La produzione di cemento é responsabile del 5% circa delle emissioni di anidride carbonica (CO2) dovute alle attivitá dell´uomo. Per produrre una tonnellata di cemento la quantitá di CO2 emessa é stimata tra 0.8 e 1.1 tonnellate.
Da molti anni si discute della necessitá di ridurre le emissioni di questo gas ormai unanimemente riconosciuto come uno dei maggiori responsabili del surriscaldamento globale del pianeta. L´industria del cemento potrebbe dare un contributo importante, se le nuove tecnologie che hanno cominciato ad affacciarsi nel settore negli ultimi anni saranno impiegate su larga scala. C´é chi la considera una svolta epocale.
La biomimesi (disciplina che studia le caratteristiche degli esseri viventi come modello per il miglioramento di attivitá e tecnologie) é stata il punto di partenza. In natura nei mari piante e animali (coralli, conchiglie) costruiscono il loro scheletro fatto di carbonati usando il magnesio e il calcio presenti in abbondanza nelle acque marine sotto forma di sali disciolti e la CO2 anch´essa presente disciolta nelle acque. Sottraggono quindi anidride carbonica dall´ambiente intrappolandola in un composto solido e stabile. Quello che avviene in natura é stato preso come spunto per la ricerca e lo sviluppo di processi innovativi per produrre cemento, aggregati e altri materiali per edilizia ad impatto zero o addirittura a bilancio negativo di CO2 .
Il principio base su cui si fondano é l´impiego di nuove fonti da cui attingere le materie prime:
– acqua del mare per avere calcio, magnesio;
– emissioni gassose provenienti da centrali elettriche o legate al ciclo dell´acciaio e del carbone. Questi gas normalmente dispersi in atmosfera sono ricchi in CO2 e non solo. Le ceneri leggere derivanti dalla combustione del carbone contengono ad esempio silice, ossido di calcio, minerali ferrosi, anidride solforica, metalli, etc. Proprio quei componenti che con fatica e costi elevati provengono dall´attivitá estrattiva:
– la combinazione in maniera opportuna di questi elementi per produrre in prima istanza materiale calcareo ma anche aggregati e materiali di tipo pozzolanico con proprietá idrauliche, che mimano le caratteristiche del cemento per come lo si conosce oggi;
– processi chimico-fisici integrati, efficienti dal punto di vista energetico e sostenibili economicamente per ottenere il risultato desiderato.
I processi piú interessanti
La societá californiana Calera (www.calera.com ) ha l´ambizioso obiettivo di riuscire a sostituire il Portland con il proprio cemento e i propri materiali. Ha sicuramente sviluppato il processo integrato piú interessante che puó essere modulato in funzione del sito produttivo e delle materie prime disponibili. I suoi punti di forza sono:
– la riduzione di materie prime di origine estrattiva, tramite l´uso di scarti industriali. L´impiego di fumi esausti o ceneri leggere (fly ashes) derivanti dalle centrali a carbone, che hanno un´elevata temperatura e sono ricchi di materiali come silice e calce;
– l´uso di scambiatori di calore per recuperare energia dall´elevata temperatura dei fumi esausti da impiegare nel processo di produzione del cemento
– l´utilizzo dell´acqua di mare (una volta usati magnesio e calcio) per la desalinizzazione, fornendo acqua potabile a costi inferiori degli impianti tradizionali di desalinizzazione.
Calera attualmente produce il materiale inorganico SMC (Supplementary Cementitious Material), che si comporta come ceneri sottili, fumi di silice, etc. , che reagiscono pozzolanicamente con l´idrossido di calcio dando proprietá cementizie. L´obiettivo é quello di sostituire il cemento Portland per la preparazione del calcestruzzo. I primi test di resistenza hanno dato ottimi risultati in confronto al cemento tradizionale. I materiali aggregati prodotti da Calera somigliano a materiale calcareo che puó essere usato in miscela con altri componenti.
L´azienda, consapevole della necessitá di acquisire maggiori dati in relazione alle performance strutturali dei propri materiali, in via cautelativa per ora ne consiglia l´uso per il rifacimento del manto stradale, pavimentazione, applicazioni non-strutturali, marciapiedi etc.
Altri processi industriali innovativi coinvolgono diverse aziende nel mondo.
