±ØÓ®ÌåÓý

"Quando la gente mi chiede cosa faccio... la mia risposta è: 'Hai visto I Flintstones?'", afferma Joel Galassini, vicepresidente esecutivo della divisione cemento commerciale di Cemex, un'azienda di materiali edili con sede in Messico.

I Flintstones è un cartone animato statunitense degli anni '60 ambientato in una romanticizzata età della pietra.

La sua risposta scherzosa fa pensare che il settore in cui lavora sia antiquato.

"Mi descrivo come un cartone animato dell'età della pietra, ma ci sono così tante persone che sono i Jetsons", aggiunge.

I Pronipoti erano i personaggi principali di un'altra commedia animata americana (intitolata semplicemente I Pronipoti) degli anni '60, che raccontava di una famiglia in un idealizzato contesto futuro.

Un settore in evoluzione

Proprio dietro le spalle di Galassini, mentre racconta questo aneddoto, si trova il South Lot del Las Vegas Convention Center, stipato fino all'inverosimile di sofisticate attrezzature edili, tecnologie e scoperte scientifiche all'avanguardia, in mostra per il World of Concrete 2024.

Ci è voluto del tempo, ha affermato il vicepresidente di Cemex, ma è convinto che l'industria del calcestruzzo stia facendo passi da gigante verso il futuro.

"Stiamo utilizzando l'intelligenza artificiale in molte delle nostre operazioni, stiamo utilizzando droni e stiamo valutando veicoli autonomi e tutte queste cose... Lo descrivo come i Flintstones ma, in realtà, abbiamo un sacco di cose 'Jetsonian' in corso", ha affermato.

Soluzioni a basse emissioni di carbonio

Che sia spinto da missioni aziendali, normative governative o stipulazioni contrattuali, l'industria del calcestruzzo ha dovuto compiere enormi passi avanti, rapidamente, nella creazione di più prodotti da materiali riciclati con minori emissioni di CO2.

Una macchina per la stampa 3D RIC in mostra al World of Concrete di Las Vegas, Stati Uniti, 2024 (Immagine: Mitchell Keller)

Per soddisfare la domanda dei consumatori e rispettare le disposizioni ambientali, molte aziende hanno riconfigurato il loro processo di produzione del cemento. Il cemento è un ingrediente chiave del calcestruzzo, ma uno dei principali produttori di carbonio al mondo.

Ciò ha comportato un maggiore coinvolgimento della comunità scientifica, che a livello mondiale ha trovato soluzioni a basse emissioni di carbonio per le miscele di cemento, compresi i ricercatori dell'Empa, il Laboratorio federale svizzero per la scienza e la tecnologia dei materiali.

"Le principali innovazioni nei prodotti di cemento e calcestruzzo degli ultimi anni sono state guidate dalla necessità di migliorare la sostenibilità e ridurre le emissioni", ha confermato il dott. Mateusz Wyrzykowski, Group Leader of Concrete Technology presso il Concrete & Asphalt Laboratory dell'Empa.

Tutto, dal grafene, alla canapa, al caffè e a una serie di nuovi sintetici e additivi specializzati, si sta facendo strada nel calcestruzzo e nel cemento. I risultati e l'intento variano, ma la sperimentazione è fondamentale per scoprire prodotti innovativi che possono aiutare a ridurre le emissioni.

“Grazie alla riduzione degli sprechi e all’uso responsabile delle risorse sono stati compiuti progressi significativi�, aggiunge Wyrzykowski.

Uno dei materiali più interessanti per il cemento studiato dall'Empa è il "biochar". Si tratta di un materiale ricco di carbonio creato dalla pirolisi della biomassa; in altre parole, è il bioprodotto del riscaldamento di materiali organici in assenza di ossigeno.

In teoria, derivando da materiali organici, il calcestruzzo realizzato con cemento biochar potrebbe rimuovere il carbonio dall'atmosfera. Attualmente, il biochar è stato utilizzato con successo come forma di isolamento.

Alcuni prodotti sono già presenti sul mercato, ma l'Empa ritiene che, con ulteriori ricerche, sarà presto disponibile una versione più forte e sicura di un additivo per biochar.

