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: dal bicarbonato…

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.

… alle microalghe

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.

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

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