Bioedilizia e ricerca: materiali naturali, riciclati e solari per gli edifici del futuro

Urgono buone idee da bioedilizia e ricerca per un’edilizia più sostenibile, perché occorre ridurre l’impatto ambientale degli edifici. Nel report dell’UNEP sullo stato degli edifici e delle costruzioni (Global Status Report for Buildings and Construction 2022), si legge che la domanda di energia degli edifici è aumentata di circa il 4% dal 2020 a 135 EJ, il maggiore incremento degli ultimi dieci anni. Le emissioni di CO₂ derivanti dal funzionamento degli edifici hanno raggiunto il massimo storico di circa 10 GtCO₂.

Servono progetti capaci di migliorare la situazione. In questo senso, le soluzioni non mancano: dagli scarti di lavorazione della canna da zucchero è stata realizzata una linea di materiali da costruzioni ad alte prestazioni. Inoltre diverse linee di ricerca stanno mettendo a punto sistemi per ottimizzare e rendere più sostenibile la produzione di cemento.

C’è poi un altro aspetto importante: oltre a rendere più efficienti gli edifici c’è bisogno di produrre più energia. Perché allora non realizzare “mattoni solari” per i futuri BIPV?

Canna da zucchero per l’edilizia, un’idea circolare

La combinazione virtuosa tra bioedilizia e ricerca prende la forma della canna da zucchero, che rappresenta il prodotto vegetale più importante al mondo per volume di produzione. La lavorazione della canna da zucchero per produrre zucchero, genera un quantitativo di prodotti di scarto sufficienti per sostituire completamente cemento o il mattone. Inoltre, la crescita della canna da zucchero fornisce uno dei mezzi di conversione da CO2 a biomassa più rapidi disponibili, fino a 50 volte più efficienti della silvicoltura.

Da questi presupposti è nato il progetto Sugarcrete, avviato da esperti dell’Università di East London, dallo studio di architettura Grimshaw (uno dei pionieri dell’architettura high-tech) e il fornitore mondiale di zucchero Tate & Lyle Sugars. L’obiettivo è creare idee e soluzioni costruttive praticabili per applicazioni nel mondo reale, utilizzando i rifiuti organici come risorsa principale.

Lo scopo del progetto è sviluppare componenti edilizi a bassissimo tenore di carbonio utilizzando i rifiuti organici della canna da zucchero (bagassa), consentendo lo stoccaggio di carbonio biogenico proveniente da piante a crescita rapida nei materiali da costruzione come strategia efficace per ritardare le emissioni di carbonio.

Dalla ricerca congiunta è nato un nuovo materiale, brevettato, realizzato combinando la modellazione digitale avanzata e la fabbricazione robotica. Esso presenta proprietà meccaniche, acustiche, ignifughe e termiche di elevata qualità ed è stato testato secondo gli standard per la resistenza al fuoco, la resistenza alla compressione, conducibilità termica e durabilità. I test hanno mostrato risultati promettenti per l’utilizzo di questo materiale edile per pannelli isolanti, blocchi leggeri e portanti, solette strutturali per solai e tetti.

Inoltre Sugarcrete potrà utilizzato come elemento di copertura per costruire un solaio composito smontabile, riutilizzabile e resistente al fuoco.

Cemento sostenibile: biochar e bicarbonato di sodio per ridurre la CO2

Parlare di bioedilizia e ricerca quando si ha a che fare col cemento sembra quasi un paradosso. Il cemento è altamente impattante: se fosse un Paese, sarebbe il terzo più grande emettitore di gas serra sulla Terra, dietro solo a Cina e Stati Uniti. La sola produzione rappresenta circa il 7% delle emissioni globali di CO₂.

Un team di ricercatori della Washington State University ha sviluppato una formula per un calcestruzzo a emissioni negative e rispettoso dell’ambiente, resistente quasi quanto il composto normale. In un lavoro di prova, descritto in un articolo su Materials Letters, i ricercatori hanno infuso cemento normale con biochar, carbone vegetale ricavato da rifiuti organici, che era stato precedentemente rafforzato con acque reflue di cemento. Il biochar, opportunamente inserito e trattato nella produzione così da aggiungerne fino a quasi un terzo della miscela di cemento, è stato in grado di sottrarre fino al 23% del suo peso in CO₂ dall’aria, pur raggiungendo una forza paragonabile al cemento ordinario.

