Sviluppo e caratterizzazione di leganti innovativi a basso impatto ambientale a base di vetro riciclato e altri materiali di scarto

INTRODUZIONE

Il 2016 è stato un anno, che da una parte ha messo in evidenza sempre di più quelle che sono le problematiche legate al clima, allo sfruttamento delle risorse ambientali e all'impatto che deriva dalle attività umane, ma che dall'altra sembra aver fatto comprendere l'estrema necessità di dover rendere tangibili le possibilità di un mondo più unito e attento alla sopravvivenza universale, offrendo soluzioni più innovative e politiche più attente.

Il 2016 rompe l'ennesimo record: è l'anno più caldo mai registrato dal 1880, anno in cui hanno avuto inizio le misurazioni sistematiche delle temperature. Questi dati sono stati confermati direttamente da NASA1 e NOAA2, che attestano come il 2016, dopo i record del 2014 e del 2015, sia il terzo anno consecutivo durante il quale viene registrato un aumento delle temperature medie globali: che ha superato di 0,87 gradi centigradi la media del periodo compreso tra il 1880 e il 2015, e di 1,1 gradi centigradi la media dei livelli preindustriali del XIX secolo.

Anche il consumo delle risorse ambientali sta raggiungendo livelli davvero preoccupanti andando a rendere sempre più vulnerabili i delicati equilibri su cui si basano gli ecosistemi. Il rapporto "Policy Guidance on Resource Efficiency" elaborato dall'OCSE (Organizzazione per la Coperazione e lo Sviluppo Economico) e presentato il 15 maggio 2016 al G7 dei ministri dell'Ambiente a Toyama, in Giappone, fornisce un quadro politico a sostegno dell'efficienza delle risorse, basato sulla riduzione, sul riuso e sul riciclo (le tre R). Esso chiarisce che sebbene i paesi sviluppati abbiano ridotto il consumo delle materie prime e migliorato la gestione dei rifiuti, occorre ancora ideare e produrre beni che utilizzino meno risorse naturali e producano meno rifiuti. Infatti, per via della domanda sempre maggiore di risorse da parte dei paesi emergenti e di quelli in via di sviluppo, con annessa la rapida crescita della popolazione mondiale, Il consumo di risorse potrebbe raddoppiare nel 2050, provocando grandi ripercussioni sull'ambiente. Le alte temperature e l'estremo consumo di risorse derivano dalle molteplici attività umane, in continuo sviluppo, che non fanno altro che incrementare l'inquinamento e il consumo di C02, che va ad alterare le condizioni ambientali.

Per contro, a partire dagli anni Novanta del Novecento in poi la comunità internazionale sembra essersi resa conto della necessità sempre più urgente di avviare una strategia globale per raggiungere un vero modello di sviluppo sostenibile attraverso politiche organiche volte alla salvaguardia ambientale: è quanto emerso dalle varie Conferenze ONU e dai Vertici mondiali. Ad oggi, lo spiraglio di luce per una soluzione sostenibile intelligente sembra arrivare da parte del Parlamento europeo con la ratifica dell'Accordo sul Clima di Parigi. "L'ultima chance per salvare la Terra", così è stato affermato in occasione della COP22, svoltasi dal 7 al 18 novembre del 2016 a Marrakech. Questi incontri vertono verso innovazione e dedizione per fare in modo che grazie alle nuove tecnologie si velocizzi il passaggio alle energie rinnovabili e si riducano l'inquinamento e le emissioni nocive da parte delle realtà che ne sono responsabili.

A tal proposito, il settore dell'edilizia risulta essere uno dei più influenti in tematica di impatto ambientale. Il 10% dell'economia mondiale, infatti, è incentrata sulla realizzazione di edifici, da cui ne deriva un enorme consumo di energia e di risorse: circa 1/6 del prelievo delle acque dolci mondiale; 1/4 del raccolto globale di legname; 2/5 del flusso totale di materiali e di energia. Costruire è quindi sinonimo di consumo di energia, inquinamento di aria e acqua, utilizzo di materie prime e spesso demolizione senza riuso o il riciclo del bene costruito.

