Produzione di manufatti geopolimerici per l'edilizia residenziale nella Regione Campania

I mattoni sono tra i materiali più utilizzati nel settore edile, ma la crescente domanda di materie prime e la conseguente produzione di rifiuti da costruzione e demolizione hanno favorito l’interesse e lo sviluppo di nuovi materiali da costruzione più ecosostenibili. La corrente produzione di laterizi comporta diversi effetti sulla salute umana e sull'ambiente, per cui vi è una chiara necessità di ricerca e sostituzione con alternative più efficienti e durevoli, ben oltre i limiti della produzione di elementi tradizionali.
L’interesse della comunità scientifica si è recentemente focalizzato verso la realizzazione e l'uso di materiali alternativi, come i geopolimeri, che rappresentano una grande opportunità in termini di sostenibilità nel settore delle costruzioni e di recupero ed impiego di rifiuti solidi speciali non pericolosi(art. 184 comma lll D.L.vo 152/06) come le terre da scavo, i sedimenti da invasi artificiali, le ceneri volanti o le scorie d'altoforno, in qualità di precursori solidi.
L’obiettivo del presente lavoro è quello di confrontare l’impatto ambientale e la fattibilità economica conseguente la produzione di pavè geopolimerici e in calcestruzzo a base di OPC (Ordinary Portland Cement) per l’edilizia residenziale, utilizzando la metodologia Life Cycle Thinking. I risultati indicano che, sebbene la produzione di manufatti innovativi comporti una evidente riduzione di emissioni di CO2, altri impatti risultano ancora significativi, come quelli dovuti alla produzione della soluzione alcalina attivante costituita da silicato di sodio.

INTRODUZIONE
Il settore delle costruzioni è responsabile di considerevoli impatti ambientali ed uno degli aspetti maggiormente critici ad esso inerente è l’utilizzo del calcestruzzo, poiché responsabile di ingenti emissioni di anidride carbonica in atmosfera ed il suo maggiore contributo è dovuto ai processi produttivi del suo principale costituente, il cemento Portland. Questi processi comportano circa il 7% delle emissioni globali di anidride carbonica [1, 2] e, per la precisione, si è stimato che per ogni tonnellata di cemento Portland ordinario viene rilasciata in atmosfera 1 tonnellata di anidride carbonica.
I mattoni ed i blocchi in calcestruzzo sono tra i prodotti maggiormente impiegati per la costruzione di edifici, in particolare per i muri e le pavimentazioni. Tuttavia, il convenzionale processo produttivo è caratterizzato da carenze indiscutibili, tra questi il consumo di materie prime quali argilla, scisto e sabbie ha provocato una serie di conseguenze non trascurabili come l'esaurimento delle risorse, degrado ambientale, ed il consumo di energia.
Al principio, la preparazione dei primi mattoni avveniva compattando acqua, additivi e materie prime, lasciando essiccare il tutto all'aria, successivamente si diffuse il processo di cottura dei mattoni, probabilmente attribuibile ai Sumeri [3]. Al giorno d’oggi, invece, i laterizi tradizionali sono costituiti da un impasto di argilla e acqua, e, una volta assunta la forma desiderata, in genere con l’impiego di macchine a vibropressione, si effettua la fase di asciugatura e cottura in forno affinché si abbia il raggiungimento delle caratteristiche meccaniche indispensabili per l’impiego nell’edilizia. Vista la maggiore enfasi sulla tematica della sostenibilità, da tempo l’attenzione è rivolta al possibile uso di rifiuti derivanti da processi industriali e non, al fine di mitigare la superficie necessaria per lo smaltimento dei rifiuti ed evitare l'utilizzo di materie prime non rinnovabili utilizzate nella produzione di elementi di muratura, riducendo così l'impatto ambientale [4, 5].
Diversi studi [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12] mirano a rendere più sostenibile la produzione del calcestruzzo, migliorando conseguentemente l’efficienza ambientale delle industrie del cemento e, a tal proposito, la letteratura scientifica ha mostrato che la produzione del calcestruzzo geopolimerico ha un impatto ambientale sensibilmente inferiore rispetto a quello tradizionale a base di cemento Portland Ordinario (OPC).
I “geopolimeri” rappresentano un’alternativa ecosostenibile, a basso costo e a basso consumo energetico rispetto alle tradizionali matrici inorganiche e materiali compositi, poiché caratterizzati dall’impiego di scarti industriali come precursori solidi e dalla necessità di basse temperature di calcinazione.
I manufatti geopolimerici rappresentano una nuova famiglia di materiali eco-sostenibili, perché annoverano la possibilità di riciclare rifiuti di varia provenienza ai fini della realizzazione di materiali dai numerosi benefici ambientali ed economici.
A ragione di quanto detto, il seguente lavoro si pone la finalità di valutare gli impatti conseguenti il processo impiantistico e produttivo di pavè geopolimerici, caratterizzati dall’impiego di rifiuti da costruzione e demolizione come precursori solidi, al fine di ridurre la domanda di risorse naturali provenienti dal territorio regionale.
In una seconda fase, il seguente obiettivo è la valutazione e il confronto degli impatti ambientali della produzione di manufatti in calcestruzzo geopolimerico e quello tradizionale a base di OPC in impianti ubicati nella regione Campania.

