Acqua marina, elettricità e CO2: sviluppato un nuovo materiale carbon-negative che può sostituire la sabbia nella produzione di cemento

Acqua di mare, elettricità e anidride carbonica sono tutto quello che serve per produrre il materiale da costruzione che promette di rivoluzionare l’edilizia. Sviluppato dai ricercatori della Northwestern University, il nuovo materiale è un aggregato a emissioni negative, cioè cattura più CO2 di quanta ne emetta in fase di produzione, ed è un ottimo sostituto delle sabbie che vengono attualmente usate per produrre cemento, stucchi e vernici.

Il nuovo aggregato, che viene letteralmente dall’acqua di mare, può catturare una quantità di CO2 pari a metà del suo peso. Gli scienziati, inoltre, hanno scoperto che è possibile controllare nel dettaglio le sue proprietà, dalla composizione chimica alla porosità.

Come trasformare CO2 e acqua di mare in un materiale da costruzione

Mentre il clima della Terra si riscalda, gli scienziati di tutto il mondo stanno esplorando la possibilità di catturare CO2 dall’atmosfera per immagazzinarla in profondità, sott’acqua o nel sottosuolo, in modo da ridurre le emissioni di carbonio che soffocano il pianeta. I diversi metodi di cattura e stoccaggio dell’anidride carbonica, però, non sono ancora in grado di rimuovere quantità sufficienti di CO2 dall’aria.

Così, i ricercatori della Northwestern University hanno deciso di massimizzare il valore delle enormi quantità di anidride carbonica presenti in atmosfera intrappolandola in materiali preziosi che possono essere utilizzati per produrre calcestruzzo, cemento, gesso e vernici.

Questi nuovi materiali, illustrati in uno studio appena pubblicato su Advanced Sustainable Systems, sono realizzati utilizzando acqua di mare, elettricità e ovviamente anidride carbonica. Come spiega Alessandro Rotta Loria, Professore di ingegneria civile e ambientale alla McCormick School of Engineering della Northwestern, che ha guidato lo studio,

“Il cemento, il calcestruzzo, le vernici e gli stucchi sono solitamente composti o derivati da minerali a base di calcio e magnesio, che spesso provengono da aggregati – ciò che chiamiamo sabbia”.

Attualmente, questi aggregati vengono estratti da montagne, letti di fiumi, coste e fondali oceanici. Ma esiste un altro modo per procurarseli senza scavare e consumare la terra. È infatti possibile sfruttare l’elettricità e la CO2 per far crescere materiali simili alla sabbia nell’acqua di mare.

Un procedimento che ricorda la crescita delle conchiglie di coralli e molluschi

Il nuovo studio si regge sulle acquisizioni di precedenti ricerche del laboratorio di Rotta Loria, che si erano concentrate sullo stoccaggio della CO2 nel cemento e sull’uso dell’elettricità per solidificare la sabbia marina, una soluzione promettente soprattutto per difendere le coste dal fenomeno dell’erosione. Nell’ultima ricerca, il team sfrutta le intuizioni di questi progetti iniettando CO2 e applicando l’elettricità all’acqua di mare in laboratorio. Come spiega Rotta Loria,

“Il nostro gruppo di ricerca cerca di sfruttare l’elettricità per innovare i processi edilizi e industriali. E ci piace usare l’acqua di mare perché è una risorsa naturalmente abbondante, a differenza dell’acqua dolce”.

Per produrre il nuovo materiale carbon-negative, gli scienziati hanno inserito degli elettrodi nell’acqua di mare e hanno applicato una debole corrente elettrica, che ha scisso le molecole d’acqua in idrogeno gassoso e ioni idrossido. Con l’elettricità ancora attiva, hanno quindi fatto gorgogliare la CO2 gassosa attraverso l’acqua di mare. Questo processo, spiegano, ha modificato la composizione chimica dell’acqua, aumentando la concentrazione di ioni bicarbonato. Gli ioni idrossido e gli ioni bicarbonato hanno infine reagito con gli altri ioni disciolti, come calcio e magnesio, naturalmente presenti nell’acqua marina, producendo minerali solidi, tra cui il carbonato di calcio e l’idrossido di magnesio.

Rotta Loria paragona il processo di laboratorio alla tecnica utilizzata da coralli e molluschi per formare le loro conchiglie, che sfrutta l’energia metabolica per convertire gli ioni disciolti in carbonato di calcio. I ricercatori hanno semplicemente sostituito l’energia metabolica necessaria per avviare il processo con l’elettricità e hanno potenziato la mineralizzazione con l’iniezione di CO2.

Il cemento del futuro è carbon-negative (e non disturba la vita marina)

Nel corso degli esperimenti, i ricercatori hanno fatto due scoperte importanti: non solo sono riusciti a ottenere un aggregato utile dai minerali naturalmente presenti nell’acqua, ma ne hanno anche modificato la composizione controllando parametri come la tensione elettrica e la durata dell’iniezione di CO2. A seconda delle condizioni, spiegano gli scienziati, si possono ottenere materiali friabili e porosi o più densi e duri, ma sempre composti principalmente da carbonato di calcio e idrossido di magnesio. Come spiega Rotta Loria,

“Abbiamo dimostrato che quando generiamo questi materiali possiamo controllare completamente le loro proprietà, come la composizione chimica, le dimensioni, la forma e la porosità. Questo ci dà una certa flessibilità e ci permette di sviluppare materiali adatti a diverse applicazioni”.

Potrebbero per esempio essere utilizzati nel calcestruzzo in sostituzione di sabbia e ghiaia, che rappresentano il 60-70% di questo onnipresente materiale da costruzione. Oppure potrebbero trovare impiego nella produzione di cemento, intonaco e vernici. L’uso di questi nuovi materiali, infatti, non altererebbe le caratteristiche tecniche fondamentali di cemento e calcestruzzo.

Secondo Rotta Loria, l’industria potrebbe applicare questa tecnica di produzione utilizzando dei reattori modulari in cui far avvenire le reazioni senza disturbare la vita marina.

“Potremmo creare una circolarità per cui sequestriamo la CO2 direttamente alla fonte. E con degli impianti di produzione del cemento vicini alla costa, potremmo usare le acque limitrofe per alimentare reattori dedicati in cui la CO2 è trasformata, tramite elettricità pulita, in materiali da poter utilizzare per una miriade di applicazioni nell’industria delle costruzioni. A quel punto, quei materiali diventerebbero dei veri serbatoi di carbonio”,

conclude il Professore.

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