Questo nuovo hotel server IT a Heidelberg, in Germania, è considerato il più grande edificio stampato in 3D d'Europa (Immagine: SSV Architekten)

"Il biochar è molto poroso. Assorbe molta acqua, ma anche costosi additivi utilizzati nella produzione di calcestruzzo", ha spiegato Wyrzykowski. "È difficile da gestire e non è nemmeno completamente innocuo".

Secondo l'Empa, la polvere sottile di biochar è problematica per le vie respiratorie umane e comporta un rischio di esplosione.

Pertanto, continuano le indagini per verificare se il materiale può essere trasformato in pellet.

"Questi aggregati leggeri esistono già da altri materiali come l'argilla espansa o la cenere volante", ha detto Wyrzykowski, notando alcuni precedenti. "Il know-how nella gestione di questi materiali è disponibile nell'industria, e questo aumenta le possibilità che il concetto venga messo in pratica".

Rianalisi della produzione di cemento

Tornando a Cemex, Galassini ha affermato che la sua azienda ha realizzato prodotti con meno clinker rispetto al cemento tradizionale e prodotti con ceneri volanti, entrambi fattori che contribuiscono alla riduzione delle emissioni di carbonio.

Ma rianalizzare l'intera produzione di cemento, ha affermato, è importante tanto quanto modificarne la composizione chimica.

"Bruciamo cose diverse nei nostri forni invece del carbone", dice. "Possiamo bruciare prodotti di scarto riciclati. Possiamo bruciare pneumatici, possiamo bruciare combustibile di scarto, possiamo bruciare rifiuti industriali e residenziali... Ne abbiamo alcuni da cui possiamo prendere bestiame, carcasse di mucche e smaltire tutto in modo responsabile e utilizzarlo per alimentare i forni".

Il sistema, sottolinea, non è completamente privo di emissioni, ma queste sono notevolmente ridotte e contribuiscono a ottenere maggiori guadagni, tra cui risparmi sui costi delle fonti di combustibile riciclate.

Gli utenti lavorano con la scheda elettronica di un miscelatore volumetrico Cemen Tech, che aziona il veicolo per miscelare vari materiali per la produzione di calcestruzzo in loco (Immagine: Mitchell Keller)

"Il nostro cementificio di Berlino consuma il 98% di prodotti riciclati", afferma Gassalini, sottolineando che il Paese si è allontanato dallo smaltimento in discarica a metà degli anni 2000. "Prendiamo tutti quei rifiuti, li pellettizziamo e li bruciamo nel forno. Quindi, invece di metterli in discarica e creare metano, che credo sia 30 volte più potente della CO2, possiamo bruciare quei rifiuti, creare cemento e creare un prodotto".

Questo modo di pensare non è isolato: la maggior parte dei principali attori globali ha adottato approcci aggressivi per ridurre le emissioni di carbonio e aumentare la circolarità.

Nel 2023, il gruppo tedesco Heidelberg Materials Group ha lanciato una serie di prodotti a basse emissioni di carbonio e prevede di aprire un impianto di cattura e stoccaggio del carbonio (CSS) presso un cementificio in Norvegia entro la fine del 2024.

"Il nostro progetto CSS presso lo stabilimento norvegese di Brevik è nato come un'idea ambiziosa a metà degli anni 2000", ha affermato un portavoce di Heidelberg.

"I pensieri iniziali sono maturati in uno studio desktop. A dicembre 2020, il governo norvegese ha dato l'approvazione e il supporto finali per la costruzione del primo impianto di cattura del carbonio su scala industriale al mondo presso un cementificio".

Questo progetto prevede la rimozione del carbonio dal sito e il suo stoccaggio in un contenitore sottomarino.

"Una volta operativi, 400.000 tonnellate di CO� all'anno saranno catturate e trasportate via nave a un terminale sulla costa occidentale norvegese", ha spiegato Heidelberg. "Da lì, la CO� liquefatta sarà trasportata tramite conduttura al sito di stoccaggio sotto il Mare del Nord, dove sarà immagazzinata in modo permanente".

