Gli scienziati di Singapore hanno sviluppato un metodo di stampa 3D del calcestruzzo che permette di immagazzinare l’anidride carbonica nelle costruzioni

L’industria delle costruzioni è alla base del progresso economico delle nazioni di tutto il mondo, ma è anche uno dei settori più critici per quanto riguarda emissioni di gas serra e consumo di risorse naturali. La forte dipendenza dal cemento, in particolare, intrappola il comparto in uno scenario ad altissime emissioni: la produzione di una tonnellata di cemento, oggi, provoca l’emissione di circa 1 tonnellata di CO2 nell’atmosfera, a cui vanno aggiunti altri gas pericolosi come gas nitrosi e metano.

La stampa 3D del cemento è una delle soluzioni più promettenti sulla via di un calcestruzzo a basse emissioni: questa tecnologia si è infatti dimostrata in grado di produrre cemento dalle proprietà migliorate riducendo allo stesso tempo le catene di approvvigionamento e la richiesta di risorse naturali.

Ma il cemento stampato in 3D può assumere un ruolo ancora più rilevante nello sviluppo di un’edilizia a basso impatto ambientale, trasformandosi in un vero e proprio pozzo di carbonio. In un nuovo studio, i ricercatori di Singapore illustrano un metodo di stampa del calcestruzzo che permette di incorporare all’interno del cemento l’anidride carbonica catturata come sottoprodotto dei processi industriali.

Il cemento stampato in 3D per abbattere l’impatto delle costruzioni

Ponti, strade, linee ferroviarie, nuovi edifici che permettono la proliferazione di città in rapido sviluppo: il settore dell’edilizia e delle costruzioni ha un ruolo vitale nel progresso dei popoli e delle nazioni del mondo. Il suo impatto ambientale, però, impone la ricerca di soluzioni che permettano di costruire in maniera più sostenibile. Soltanto la produzione di cemento Portland, il più comune e utilizzato materiale da costruzione al mondo, provoca infatti il rilascio di 1,6 miliardi di tonnellate di anidride carbonica ogni anno, pari al 5-8% delle emissioni globali di CO2 di origine antropica.

Una trasformazione del settore è necessaria, e ricercatori di tutto il mondo sono già da anni al lavoro su nuovi materiali e tecnologie innovative che permettano di ridurre l’impatto ambientale dell’edilizia. In questo contesto, la stampa 3D del calcestruzzo è apparsa sin da subito una delle soluzioni più promettenti.

Secondo uno studio del 2023, il ruolo di questa tecnologia può incidere fino al 5% sulla riduzione dell’utilizzo globale di energia. La stampa 3D del calcestruzzo, inoltre, permette di abbattere l’impronta ambientale del settore spostando la produzione in loco e riducendo la quantità di materie prime necessarie rispetto alle tecniche di costruzione tradizionali – dai mattoni al legno utilizzato per le casseforme.

Le potenzialità del cemento stampato in 3D non si esauriscono qui: secondo gli scienziati della Nanyang Technological University di Singapore, potrebbe essere utilizzato per il sequestro permanente di CO2. Attualmente, spiegano i ricercatori, nel mondo vengono utilizzate ogni anno 30 gigatonnellate di calcestruzzo, e si prevede che la domanda di questo materiale continuerà ad aumentare nei prossimi anni: l’idea di sfruttarlo come deposito di carbonio, quindi, sembra decisamente “un’opzione valida e interessante”.

Gli scienziati della NTUsg sviluppano un metodo per catturare il carbonio nel calcestruzzo

Il calcestruzzo che immagazzina la CO2: lo studio

L’incorporazione di CO2 durante la miscelazione e il dosaggio del calcestruzzo non è una novità assoluta: diversi studi recenti hanno illustrato i possibili vantaggi di quest’approccio, evidenziando che l’aggiunta di anidride carbonica può migliorare le proprietà meccaniche del cemento, in particolare influendo sul suo grado d’idratazione.

Il nuovo metodo di stampaggio, descritto nel dettaglio sulla rivista scientifica Carbon Capture Science & Technology, prevede l’iniezione di vapore e CO2 nel calcestruzzo in miscelazione, che quindi incorpora e immagazzina l’anidride carbonica all’interno della sua struttura.

Questa tecnica di stampa 3D, spiegano gli scienziati, ha ulteriormente migliorato le proprietà meccaniche del calcestruzzo: il materiale è infatti risultato fino al 36,8% più resistente in compressione e fino al 45,3% più resistente in flessione rispetto al normale calcestruzzo stampato in 3D.

Ma quel che è forse più interessante è che il nuovo metodo di produzione permette al cemento di assorbire e trattenere il 38% in più di anidride carbonica rispetto alle tecniche di stampa 3D tradizionali. Come spiega il professor Tan Ming Jen, autore dello studio,

“Il settore delle costruzioni è responsabile di una parte significativa delle emissioni di gas serra a livello globale. Il nuovo sistema di stampa 3D del calcestruzzo offre un’alternativa che consente di ridurre le emissioni di carbonio non soltanto migliorando le proprietà meccaniche del cemento, ma anche contribuendo a ridurre l’impatto ambientale del settore. Dimostra che è possibile utilizzare la CO2 prodotta dalle centrali elettriche e da altre industrie per la stampa 3D del cemento”.

CO2 e vapore: il nuovo metodo di stampa 3D

Per sviluppare il nuovo sistema di stampa 3D del calcestruzzo, il team di ricerca ha collegato la stampante 3D a pompe di CO2 e a un getto di vapore. Mentre la struttura viene stampata, il sistema pompa l’anidride carbonica e il vapore all’interno della miscela: la CO2 reagisce con le componenti del calcestruzzo, assumendo una forma solida che resta intrappolata all’interno del materiale, mentre l’infusione di vapore aumenta il grado di assorbimento della CO2, migliorando le proprietà strutturali del composto.

Oltre a dotare il cemento di una maggiore resistenza, il nuovo metodo di stampa è risultato molto efficiente, facendo registrare un miglioramento del 50% nella stampabilità del materiale.

“Siamo in un momento critico, in cui il mondo sta accelerando gli sforzi per raggiungere gli obiettivi della lotta al cambiamento climatico. Crediamo che la nostra tecnologia possa contribuire a rendere l’industria delle costruzioni più sostenibile”,

afferma Lim Sean Gip, primo autore dello studio.

“Il nostro sistema mostra che catturare la CO2 e utilizzarla nel cemento stampato in 3D può condurre a edifici più solidi e più rispettosi dell’ambiente, facendo avanzare la tecnologia delle costruzioni”,

aggiunge il dottor Daniel Tay, co-autore della ricerca.

Nel prossimo futuro, i ricercatori intendono lavorare sull’efficienza del processo di stampa e sulla possibilità di utilizzare direttamente gas di scarto al posto dell’anidride carbonica pura usata nei test di laboratorio. Nel frattempo, i ricercatori della Nanyang Technological University di Singapore e i loro collaboratori hanno depositato una domanda di brevetto per la nuova tecnologia.

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