Innovazione nei materiali: quante idee per decarbonizzare l’edilizia

L’innovazione nei materiali edili è fondamentale per decarbonizzare gli edifici, profondamente bisognosi di un profondo rinnovamento. Ancora oggi, in Europa, il 75% del patrimonio edilizio è inefficiente dal punto di vista energetico. Inoltre, si prevede che oltre l’85% degli edifici attuali sarà ancora in uso nel 2050. Il patrimonio edilizio è causa di sprechi e di un forte impatto ambientale, agli edifici è riconducibile il 40% del consumo energetico e il 36% delle emissioni di gas effetto serra.

Si aggiunga che la metà circa delle risorse estratte a livello mondiale viene utilizzata per edifici e costruzioni. Si deve ridurre questo impatto, tenendo conto dell’importanza che il settore delle costruzioni: stiamo parlando di un ecosistema che rappresenta quasi il 5,5% del PIL dell’UE e impiega circa 25 milioni di persone in oltre 5 milioni di aziende. Il solo settore dei prodotti da costruzione comprende 430mila aziende nell’UE, per lo più Pmi, con un fatturato totale di 800 miliardi di euro.

Il ruolo delle norme per apportare innovazione nei materiali edili

La nuova EPBD, che l’Italia recepirà nel 2026, ha l’obiettivo di creare le condizioni perché il patrimonio edilizio possa raggiungere la decarbonizzazione nel 2050. Pone l’obbligo di calcolare il potenziale di riscaldamento globale (GWP) nel corso del ciclo di vita degli edifici nuovi è quindi il primo passo verso una maggiore attenzione alle prestazioni degli edifici durante tutto il ciclo di vita utile e all’economia circolare.

Già il nuovo Regolamento Prodotti da Costruzione (CPR) pone alcune condizioni, come l’introduzione di un passaporto digitale per i prodotti, per assicurarne la tracciabilità, ma pone forte attenzione alla loro sostenibilità e sicurezza, oltre a favorire la circolarità.

Su questi punti si lavora, a livello di ricerca e di industria, per assicurare al mercato soluzioni in grado di soddisfare queste esigenze. Occorre partire da quelli già esistenti e consolidati: legno, acciaio, calcestruzzo stanno già vivendo importanti trasformazioni, grazie alle idee apportate da realtà innovative, attive anche in Italia.

L’occasione per parlarne e illustrare alcune delle soluzioni e progettualità più interessanti è stato il convegno “Innovazione nei materiali, per l’efficienza, la durabilità e la resistenza strutturale”, organizzato da Prospecta Formazione – Infoweb.

Dal passato al futuro: il valore del legno

Il legno è un materiale tanto antico quanto moderno ed è pronto a contribuire all’innovazione dei materiali utili all’edilizia. È ampiamente reperibile: circa il 39% della superficie terrestre dell’UE è ricoperto da foreste. Tuttavia, i materiali di origine biologica, di cui è parte integrante il legno (rappresentandone i due terzi del totale), rappresentano solo il 3% della massa dei materiali da costruzione utilizzati in Europa.

Una delle più interessanti caratteristiche del legno è che si presta per molteplici impieghi in edilizia. Lo ha illustrato Marco Togni, professore di Tecnologia del legno all’Università di Firenze, partendo dal suo impiego per le strutture portanti. Col legno è possibile realizzare non solo le tipiche case in montagna, ma anche edifici e grattacieli, contando su strutture portanti, come travi e pilastri. Inoltre, è possibile realizzare prodotti innovativi di legno per impieghi in edilizia, mediante legni termo-trattati o impregnati, per esempio. Ha anche ricordato il ruolo sostenibile del legno. In una villetta di CLT (Cross Laminated Timber) di 100 m² si può contare su circa 22.300 kg di CO₂ sequestrata, ovvero circa 11 milioni e 300mila litri di anidride carbonica stoccata.

Le soluzioni ci sono. Per questo, è possibile dire che il futuro del legno in edilizia si costruisce oggi: «per contare su costruzioni durevoli è fondamentale il compito del progettista, che deve puntare a creare case che durino a lungo. La sfida del futuro è legata al fatto che gli stessi progettisti approfondiscano le conoscenze sul legno», ha affermato Togni.

Acciaio e legno: una combinazione virtuosa

Le virtù del legno si possono combinare con quelle dell’acciaio, altro materiale fondamentale nel novero dell’innovazione dei materiali edili.

Patrizia Bernardi, professoressa di Tecnica delle costruzioni all’Università di Parma, ha illustrato innanzitutto i vantaggi del sistema costruttivo in acciaio, materiale più riciclato al mondo e riciclabile all’infinito, in cui l’Italia ha un ruolo virtuoso.

Con l’80%, il nostro Paese è al primo posto in Europa per volumi di riciclo di rottami ferrosi. Inoltre, l’impronta carbonica della produzione nazionale di una tonnellata di acciaio è diminuita del 60% dal 1990. La combinazione di acciaio e legno concilia la necessità di sostenibilità, durabilità, resistenza strutturale e versatilità progettuale.

Calcestruzzi circolari: si lavora alla sostenibilità del materiale più importante

La stessa docente ha esposto anche un altro importante ruolo della ricerca nell’innovazione dei materiali, a cominciare dai calcestruzzi circolari. Ha ricordato l’impatto sensibile che ha questo materiale: per realizzare un metro cubo di calcestruzzo si richiedono 300 kg di cemento.

Da qui la necessità di puntare a scelte che riducano drasticamente l’uso di materie prime e che punti alla sostituzione con alternative ottenute dal riciclo. Già oggi i Criteri Ambientali Minimi (CAM) richiedono un contenuto di materie riciclate, ovvero recuperate, ovvero di sottoprodotti, di almeno il 5% sul peso del prodotto, inteso come somma delle tre frazioni.