Sempre in tema di cemento sostenibile, un’altra ricerca, condotta dal MIT di Boston, ha messo a punto un nuovo percorso per il sequestro dell’anidride carbonica, basato su un ingrediente comune: il bicarbonato di sodio. Nei test di laboratorio, il team ha dimostrato che fino al 15% della quantità totale di anidride carbonica associata alla produzione di cemento potrebbe essere mineralizzata durante la produzione e la colata; si tratta di un quantitativo sufficiente per incidere positivamente su una migliore carbon footprint del materiale.

Microalghe: l’alternativa biologica al cemento Portland

C’è poi un altro filone che vede l’impiego di microalghe per produrre un’alternativa al cemento Portland, il più utilizzato. A idearlo e metterlo a punto è una startup statunitense, Prometheus Materials, che ha ricevuto il sostegno di una big tech come Microsoft.

Nata dalla ricerca biotecnologica e ingegneristica condotta presso l’Università del Colorado Boulder, Prometheus Materials utilizza microalghe reperite negli stagni e le coltiva in un bioreattore, aggiungendo aria, acqua di mare e luce a LED. Le alghe creano quindi una sostanza simile al cemento che può fungere da legante nel calcestruzzo.

L’azienda, attualmente in attesa di brevetti per questo processo fotosintetico, ha messo a punto questo metodo che si ispira al processo biologico che crea le barriere coralline. L’approccio biomimetico ha portato alla realizzazione di blocchi con un’elevata resistenza alla compressione. Ciò li rende adatti per applicazioni strutturali e non strutturali. L’azienda, inoltre, segnala che il prodotto finale contiene oggi circa un decimo della CO₂ incorporata dei tradizionali blocchi di cemento.

Materiali naturali e qualità dell’aria indoor: la linea CalceClima di RÖFIX

Accanto alla riduzione del carbonio incorporato, la ricerca sui materiali guarda a ciò che accade all’interno dell’edificio. Trascorrendo gran parte del tempo in ambienti chiusi, il benessere delle persone dipende in misura crescente dalla capacità degli spazi di garantire comfort, salubrità e un corretto equilibrio igrometrico: la qualità dell’aria indoor è così diventata un parametro di progetto al pari del fabbisogno energetico. La gestione dell’umidità, la prevenzione delle muffe e la traspirabilità delle pareti sono i fattori su cui progettisti, imprese e committenti concentrano oggi maggiore attenzione nella scelta dei materiali destinati agli interni.

La linea RÖFIX CalceClima nasce proprio per offrire soluzioni naturali e traspiranti a supporto della bioedilizia e della progettazione sostenibile. Il sistema è basato sulla calce idraulica naturale NHL 5 ed è concepito per favorire la diffusione del vapore acqueo attraverso le murature: una caratteristica che contribuisce a mantenere condizioni ambientali più equilibrate, limitando la formazione di condense superficiali e stabilizzando il microclima interno.

La composizione minerale dei prodotti assicura un’elevata compatibilità con i supporti tradizionali e con i principi della bioedilizia, rendendo la gamma utilizzabile sia nelle nuove costruzioni sia negli interventi di recupero e restauro. La linea comprende intonaci di fondo, rasanti, finiture e soluzioni termoisolanti: tra i prodotti più rappresentativi figurano CalceClima Ambiente, CalceClima Rinzaffo, CalceClima Fino, CalceClima Progetto e CalceClima Thermo, inseriti in un sistema integrato orientato al comfort abitativo e alla durabilità.

L’attenzione alla qualità dell’aria interna e la riduzione dell’impatto ambientale degli edifici sono due obiettivi convergenti: materiali di origine naturale che migliorano il comfort degli ambienti e, allo stesso tempo, sostengono una progettazione più sostenibile, coerente con le esigenze dell’edilizia contemporanea. 