Sebbene i metodi di cattura e sequestro del carbonio siano ancora imperfetti, Heidelberg ha sottolineato che si tratta solo di una leva di innovazione sostenibile.

"Continuiamo a decarbonizzare il nostro portafoglio prodotti attraverso misure convenzionali di riduzione del carbonio", ha affermato l'azienda. "Per anni, i nostri team hanno lavorato per ridurre il contenuto di clinker nei nostri prodotti, spostando il portafoglio prodotti e aumentando la quota di combustibili alternativi".

Le macchine aiutano l'innovazione

Mentre il calcestruzzo e il cemento subiscono cambiamenti fisici, anche i macchinari che miscelano e versano la sostanza devono stare al passo con i tempi.

I camion miscelatori volumetrici o mobili non sono una novità, ma i progressi nella tecnologia informatica, nello stoccaggio dei materiali e nella catalogazione dei dati hanno reso questi strumenti, già preziosi, immensamente più efficaci nell'era moderna.

Una casa del prodotto evoBuild (Immagine: Heidelberg Materials Group)

Cemen Tech si definisce il più grande produttore al mondo di soluzioni di dosaggio volumetrico e di miscelazione continua del calcestruzzo ed è presente nel settore della miscelazione volumetrica fin dall'inizio.

Con tutti i materiali di calcestruzzo necessari immagazzinati e miscelati sul camion e in cantiere, i responsabili del progetto vantano risparmi sui trasporti, ma la sofisticata tecnologia dell'unità garantisce anche che gli sprechi siano limitati e che la produzione di calcestruzzo soddisfi le aspettative per il lavoro e il clima.

Zach McQuay, che gestisce la McQuay Construction in Oklahoma, negli Stati Uniti, utilizza una Cemen Tech C-Series e sottolinea l'ordine che una macchina riesce a conferire a un lavoro.

"Ne hai il controllo completo", dice. "È un impianto mobile, quindi non abbiamo tempi di guida. Siamo in grado di caricare tutto il materiale in loco e percorriamo 440 yard (402 m) al giorno con solo tre camion".

McQuay ha stimato che, rispetto all'utilizzo di un impianto di betonaggio fuori sede, un lavoro simile avrebbe richiesto 20 o più camion, oltre al tempo di viaggio e alle operazioni di carico e scarico.

Con un miscelatore volumetrico, dice McQuay, "non produciamo calcestruzzo finché non premiamo 'Avvia'. Otteniamo calcestruzzo fresco su richiesta".

I test dell'aria possono essere effettuati in loco e il miscelatore può creare piccoli lotti alla volta, il che, secondo McQuay, riduce gli sprechi.

"Nel mondo del calcestruzzo preconfezionato, se non superano il test dell'aria, l'intero carico viene scartato", ha spiegato, osservando che i miscelatori volumetrici possono semplicemente creare un nuovo lotto (e apportare modifiche al mix nel frattempo). "Nel mondo volumetrico, se sbagliamo il test dell'aria, avremo meno di mezza carriola da riciclare".

Grazie alla sabbia, alla roccia, all'acqua, ai prodotti chimici e sintetici necessari per produrre il calcestruzzo sul camion, un'interfaccia computerizzata consente agli utenti di gestire la composizione esatta della miscela e di modificarla in base alle esigenze.

"Abbiamo un rapporto acqua/cemento in tempo reale. Abbiamo un tasso di dosaggio in tempo reale dei nostri prodotti chimici. Abbiamo una valutazione in tempo reale della nostra sabbia, roccia e acqua, quindi siamo in grado di comporre uno qualsiasi di questi aspetti in qualsiasi momento durante il progetto", ha aggiunto McQuay.

Una stampante 3D all'esterno del Las Vegas Convention Center durante la fiera World of Concrete del 2024 (Immagine: Mitchell Keller)

La registrazione dei dati crea una rete di informazioni affidabili che i posatori o gli operatori della pavimentazione potrebbero richiamare per lavori simili o in ambienti comparabili.