A questo fine l’ateneo parmense conta su un’attività di ricerca e sperimentazione che ha visto lo sviluppo di diversi progetti per calcestruzzi circolari, impiegando materiali plastici da riciclo per malte e calcestruzzi, oppure la realizzazione di calcestruzzi ecosostenibili contenenti inerti da vetrificazione di rifiuti solidi urbani.

Altri progetti hanno visto l’impiego di rifiuti compositi, oppure rifiuti da filiere locali. «I risultati ottenuti mostrano che, se opportunamente inseriti, alcuni tipi di materiali di scarto nella giusta percentuale possono essere introdotti nei calcestruzzi senza ridurre le prestazioni del materiale», ha sottolineato Bernardi.

Calcestruzzo autoriparante e l’impiego del biochar

Il calcestruzzo è il più importante materiale per le costruzioni. Ogni anno se ne producono 33 miliardi di tonnellate, e il suo volume è destinato ad aumentare in maniera considerevole nei prossimi anni. La sua importanza è assodata, ma lo è anche il suo impatto ambientale: per produrre 1 tonnellata di cemento si emettono circa 800-900 kg di CO₂. Per questo occorrono soluzioni in grado di diminuire efficacemente il suo peso emissivo.

Una via praticata è quella che guarda al calcestruzzo auto-riparante, realizzato da DMAT, deep tech company statunitense con sede italiana, che ha messo a punto una soluzione capace di coniugare prestazioni e finalità green. Una soluzione che guarda al futuro, ma che si ispira al passato, per la precisione dagli antichi Romani, ha spiegato il CEO, Paolo Sabatini e co-autore di un articolo scientifico col MIT di Boston che ha dato avvio alla sperimentazione e allo sviluppo del prodotto. Utile per molti settori, dall’edilizia alle infrastrutture di trasporto, questo calcestruzzo innovativo evidenzia ottime caratteristiche. La sperimentazione che ha avuto svolgimento sull’autostrada N13 in Svizzera, illustrata dal CTO, Paolo Tudori, per il ripristino di un muro a gravità, è un esempio concreto.  I risultati ottenuti hanno visto un forte abbattimento del GWP (-50%), oltre a garantire versatilità e duttilità, oltre a ridurre l’ampiezza delle fessure, mantenendo bassa la permeabilità e garantendo la continuità meccanica.

Sempre sul fronte calcestruzzo c’è anche l’esperienza raccontata da Giuseppe Masanotti, ingegnere civile specializzato in progettazione strutturale e sicurezza, che ha per oggetto il cemento combinato con biochar. Questo prodotto della pirolisi contribuisce a ridurre le emissioni di CO2 associate alla produzione del cemento, sequestrando il carbonio nella sua struttura.

Non solo: «il biochar nel cemento può aumentare la resistenza alla compressione e ridurre la permeabilità del calcestruzzo, oltre a migliorare la resistenza agli agenti aggressivi», ha specificato. Questo materiale troverà una sperimentazione pratica nella futura sede della Levi Montalcini Foundation, a Grugliasco (Torino).

L’attività sul riciclo degli scarti agricoli: il progetto Circbuilt

Sul riciclo è attivo il Certimac, che sta lavorando su materiali e soluzioni bio-based provenienti da risorse rinnovabili o scarti agricoli e forestali. L’interesse è tangibile se si considera che «il valore del mercato europeo nel 2022 era di circa 57 miliardi di euro, con una previsione di crescita annuale del 6-8%», ha ricordato Luca Laghi, direttore tecnico dell’Organismo di Ricerca e Certificazione fondato e partecipato da ENEA e CNR per promuovere l’innovazione nei materiali, nell’energia e in ambito della sostenibilità ambientale.

Lo stesso Laghi ha ricordato che un materiale, per essere utilizzabile in edilizia deve essere testato, validato e certificato e che molti materiali bio-based devono affrontare importanti barriere normative, prestazionali nonché di fiducia e di scalabilità. Per questo è importante il lavoro della ricerca. A questo riguardo, Certimac ha avviato il progetto Circbuilt, un progetto europeo avviato quest’anno, di durata triennale, finanziato da Horizon Europe (con 4 milioni di euro). Esso intende sviluppare una nuova generazione di materiali bio-based per l’edilizia, partendo da scarti lignocellulosici di origine agricola, forestale e agroindustriale. Il progetto mira a sviluppare e validare componenti intermedi: schiume biodegradabili, leganti bio, film adattivi in nanocellulosa e soluzioni finali (pannelli isolanti, pannelli strutturali, film per vetri intelligenti, pannelli acustici per interni).

Il futuro dell’edilizia passa da qui

L’innovazione dei materiali in edilizia potrà contare anche su soluzioni oggi allo studio e che prefigurano elevate performance. Lo ha illustrato Nicola M. Pugno, professore di Scienza delle Costruzioni all’Università di Trento, mettendo in evidenza diverse ipotesi, tra cui l’aerografite, materiale ultraleggero costituito da tetrapodi interconnessi di grafene multistrato.

«Nel futuro dell’edilizia, più che a un materiale, la sfida è legata alla resistenza specifica: si potrebbero realizzare edifici più estremi, magari pensando a un ruolo del grafene, miscelato coi calcestruzzi. Un altro aspetto su cui si dovrà porre attenzione è anche all’efficienza energetica, prendendo spunto dalla natura. Penso, per esempio, ai termitai, ottimo esempio di struttura complessa e ben ventilati, capaci di regolare naturalmente la temperatura», ha concluso il docente.

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