Bioedilizia e ricerca: i mattoni solari per i BIPV

Oltre a ridurre le emissioni è importante anche intervenire sui consumi energetici. Perché allora non puntare non solo all’efficienza, ma alla produzione energetica? L’idea di combinare bioedilizia e ricerca per creare “mattoni solari” è venuta alla società britannica Build Solar. Essa ha progettato un nuovo tipo di mattone di vetro in grado di creare elettricità utilizzando l’energia solare.

Build Solar, spin-out della Exeter University, proprio di recente è risultato uno dei vincitori dell’ultimo round di finanziamento da 19 milioni di sterline dell’Energy Entrepreneurs Fund, schema di finanziamento della Gran Bretagna per lo sviluppo e la dimostrazione di tecnologie, prodotti e processi all’avanguardia nei settori dell’efficienza energetica, della generazione di energia e dello stoccaggio di calore ed elettricità.

La società ha ricevuto questo importante sostegno finanziario per sviluppare il suo “mattone” di vetro che, una volta installato nella parete di un edificio, utilizzerà l’energia solare per generare elettricità. Il suo prodotto si chiama Solar Squared e intende essere un importante elemento per realizzare BIPV – Building Integrated Photovoltaics.

Ecco come si presenta Solar Squared

FAQ bioedilizia e nuovi materiali per l’edilizia

Che cosa si intende per bioedilizia?

Con bioedilizia si indica un approccio alla progettazione e alla costruzione che privilegia materiali a basso impatto ambientale, di origine naturale o riciclata, compatibili con i supporti esistenti e con la salute di chi abita gli spazi. Il concetto integra oggi anche la riduzione del carbonio incorporato, la circolarità dei materiali e la qualità degli ambienti interni.

Quali materiali da costruzione si possono ricavare dagli scarti agricoli?

Il progetto Sugarcrete, sviluppato dall’Università di East London con lo studio Grimshaw e Tate & Lyle Sugars, utilizza la bagassa, lo scarto della lavorazione della canna da zucchero, per produrre componenti edilizi a bassissimo tenore di carbonio. I test hanno dato risultati promettenti per pannelli isolanti, blocchi leggeri e portanti e solette strutturali per solai e coperture.

Perché la produzione di cemento ha un impatto ambientale così elevato?

La sola produzione di cemento vale circa il 7% delle emissioni globali di CO2: se fosse un Paese, il settore sarebbe il terzo emettitore mondiale di gas serra dopo Cina e Stati Uniti. L’impatto deriva soprattutto dalla decarbonatazione del calcare e dall’energia termica necessaria alla cottura del clinker.

Come si può ridurre la carbon footprint del calcestruzzo?

Le linee di ricerca più avanzate agiscono sulla composizione della miscela. La Washington State University ha sperimentato l’aggiunta di biochar trattato con acque reflue di cemento, capace di sottrarre fino al 23% del proprio peso in CO2. Il MIT ha lavorato sulla mineralizzazione dell’anidride carbonica tramite bicarbonato di sodio, mentre la startup Prometheus Materials impiega microalghe come legante alternativo al cemento Portland.

Che cosa sono i BIPV e i “mattoni solari”?

I BIPV (Building Integrated Photovoltaics) sono sistemi fotovoltaici integrati nell’involucro edilizio, che sostituiscono componenti costruttivi svolgendo insieme funzione architettonica ed energetica. I “mattoni solari” ne sono un esempio: il prodotto Solar Squared della britannica Build Solar è un blocco di vetro che, installato in parete, genera elettricità dalla radiazione solare.

Perché gli intonaci a base di calce naturale migliorano la qualità dell’aria indoor?

La calce idraulica naturale realizza sistemi altamente traspiranti, che favoriscono la diffusione del vapore acqueo attraverso le murature. Questo comportamento aiuta a mantenere condizioni igrometriche più equilibrate, limita le condense superficiali e contribuisce a un microclima interno più stabile, riducendo le condizioni che favoriscono la formazione di muffe.

I materiali naturali sono adatti anche agli interventi di recupero?

Sì: la composizione minerale li rende compatibili con i supporti tradizionali, un requisito determinante nel restauro, dove l’impiego di prodotti troppo rigidi o poco permeabili al vapore può generare patologie edilizie. Linee come CalceClima di Rofix sono infatti pensate sia per le nuove costruzioni sia per il recupero e il restauro. 

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