* La Societá Novacem (www.novacem.com), nata nel 2007, ha messo a punto un processo nel quale si usano silicati di magnesio e ossido di magnesio (MgO) come materie prime. Dal punto di vista chimico si ottiene un prodotto diverso dal tradizionale cemento Portland. Il cemento Novacem contiene circa il 50-80% di MgO e la restante parte é costituita da carbonati di magnesio idrati. Solitamente il contenuto di magnesio come MgO nel Portland é molto inferiore (< del 4-5%). I vantaggi nell´impiego di composti a base di magnesio sono:
– la temperatura di lavorazione di 650?C é di molto inferiore a quella richiesta dal Portland con un notevole risparmio energetico;
– la capacitá di assorbire CO2 durante la fase di raffreddamento e messa in opera;
– l´assorbimento di circa 7 q di CO2 per ogni tonnellata di materiale cementizio prodotto.
L´azienda sta realizzando un impianto pilota con l´obiettivo di portare i suoi prodotti sul mercato entro 3-4 anni. Prodotto in fase di miglioramento, attualmente consigliato per applicazioni di muratura non-strutturale.
* La Societá gallese Cenin (www.cenin.co.uk), che collabora con l´universitá di Cardiff, incardina il proprio innovativo processo integrato sui seguenti punti:
– utilizzo di scarti industriali per ridurre il fabbisogno di materie prime. In particolare di materiale pozzolanico, ceneri leggere e gas esausti derivanti dalle operazioni estrattive in miniera, dalle acciaierie o dalle centrali termiche;
– utilizzo di fonti rinnovabili per il fabbisogno energetico richiesto dalle lavorazioni:
Oiettivo: ridurre l´emissione di CO2 del 75-95%. Attualmente i prodotti commercializzati sono due: Cenin semi-dry product (SDP), fondamentalmente materiale di tipo pozzolanico con proprietá idrauliche. Testato, é adatto per la produzione di calcestruzzo, pavimentazioni e stabilizzazione del suolo; e
Cenin wet cast product (WCP) ideale per miscelazione con calcestruzzi a presa rapida.
* Due giovani societá australiane: la prima usa tecnologie con la calcinazione di ossidi, la seconda l´impiego di cloruro e solfato di magnesio con idrossidi di mg (www.calix.com.au e www.tececo.com.au)
* La Carbon Science (Santa Barbara, CA), la Halifax (Nuova Scozia) e la C12 Energy (Cambridge, USA) sono altre piú recenti societá, che hanno incominciato ad operare nel settore.
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Question time sull´eco-cemento
L´approccio é sicuramente affascinante, soprattutto perché, essendo una tecnologia recente, sono ancora molti i margini di sviluppo e miglioramento. Razionalmente, com´é giusto che sia per ogni novitá, la materia solleva delle domande. Ad alcune é giá possibile rispondere; altre restano ancora aperte.
Domanda. Quello che viene prodotto é cemento uguale a quello tradizionale con la stessa composizione e le stesse specifiche tecniche tali da poterlo impiegare nelle stesse applicazioni del Portland ?
Risposta. Innanzitutto non tutte le societá dichiarano di produrre cemento (termine usato spesso in modo improprio) ma piú in generale materiale per edilizia. Anche quello che é cemento ?in senso stretto?, dal punto di vista chimico, ha una composizione diversa da quella del Portland. Questo peró non vuol dire che le caratteristiche tecniche debbano necessariamente essere inferiori. Gli aspetti strutturali sono, ovviamente, quelli che andranno valutati con maggiore attenzione e richiederanno un certo tempo. Escludendo le strutture portanti peró giá oggi molti di questi materiali possono e hannogiá trovato spazio per applicazioni ed esistono diversi esempi di realizzazioni effettuate. E´ evidente che un prodotto ed una tecnologia appena nati si devono confrontar con qualcosa che esiste e viene usato dai primi del 1800 e non sará quindi facile anche da un punto di vista culturale conquistare quote di mercato. I produttori dell´eco-cemento ne sono consapevoli e loro stessi per il momento consigliano l´impiego dei loro prodotti in una vasta gamma di applicazioni tranne quelle strutturali, almeno sino a quando gli enti regolatori non si saranno pronunciati. Oppure puntano all´impiego in miscela con il Portland.
Domanda. Questi processi sono economicamente sostenibili ?
Risposta. Alcune aziende dichiarano che il loro eco-cemento é concorrenziale con il Portland. Sicuramente la possibilitá di usare fonti rinnovabili per l´energia necessaria alla lavorazione e soprattutto il mercato dei crediti che si potrá aprire per le quote di CO2 potranno fare da volano dal punto di vista economico.