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D'Agata, Bruna

Il guscio di mandorla come aggregato naturale nel termointonaco : sviluppo di prodotto e analisi teorico-sperimentale della prestazione energetico-ambientale.

Rel. Valentina Serra, Roberto Giordano, Marco Dutto. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura per il progetto sostenibile, 2016

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Abstract:

INTRODUZIONE

In un momento di forte interesse per la produzione e lo sviluppo di nuovi materiali da fonti rinnovabili alternative, con il presente studio si è verificato se il residuo agricolo costituito da gusci di mandorla prodotto nelle diverse aree siciliane abbia i requisiti per essere utilizzato come potenziale aggregato naturale all'interno della composizione di un materiale edilizio, quale è l'intonaco termico.

L'applicazione tecnologica alternativa di tale materiale, ha previsto un impiego quasi immediatamente prossimo all'attività di sgusciatura del processo di produzione della mandorla. Tale ipotesi immagina l'utilizzo dei gusci di mandorla, così come si presentano subito dopo il processo di sgusciatura, come aggregato naturale all'interno della composizione di un eco intonaco minerale naturale ad elevato potere isolante. A questo scopo si sono indagate le caratteristiche chimiche-fisiche e prestazionali della materia prima del guscio di mandorla ed effettuata una analisi teorico sperimentale della prestazione energetico-ambientale.

In particolare, la materia prima di questo studio ha incluso l'impiego dei gusci di mandorla (Prunus Amygdalus L.) forniti dall'azienda agricola "Bongiovanni" presso il Comune di Mazzarino, in Provincia di Caltanissetta, Sicilia, Italia.

Le prove in laboratorio condotte durante questa attività di ricerca sperimentale hanno avuto sede sia presso i laboratori del Politecnico di Torino, Dipartimento Energia (DENERG), che nella azienda Vimark S.r.l. sita a Peveragno, (CN).

Al giorno d'oggi, vi è un forte interesse in un utilizzo più efficiente dei residui agricoli e industriali come fonte di prodotti ad alto valore aggiunto. L'utilizzo dei residui agricoli vuol dire garantire processi di produzione sostenibili e puliti che sono economicamente vantaggiosi, nel rispetto dell'ambiente e socialmente utili, ma può anche significare un secondo reddito da piantagione per gli agricoltori.

Uno dei principali obiettivi di questo studio è la ricerca di nuovi precursori, come i residui agricoli che siano economici, accessibili e con un elevato potenziale di valorizzazione, qualità che sono tutte riscontrabili nel guscio della mandorla.

Questo secolo è stato testimone di notevoli successi nel campo della scienza dei materiali attraverso lo sviluppo di bio-compositi. A causa di problemi ambientali e di sostenibilità, lo sviluppo di materiali di origine vegetale ad alte prestazioni è in aumento in tutto il mondo. La crescente domanda di risorse naturali per la produzione di materiali industriali ha ormai raggiunto livelli insostenibili, portando al depauperamento di tali risorse. I vincoli ambientali e le nuove norme sul riciclaggio dei materiali compositi hanno spinto i produttori a sviluppare nuovi materiali da fonti rinnovabili.

L'ampia varietà di ricerche è stata intrapresa al fine di perseguire metodi che siano economici, efficaci e sostenibili, con meno consumo di acqua e di energia, ed inoltre che promuovano la valorizzazione dei rifiuti biodegradabili provenienti da fonti diverse e biotecnologie. Alcuni rifiuti e sottoprodotti provenienti dalla agricoltura possono essere valorizzati come fonti alternative.

I residui agricoli sono ottimi materiali sostitutivi perché abbondanti, diffusi, e nel caso specifico dei gusci di mandorla, sono materiali lignocellulosici poco costosi, rinnovabili e facilmente reperibili che possono essere raccolti su base comunitaria per il riutilizzo.

Le mandorle sono una coltura molto importante per tutte le regioni temperate del mondo. Il guscio di mandorla è ottenuto successivamente alla fase di produzione, di raccolta e di lavorazione della mandorla. Questo residuo industriale dal carattere rinnovabile rappresenta un materiale legnoso che forma lo spesso endocarpo o buccia del frutto del mandorlo. Quando il frutto viene lavorato per ottenere i semi commestibili, i grandi frammenti lignei vengono separati rimanendo disponibili come prodotto di scarto e per i quali non è stato sviluppato un importante uso industriale, in modo che siano normalmente inceneriti o smaltiti senza controllo. I sottoprodotti di lavorazione quali guscio e mallo rappresentano oltre il 50% a secco del peso del frutto di mandorla.

guscio di mandorla conta per il 35-75% del peso totale del frutto. La produzione di mandorle genera milioni di tonnellate di residui legati all'attività agricola, tra questi vi sono i gusci di mandorla, di cui circa 0,8-1.7 milioni di tonnellate sono scartate ogni anno.

Al guscio di mandorla vengono attribuite alcune proprietà ideali che lo rendono particolarmente adatto per specifici processi ad alto valore aggiunto. In veste di residuo agricolo viene comunemente utilizzato dagli agricoltori come combustibile e fertilizzante, generatore di biomassa e foraggi di bovini.

