Grafene in edilizia: il super-materiale combinato al cemento per costruzioni efficienti

A Manchester viene segnalata la prima mondiale dell’impiego nel calcestruzzo del grafene, materiale recente che assicura vantaggi in svariati impieghi. Ecco perché.

Indice degli argomenti:

• Grafene: storia, natura, caratteristiche e pregi
• Grafene in edilizia: Concretene e gli altri cementi nanotech
• Ricerca & sviluppo e grafene: il ruolo del Graphene Flagship e dell’Italia

Di grafene in edilizia se ne parla già da qualche anno. Ma la novità arriva dal Regno Unito: la società di costruzioni Nationwide Engineering di recente ha posato “la prima lastra al mondo di calcestruzzo al grafene” per una palestra presso il Solstice Park di Amesbury, cittadina a 100 km da Londra e a una manciata di chilometri dal sito di Stonehenge. Il nuovo materiale viene presentato come più resistente di circa il 30% rispetto al calcestruzzo standard, riducendo sensibilmente l’uso del materiale. Il prodotto è frutto di un’attività di ricerca e sviluppo tra la società e l’Università di Manchester, dove il grafene è nato.

Torna così a far parlare di sé questo materiale dagli innumerevoli vantaggi, che lo fanno apprezzare in molti impieghi, e che nel settore edile può fornire un contributo notevole grazie alle sue caratteristiche di forza, resistenza e leggerezza.

Grafene: storia, natura, caratteristiche e pregi

La storia del grafene comincia nel 2004 quando viene isolato per la prima volta da Andrej Gejm e Kostantin Novoselov, che vinsero il premio Nobel per la Fisica grazie al loro lavoro di ricerca e di scoperta di questo materiale costituito da una sequenza di atomi di carbonio legati tra loro a formare un sistema bidimensionale. Si può considerare un ‘foglio’ di atomi, con uno spessore pari alla dimensione di un solo atomo.

Il materiale 2D è un milione di volte più sottile di un capello umano, leggerissimo, ma 200 volte più forte dell’acciaio ed è per questo che è applicato in svariati prodotti, dallo sport all’automobilismo, dall’elettronica fino all’impiego del grafene in edilizia. Quest’ultimo comparto è interessato alla possibilità di unire il grafene al cemento per renderlo molto più forte e resistente.

Grafene in edilizia: Concretene e gli altri cementi nanotech

Piccole quantità di grafene fanno parte del nuovo prodotto della Nationwide Engineering, denominato Concretene: rispetto al cemento standard, è circa più forte del 30%, il che si traduce in una minore richiesta di materiale per ottenere le stesse prestazioni strutturali, riducendo l’impronta di carbonio e i costi. Il fatto che sia più forte e resistente rende anche meno necessario l’apporto di rinforzi in acciaio, risparmiando materiale e tempo in cantiere.

Nationwide Engineering stima che un costo aggiuntivo del 5% per Concretene sarà compensato dalla riduzione del materiale per fornire un risparmio complessivo del 10-20% rispetto a un calcestruzzo RC30 standard.

Come nasce Concretene? Il calcestruzzo liquido si trasforma nella sua forma solida attraverso determinate reazioni chimiche. Il grafene agisce come supporto meccanico e come superficie catalizzatrice per la reazione di idratazione iniziale, portando ad un migliore legame su scala microscopica e dando al prodotto finito una migliore forza, durata e resistenza alla corrosione.

Concretene è solo l’ultimo e più recente esempio.

Sempre a proposito di grafene in edilizia, in Spagna Graphenano ha progettato il primo additivo con tecnologia al grafene per cemento e calcestruzzo. Il prodotto è stato presentato lo scorso novembre ed è nato da un accordo di ricerca con l’Universidad de Ciudad Real, specializzata in nanotecnologie.

L’additivo nanotech diventa un elemento di supporto strutturale perché – dichiara Graphenano – aumenta la flessibilità del calcestruzzo fino al 45%. Nelle applicazioni reali, questa caratteristica migliora le prestazioni delle strutture quando si verifica un’attività sismica.

L’additivo non è fatto solo per gli edifici, ma può essere utilizzato in qualsiasi tipo di infrastrutture: ponti, gallerie, dighe, porti, impianti industriali.

Ricerca sviluppo e grafene: il ruolo del Graphene Flagship e dell’Italia

Anche in Italia si è lavorato e si lavora sull’impiego del grafene in edilizia, in particolare unito al cemento. Già nel 2019 Italcementi ha presentato i calcestruzzi intelligenti (smart concrete). Lo studio delle sue proprietà e delle potenziali applicazioni nei laboratori Italcementi è iniziato cinque anni prima, con l’ingresso di Italcementi nel Consorzio Graphene Flagship, una iniziativa di ricerca avviata dall’Unione Europea sullo sviluppo di nuove tecnologie legate ai materiali. Uno degli ultimi prodotti si è focalizzato sulla possibilità di combinare l’eccellente proprietà conduttiva del grafene (migliore del rame e dell’oro) con le potenzialità del calcestruzzo, per la creazione di un composito cementizio elettricamente conduttivo. Diverse le applicazioni possibili, tra queste il suo impiego nel riscaldamento a pavimento o a parete.

Frutto della collaborazione tra ricerca e industria, confluita nel Graphene Flagship è anche quella che vede insieme Università di Bologna, Politecnico di Milano, CNR, NEST, Italcementi HeidelbergCement Group, Istituto israeliano di tecnologia, Università di Tecnologia di Eindhoven e Università di Cambridge. Essi hanno sviluppato un fotocatalizzatore composto da grafene e biossido di titanio in grado di degradare fino al 70% di ossidi di azoto atmosferici (NOx) rispetto alle nanoparticelle di biossido di titanio standard.

Consiglia questo approfondimento ai tuoi amici

Commenta questo approfondimento