le emissioni del cemento del 70%. Per quanto riguarda le emissioni nella chimica del cemento, ci sono comunque alcune possibili soluzioni.

In primo luogo, spiega Ellis, la CO2 proveniente dal processo sarà più facile da catturare e utilizzare o immagazzinare, poiché sarà concentrata e relativamente fredda. Ciò significa che non avrebbero bisogno di tutte le costose attrezzature tipicamente utilizzate nei sistemi di cattura e stoccaggio del carbonio.

Inoltre, potrebbero essere utilizzati dei materiali differenti, inclusi alcuni che non contengono carbonio, quindi non produrrebbero affatto CO2.

C'è una lunga strada da percorrere per Sublime o per qualsiasi azienda che lavora per reinventare tutto il settore di produzione di questo materiale

"Sarà difficile", dice Ellis. "Non lo stiamo facendo perché è facile."

Oggi lo stabilimento dell'azienda può produrre circa 100 tonnellate di cemento all'anno. Per competere sui costi, la start up dovrà produrre il materiale alla stessa scala degli impianti commerciali, che possono produrre circa un milione di tonnellate di cemento ogni anno. Sublime ha in programma di raggiungere questo obiettivo nel 2028.

Fonte: MIT tecnology