2. MATERIALI E METODOLOGIE

2.1 Inquadramento territoriale
Il presente studio è stato effettuato prendendo in esame tre impianti sul territorio della regione Campania al fine di velocizzare le fasi produttive dei manufatti, diminuire ed agevolare gli spostamenti delle materie prime, come si può notare dalla Fig.1 e dalla Tab.1.
Gli impianti presi in esame sono i seguenti:
- I.P.S. s.r.l, situata nel comune di San Martino Valle Caudina (Provincia di Avellino), che opera nel settore di riciclaggio dei rifiuti derivanti da attività di costruzione e demolizione;
- PROCHIN ITALIA, situata nella zona industriale del comune di Marcianise (Provincia di Caserta), che opera nel settore dei prodotti chimici ad uso industriale;
- Ditta dei F.LLI ABAGNALE PREFABBRICATI CEMENTO, situata a Castellammare di Stabia (Provincia di Napoli), che opera nel settore delle costruzioni di manufatti e prefabbricati in cemento.
Lo scopo del presente studio è quello di valutare la possibile produzione di pavè geopolimerici presso la ditta dei F.LLI ABAGNALE e di confrontarla con l’attuale produzione tradizionale.

2.2 NATU-R e la produzione degli aggregati riciclati
I rifiuti derivanti dal settore di demolizione e costruzione di edifici o da scavi di manti stradali sono considerati rifiuti speciali e devono pertanto essere smaltiti o recuperati senza recare danni all’ambiente e alla salute dell’uomo. La problematica principale inerente ai rifiuti da costruzione e demolizione (C&D) non è legata alla loro pericolosità, relativamente bassa, ma alla quantità di materiale prodotto. A tal proposito, negli ultimi anni si è affermata la pratica del riciclaggio al fine di ridurre i materiali da destinare alle discariche autorizzate, lasciando spazio ad altre tipologie di rifiuti per i quali non esiste una procedura consolidata di recupero alla fine del ciclo di vita. L’impiego di aggregati riciclati nelle costruzioni civili ha portato a numerosi vantaggi da un punto di vista sia economico, sia ambientale [16, 17, 18].
I rifiuti C&D sono generalmente composti da mattoni e piastrelle, macerie di cemento, sabbia e polvere, legno, plastica, cartone e carta e metalli e, in particolare, quelli a base di solo calcestruzzo possono essere utilizzati per la preparazione di nuove miscele di calcestruzzo in sostituzione degli aggregati grossi o come strato di base per le pavimentazioni.
Nel presente studio si è presa in esame la NATU-R, un rifiuto da C&D riciclato ed opportunamente trattato presso l’impianto della I.P.S s.r.l, schematizzato in Fig. 2 (a), la cui composizione chimica è riportata nella Tab. 3.
Il trattamento di quest’ultimi ha inizio con la fase di trasporto dei rifiuti alla tramoggia, ove ha luogo la fase di frantumazione.
Una volta introdotto, il materiale viene dosato nell’impianto per mezzo di un alimentatore a piastre, tale alimentatore funge anche da estrattore prevagliante e permette, in caso di richiesta produttiva, di separare la parte del materiale “fine” da quella “grossolana”, determinando la categoria granulometrica. Il materiale ottenuto viene successivamente trasferito da un alimentatore su un nastro trasportatore principale, per passare poi ad un vaglio vibrante composto da tre piani; ove ciascuno, in base alla dimensione dei fori, permette di determinare granulometrie diverse di aggregato riciclato.

Nell'articolo completo:

2.3 Produzione del silicato di sodio
2.4 Miscele di calcestruzzo
2.5 Produzione dei manufatti residenziali
3. CARATTERIZZAZIONE AMBIENTALE DEI MATERIALI
4. APPROCCIO LIFE CYCLE
5. SVILUPPI FUTURI
6. CONCLUSIONI
BIBLIOGRAFIA