Ad oggi, i materiali più utilizzati nell'ambito delle costruzioni risultano essere i cementi e il calcestruzzo. Tuttavia, l'industria mondiale del cemento si trova di fronte a una serie di problematiche energetiche ed economiche che la obbligano a rivedere urgentemente le proprie strategie di riduzione delle emissioni. Infatti, questo settore, da solo, produce circa il 5% delle emissioni globali di C02: la produzione di una tonnellata di cemento necessita di 1,7 tonnellate di materie prime e comporta l'emissione di 0,8 tonnellate di C02 in atmosfera. Quindi, dopo gli accordi presi alla COP 21 di Parigi, che fissano un obbiettivo di "emissioni zero" per il 2020, è uno dei settori che rischia di più di vedere diminuire propri profitti.

Dunque, in funzione delle esigenze conseguenti all'uso razionale dell'energia e agli squilibri ambientali, l'industria mondiale del cemento sta attraversando una fase di grandi trasformazioni tecnologiche e strutturali, ricercando soluzioni valide ed efficienti. Una di queste consiste nella realizzazione di cementi alternativi, i quali nella loro fase di produzione prevedono l'impiego di scarti o sottoprodotti industriali oppure l'utilizzo di nuovi leganti, come i geopolimeri. Questi ultimi vengono definiti leganti idraulici e sono prodotti a partire da una polvere alluminosilicatica ed un attivatore alcalino. Storicamente il termine "geopolimero" viene ideato da J. Davidovis nel 1978, tuttavia i primi studi risalgono agli inizi della metà del Novecento con le prime considerazioni da parte del ricercatore ucraino V.D. Glukhovsky (1965). Questa nuova classe di materiali, definita anche come cementi alcalini, è risultata essere molto più efficiente in termini di energia e di impatto ambientale rispetto al tradizionale cemento Portland. I geopolimeri, infatti, sono realizzati a partire da scarti di lavorazione di vario genere e prodotti senza dover raggiungere temperature troppo elevate, garantendo in questo modo anche una più rapida esecuzione del processo produttivo.

Lo studio, che verrà affrontato qui di seguito, è incentrato proprio sulla possibilità di proporre un'alternativa sostenibile. In particolare, è stata analizzata un'esperienza specifica, svolta durante l'attività di un percorso di tesi, la quale ha vagliato la possibilità di utilizzare il vetro, inteso come rifiuto urbano, per la produzione di una nuova tipologia di legante, attivato chimicamente e senza l'utilizzo di alte temperature. Questo viene prodotto miscelando vetro, che ha un alto contenuto di silicio, con una soluzione alcalina. La scelta è ricaduta su questo specifico materiale, in quanto il vetro riciclato risulta avere aspetti sostenibili interessanti, che non richiedono grandi quantità di energia e di risorse economiche.

Partendo dalla composizione ottimale ottenuta da questo precedente studio, che è stato riproposto nelle medesime condizioni, si è ipotizzato di andare ad analizzarlo più nel dettaglio e di definirne meglio alcune proprietà. Un'attenzione particolare è stata effettuata alla possibilità del legante di migliorare il proprio comportamento in acqua: a tal proposito sono stati effettuati molteplici mix design con materiali di scarto differenti, ognuno dei quali con proprietà specifiche, ma sempre attivabili con la soluzione alcalina. Durante questo studio è stata eseguita un'ampia mole di lavoro che ha richiesto attenzione e dedizione in ogni sua singola fase, ma che alla fine ha prodotto i suoi frutti. Infatti, l'attività sperimentale, svolta sempre con spirito critico e scientifico, non ha risposto ad un unico obbiettivo, ma ha permesso di confrontare e mettere in luce molteplici considerazioni.