Altrove, i progressi nell'intelligenza artificiale, nella scansione e stampa 3D e nella tecnologia dei sensori hanno notevolmente aiutato le finitrici e altre macchine incentrate sul calcestruzzo. Una finitrice a cassero scorrevole del Wirtgen Group con sede in Germania ne è un esempio.

"Quando si pavimenta il calcestruzzo con le finitrici a casseforme scorrevoli Wirtgen, è possibile utilizzare varie funzioni automatiche, come il sistema AutoPilot 2.0 o l'inseritore automatico di barre di centraggio", ha affermato l'azienda. "Il sistema di controllo AutoPilot 3D sviluppato da Wirtgen viene utilizzato per un controllo preciso e senza fili delle finitrici a casseforme scorrevoli durante la creazione di tutti i tipi di profili offset e inset.

"La creazione di un modello di dati geodetici da parte di un geometra non è più necessaria. L'installazione e la rimozione di una linea di stringa, come avviene di solito con un sistema di controllo macchina convenzionale, è obsoleta.

“La macchina si muove lungo una linea di corda virtuale con guida di posizionamento satellitare. Sia la regolazione dell'altezza che lo sterzo della macchina sono controllati automaticamente.�

Stampa 3D e calcestruzzo

Uno dei progressi nell'automazione del calcestruzzo più allettanti e visivamente stimolanti è la stampa 3D.

Le macchine per la stampa 3D a estrusione stratificata, che utilizzano un ugello controllato che estrae con precisione uno strato di pasta cementizia, sono state tra le dimostrazioni più apprezzate al World of Concrete.

Le pile di cemento, simili a dentifricio, possono essere costruite tanto in alto quanto lo consente la stampante o l'ambiente circostante; alcune stampanti sono abbastanza grandi da stampare interi edifici.

Una stampante 3D COBOD International, un prodotto con sede in Danimarca, ha completato quello che si dice sia il più grande edificio stampato in 3D d'Europa l'anno scorso a Heidelberg, in Germania. L'edificio è lungo 54 m, largo 11 m e alto 9 m.

La stampante 3D COBOD BOD2 può creare forme geometriche non quadrate oltre a strutture scatolate. La costruzione è iniziata a metà del 2023 e ha richiesto circa 172 ore.

"Ci aspettiamo che le stampanti durino fino a cinque o dieci anni", afferma Philip Lund-Nielsen, co-fondatore di COBOD, notando che la longevità delle macchine sta aumentando. "È acciaio zincato al 90%. La maggior parte dei problemi che i nostri clienti hanno in loco riguarda la scelta dei materiali; una volta che padroneggiano questo aspetto, diventano davvero efficienti".

Mettere tutto insieme

Proprio come il calcestruzzo è un prodotto costituito da elementi particolari che lavorano in sinergia, i leader del settore dovranno continuare a collaborare per far progredire il prodotto.

"Si tratta davvero di lavorare con proprietari, architetti, ingegneri, per garantire che stiamo progettando un pezzo di edificio o marciapiede o pavimentazione correttamente e non esagerando con la progettazione", afferma Galassini. "Guardate il calcestruzzo che viene versato nella maggior parte dei marciapiedi in una città; è una ricetta specificata dalla città.

"Quella ricetta creerà un marciapiede che ha, diciamo, una resistenza di 6.000-8.000 PSI, il che sarebbe simile a una pista di atterraggio di un aeroporto. Quindi posso far atterrare un 747 su un marciapiede che ha bisogno solo di 2.500 PSI di resistenza."

Con tutte queste informazioni e la tecnologia disponibile per affrontare questo esempio di sovraingegneria, Galassini ritiene che sia giunto il momento di trovare soluzioni a lungo termine.

E coloro che non si modernizzano e non contribuiscono a risolvere il problema rischiano di restare indietro.

"Credo", dice Galassini, "che le persone che continuano a innovare e a spingere saranno molto probabilmente i vincitori. A un certo punto, le persone che resistono al cambiamento, si troveranno a un punto di svolta in cui, all'improvviso, non avranno altre scelte, o forse sarà troppo tardi".