La spettroscopia può contribuire a ridurre le emissioni di CO2 del cemento

Alcuni ricercatori del Mit sono riusciti ad osservare in tempo reale le reazioni chimiche di idratazione del cemento attraverso la spettroscopia Raman. Comprendere meglio queste reazioni permette di intervenire sul settore delle costruzioni, migliorandone l’impatto sul’ambiente.

a cura di Tommaso Tautonico

L’8% delle emissioni di anidride carbonica nel mondo sono dovute al cemento nel calcestruzzo. Una delle domande più critiche nel settore delle costruzioni, a cui ancora non si riesce a dare una risposta, è quando e se tramonterà l’era del cemento? Lo studio del Mit “Time-Space-Resolved Chemical Deconvolution of Cementitious Colloidal Systems Using Raman Spectroscopy” è un contributo concreto in tal senso, rivelando per la prima volta le reazioni chimiche in tempo reale di idratazione del cemento. “E’ come se assistessimo per la prima volta al cinema dei fratelli Lumière applicato alla scienza” afferma Franz-Josef Ulm, coautore dello studio e  professore di ingegneria civile e ambientale, nonché direttore di facoltà del MIT Concrete Sustainability Hub. “E’ come il cinema in Technicolor rispetto alle foto in bianco e nero” conclude.

Visualizzare l’idratazione attraverso la spettroscopia Raman

Il mondo di calcestruzzo che ci circonda deve la sua forma e durata alle reazioni chimiche che iniziano quando il normale cemento Portland, mescolato con acqua, si idrata e solidifica.

Il team di ricercatori ha dimostrato che è possibile osservare queste reazioni contribuendo alla scoperta di nuovi modi per rendere il calcestruzzo più sostenibile.

“Con una migliore comprensione della chimica del cemento” dichiara Admir Masic, professore associato di ingegneria civile e Ingegneria ambientale e coautore dello studio, “gli scienziati potrebbero potenzialmente alterare la produzione o cambiare gli ingredienti in modo che il calcestruzzo abbia un impatto minore sulle emissioni o in alternativa aggiungere ingredienti in grado di assorbire attivamente l’anidride carbonica” conclude.

Il ricercatore Hyun-Chae Loh e i suoi colleghi hanno utilizzato la tecnica chiamata microspettroscopia Raman per dare un’occhiata più da vicino alle reazioni chimiche specifiche e dinamiche che si verificano quando l’acqua e il cemento si mescolano. La spettroscopia Raman crea immagini proiettando una luce laser ad alta intensità sul materiale, in grado di misurare intensità e lunghezze d’onda della luce mentre viene dispersa dalle molecole che compongono il materiale.
“Prima di questa tecnica gli scienziati potevano studiare l’idratazione del cemento come se fosse un’istantanea nel tempo” afferma Loh, “mentre questa tecnica ci permette di osservare tutti i cambiamenti chimici in tempo reale”. Ingredienti come il calcio-silicato-idrato, o Csh, uno dei principali leganti nel cemento, è molto difficile da rilevare a causa della sua natura amorfa. “Vedere la sua struttura, distribuzione e come si sviluppa durante il processo di polimerizzazione è stato qualcosa di incredibile da guardare” dichiara Loh.

Costruzioni più sostenibili

Il professor Ulm è convinto che questo studio guiderà i ricercatori nella sperimentazione di nuovi additivi e altri metodi per ridurre le emissioni di gas serra del calcestruzzo. “Piuttosto che pescare a caso, siamo in grado di razionalizzare come si verificano le reazioni e possiamo intervenire chirurgicamente”. Il team utilizzerà la spettroscopia Raman per testare quanto i diversi materiali cementizi catturano l’anidride carbonica.

“Abbiamo la possibilità di seguire la carbonatazione nei materiali cementizi che ci aiuta a capire dove va a finire l’anidride carbonica, quali fasi si formano e come modificarle per poter utilizzare potenzialmente il calcestruzzo come un vero e proprio carbon sink” afferma Masic.

Monitorare quello che avviene a livello chimico, sostengono i ricercatori, è una innovazione fondamentale e avrà la concreta capacità di migliorare il settore delle costruzioni, rendendolo più sostenibile.

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