Tuttavia, bruciare i residui agricoli provoca anche problemi ambientali come l'inquinamento dell'aria, l'erosione del suolo, e una diminuzione dell'attività biologica del terreno. Pertanto, l'utilizzo di scarti biologici impedisce non solo l'influenza negativa sulla qualità dell'aria, della salute umana e dell'ambiente, ma è anche economicamente vantaggioso per gli agricoltori.

Nel 2009, la produzione di mandorle in tutto il mondo era di circa 2,31 milioni di tonnellate su un totale di 1,7 milioni di ettari.

Gli Stati Uniti sono il primo produttore mondiale di mandorle, seguito dalla Spagna, Siria, Italia, Iran e Marocco. Secondo la Food and Agriculture Organization, dal 2012 fino al 2013, la Spagna è stata il primo paese europeo ed il secondo nel mondo nella produzione del guscio mandorla, chiaramente anticipato dagli Stati Uniti.

A questo proposito, con il presente studio nasce la proposta di sperimentare un impiego a valore aggiunto del guscio di mandorla in ambito edilizio, con l'obiettivo di poter riciclare il guscio di mandorla, sfruttando in pieno le sue proprietà fisicomeccaniche ed omettendo quante più possibili fasi di lavorazione industriale, facendo così si questo scarto biologico un sottoprodotto utilizzabile in ambito edile anche localmente alle zone di produzione dello stesso, quasi immediatamente dopo il processo di raccolta del frutto.

Il quantitativo di gusci di mandorla impiegato all'interno della malta per il termo intonaco è stato determinato con un criterio specifico. In particolare, sono state realizzate tre varianti del termo intonaco identificato in seguito con il nome "Thermalmond". Le nuove formule sono state sviluppate ed adattate al fine di utilizzare come carica aggregata naturale i gusci di mandorla, presenti in ognuna di queste con percentuali diverse in peso. All'aumento di quest'ultimi ha corrisposto la riduzione dei componenti: calce idraulica naturale e perlite. In relazione alla percentuale di gusci di mandorla impiegata ovvero: 16,7 % 13,16% e 9,14% ogni formulazione è stata siglata rispettivamente: THM_16, THM_13 e THM_9.

I risultati ottenuti mostrano un andamento favorevole dei valori di conduttività termica delle tre formulazioni di intonaco termico sperimentato, in specifico con l'aumento della percentuale in peso dei gusci di mandorla addizionati al composto si registra un abbassamento dei valori di conduttività termica.

Si può affermare dunque, come il guscio di mandorla influisca positivamente sulla conduttività termica del termo intonaco, portando ad un abbassamento dei valori λ di Thermalmod.

I gusci di mandorla dunque, svolgono un ruolo importante ai fini dell'isolamento termico permettendo un miglioramento delle capacità coibentanti del intonaco termico a base di calce idraulica naturale e perlite.

Riducendo al minimo i costi e le fasi del processo di lavorazione per la trasformazione del guscio di mandorla in sottoprodotto, è possibile valorizzarne le proprietà intrinseche e le sue prestazioni in termini di trasmissioni del calore. Per di più, grazie alla presenza di pori e quindi di aria contenuta lungo la sua superficie non si esclude un favorevole contributo in termini di assorbimento acustico.

Relatori: Valentina Serra, Roberto Giordano, Marco Dutto
Soggetti: A Architettura > AD Bioarchitettura
T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TE Tecnologia dei materiali
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura per il progetto sostenibile
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/5005
Capitoli:

INDICE

Ringraziamenti

Introduzione

1.PARTE PRIMA: PROBLEMATICHE AMBIENTALI

1.1.II problema dello smaltimento dei rifiuti agro-industriali

1.2.I residui agricoli

1.2.1.I vantaggi

1.2.2.Gli svantaggi

1.3.I bio-compositi

1.4.I rifiuti agricoli derivanti dal processo di produzione della mandorla

2.PARTE SECONDA: CARATTERISTICHE DELLA MANDORLA, UNO SGUARDO INTRODUTTIVO

2.1.Notizie botaniche

2.2.Distribuzione geografica

3.PARTE TERZA: ANALISI DI ANTERIORITÀ

3.1.Produzione ed evoluzione della mandorla in guscio

3.2.II commercio mondiale attuale della mandorla

3.3.La produzione in Italia oggi

3.4.L'Italia e la California: dinamiche di mercato

3.5.II settore della mandorla in Italia: prezzi e costi di produzione

3.6.La produzione della mandorla con metodo "Biologico"

3.7.Aiuti pubblici a favore della coltivazione della mandorla

4.PARTE QUARTA: DESCRIZIONE DELL'ATTIVITÀ DI PRODUZIONE DELLA MANDORLA

4.1.Esigenze climatiche e di terreno

4.2.Propagazione, Preparazione del terreno e Piantagione

4.3.Impollinazione

4.4.Concimazioni e Lavorazioni del terreno

4.5.Potature

4.6.Irrigazioni

4.7.Il processo di Raccolta

4.8.Caratterizzazione dei residui di lavorazione di mandorle

4.9.Emissioni e controlli

4.10.Avversità

5.PARTE QUINTA: VALUTAZIONE DEL CICLO DI VITA BASATA SULL'USO DI ENERGIA E EMISSIONI DI GAS A EFFETTO SERRA DELLA PRODUZIONE DI MANDORLE IN CALIFORNIA, USA

5.1.Metodo della valutazione del ciclo di vita

5.2.Obiettivi

5.3.Definizione dell'ambito

5.4.Definizione del sistema e dei confini di sistema

5.5.Il ciclo di vita del frutteto e le operazioni del frutteto

5.6.Ulteriori ipotesi per il sistema frutteto

5.7.Risultati preliminari

5.8.Analisi di Scenario

5.9.I processi post-raccolta: operazioni di smallatura e sgusciatura

5.10.I Co-prodotti di trattamento

5.11.Allocazione economica

5.12.L'origine, la raccolta primaria di dati per il frutteto e i processi di post raccolta

5.13.La modellazione dei trasporti per ingressi e uscite dal frutteto

5.14.I modelli per le emissioni in campo

5.15.Risultati e discussione

5.15.1.Risultati senza allocazione di co-prodotto

5.15.2.Risultati con allocazione di co-prodotto

5.16.Discussione

5.17.Politiche attuali in California

6.PARTE SESTA: PRATICHE COLTURALI IN SICILIA: ESITO DI UNO STUDIO DI FATTIBILITÀ

6.1.Irrigazione

6.2.Potatura

6.3.Concimazione

6.4.Effettuazione

6.5.Tipologia Concime

6.6.Aratura

6.7.Smallatura

6.8.Immagazzinamento

7.PARTE SETTIMA: POTENZIALI APPLICAZIONI DEL GUSCIO DI MANDORLA E DI ALTRI SUOI SOTTOPRODOTTI

7.1.Ambito energetico: come combustibile

7.2.Ambito acqua: come adsorbente

7.3.Ambito agricolo: come substrato di coltivazione

7.4.Ambito edilizio

7.4.1.Come materiale isolante: sfuso o come aggregato

7.4.2.Come bio-risorsa in compositi a base di legno: pannello truciolare per elementi di arredo e decorativo

7.5.Conclusione

8.PARTE OTTAVA: UN CASO STUDIO: I GUSCI DI MANDORLA COME

AGGREGATO PER TERMOINTONACI

8.1.L'intonaco: definizione e composizione

8.1.1.Generalità

8.1.2.La composizione delle malte da intonaco premiscelate a secco

8.1.2.1.I leganti per intonaci

8.1.2.1.1.La calce aerea

8.1.2.1.2.La calce idraulica naturale

8.1.2.1.3.II gesso

8.1.2.1.4.I cementi

8.1.2.2.Gli inerti per intonaci

8.1.2.3.L'acqua di miscelazione

8.1.2.4.Gli additivi

8.2.II Termo Intonaco

8.2.1.Generalità

8.2.2.Gli inerti isolanti

8.2.3.Tecniche di realizzazione

8.2.4.La collocazione

9.PARTE NONA: ATTIVITÀ SPERIMENTALE CONDOTTA

9.1.Analisi chimico-fisica del guscio di mandorla

9.2.Gusci di mandorla

9.3.Thermocalce

9.3.1.Calce Idraulica di Wasselonne

9.3.2.Perlite

9.4.Composizione Thermocalce

9.5.Fase di sperimentazione del prodotto Thermalmond

9.6.Analisi e test di laboratorio

9.6.1.Analisi su prodotto in polvere

9.6.2.Analisi delle malte fresche

9.6.3.Analisi delle malte indurite

9.7.Preparazione dei provini per la determinazione della resistenza termica con il metodo della piastra calda

9.8.Metodo di misura della conducibilità termica mediante T ermoflussimetro

9.8.1.Descrizione prove

9.8.2.Risultati delle misure con Termoflussimetro

9.9.Conclusioni

9.9.1.Confronto tra Thermalmond e Thermocalce: risultati ottenuti dalle analisi condotte in laboratorio e dalle misurazioni dei valori di conducibilità termica

9.9.2.Confronto con altri Termointonaci a base vegetale: sughero e scarti vegetali

10.PARTE DECIMA: INTONACO DI FINITURA DECORATIVO

10.1.Fase di sperimentazione dell'intonaco di finitura decorativo

11.ANALISI DI INVENTARIO PER STUDIO LIFE CICLE ASSESSMENT DEL PRODOTTO THERMALMOND

Considerazioni finali

Allegato 1

A.l.l.Informazioni utili per l'analisi di inventario (LCI) del caso studio

A.1.2.Raccolta dati per l'analisi di inventario (LCI)

A.1.3.Dati per l'analisi LCI U.F. THM_16 A.1.4 Dati per l'analisi LCI U.F. THM_13 A.1.5 Dati per l'analisi LCI U.F. THM_9

Allegato 2

A.2.1.Diagramma di flusso del ciclo produttivo del THM_16 A.2.2Diagramma di flusso del ciclo produttivo del THM_13 A.2.3 Diagramma di flusso del ciclo produttivo del THM_9

Bibliografia

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