In futuro, potrebbe il cemento, tanto additato, giocare un ruolo chiave per l’ambiente?
La risposta è positiva se si legge del cemento mangia smog, innovazione messa a punto nell’ambito del progetto “Graphene Flagship”.
Il progetto nasce dalla collaborazione tra l’Università di Bologna, il Politecnico di Milano, il Consiglio Nazionale delle Ricerche, il NEST, la società Italcementi HeidelbergCement Group, l’Istituto israeliano di tecnologia (TRDF), l’Università di Tecnologia di Eindhoven (TU/e), l’Università di Cambridge (UCAM) e l’Università Tecnica di Dresda (TUD).
Graphene Flagship rappresenta un’importante iniziativa di ricerca avviata con l’Unione Europea che vede l’impiego di risorse per un miliardo di euro ed ha una durata di circa dieci anni. Obiettivo della ricerca è quello di coordinare la ricerca scientifica sul grafene e su altri materiali bidimensionali al fine di implementare nuove tecnologie nei diversi settori industriali.
Tra i diversi progetti avviati vi è quello, partito nel 2014, nato per sviluppare e migliorare la proprietà disinquinante dei cementi fotocatalitici che prevede l’uso del grafene. Nello specifico si tratta di una nuova miscela in grado di migliorare la fotocatalisi degli inquinanti atmosferici. Vediamo nel dettaglio di cosa si tratta.
Cemento mangia smog: un nuovo nanocomposito di grafene-titania
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: questo è il risultato ottenuto dal team di ricercatori.
Marco Goisis, coordinatore della ricerca di Italcementi, ha sottolineato l’importanza della fotocatalisi: “Abbiamo deciso di accoppiare il grafene con il fotocatalizzatore più usato, biossido di titanio, per incrementare l’azione fotocatalitica. La fotocatalisi è uno dei modi più potenti per disinquinare l’ambiente, perché il processo non consuma i fotocatalizzatori. È una reazione attivata dalla luce solare.”
Xinliang Feng della Technische Universität di Dresda, coinvolto nell’iniziativa Graphene Flagship per lo studio di schiume funzionali e rivestimenti, ha inoltre specificato: “La fotocatalisi in una matrice cementizia, applicata agli edifici, potrebbe avere un grande effetto per ridurre l’inquinamento atmosferico riducendo i NOx e consentendo l’autopulizia delle superfici, il cosiddetto effetto mangia smog. Il grafene potrebbe aiutare a migliorare il comportamento fotocatalitico di catalizzatori come il TiO2 e, allo stesso tempo, migliorare le proprietà meccaniche del cemento”.
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In che modo la miscela cemento mangia smog può essere utilizzata?
Dal CNR (Consiglio Nazionale Ricerche) viene specificato che il nuovo materiale nasce dall’esfoliazione da fase liquida della grafite in presenza di nanoparticelle di biossido di titanio, utilizzando solo acqua e pressione atmosferica. Il nanocomposito di grafene-titania può essere impiegato come rivestimento sulla superficie dei materiali per rimuovere passivamente gli inquinanti dall’aria. Se il rivestimento è applicato al calcestruzzo delle strade o sulle pareti degli edifici, le particelle inquinanti possono essere lavate via dalla pioggia o dal vento oppure pulite manualmente.
Per misurare gli effetti della fotodegradazione, il team ha testato il nuovo fotocatalizzatore al grafene sugli ossidi di azoto e ha registrato un netto miglioramento della degradazione fotocatalitica degli inquinanti rispetto alla fotocatalizzatore standard. È stata anche utilizzata la rodamina B come modello per gli inquinanti organici volatili, poiché la sua struttura molecolare assomiglia molto a quella degli inquinanti emessi dai veicoli, dall’industria e dall’agricoltura.
I ricercatori hanno scoperto che il 40% in più di rodamina B è stato degradato dal nanocomposito addizionato al grafene rispetto al quello con solo biossido di titanio, in acqua sotto irradiazione UV.
Il prodotto è già sul mercato? L’innovativo cemento mangia smog promette davvero bene tuttavia prima che possa essere prodotto su scala commerciale bisognerà studiare metodi più economici per produrre il grafene in serie. Restano inoltre da approfondire le interazioni tra il catalizzatore e il materiale ospite e da studiare la stabilità a lungo termine del fotocatalizzatore nell’ambiente esterno.
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Graphene Flagship: non solo cemento mangia smog
Graphene Flagship ha annunciato il lancio di undici nuovi “Spearhead Projects”, ovvero progetti di punta che vedono l’uso del grafene in applicazioni commerciali che interessano un’ampia gamma di applicazioni che vanno dalla filtrazione dell’acqua al cruscotto dell’auto del futuro, passando per il settore dell’aviazione.
La scelta di continuare ad investire è legata al successo dei primi progetti Spearhead, lanciati nel 2018.
Tra i partner industriali europei della Graphene Flagship, che ha investito 45 milioni di euro negli undici progetti, ci sono Airbus, Fiat-Chrysler Automobiles, Lufthansa Technik, Siemens e ABB, questi cofinanzieranno i progetti con un ulteriore contributo di 47 milioni di euro, dimostrando il loro interesse per lo sviluppo di prodotti basati su grafene.
Jari Kinaret, direttore della Graphene Flagship, ha dichiarato: “I progetti Spearhead sono progetti orientati al mercato e guidati dall’industria che mirano a creare prototipi a TRL 6 o superiore, in settori in cui le tecnologie basate su grafene hanno un vantaggio rispetto ad approcci concorrenti. A partire dall’aprile 2020, questo approccio sarà esteso a circa il 30% dei finanziamenti della Graphene Flagship elargiti dalla Commissione europea. Questo dimostra il nostro fermo impegno a massimizzare l’impatto della Graphene Flagship…ognuna delle undici nuove iniziative sarà guidata da partner industriali di Graphene flagship. Ciò spianerà la strada alla commercializzazione dei prototipi alla fine dei progetti nel 2023. Questi progetti dimostreranno il valore dei lavori scientifici di base svolti finora dagli enti di ricerca partner di Graphene Flagship durante questi primi sei anni del progetto.”
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L’unione fa la forza, recita un vecchio detto. E ci vuole tanta forza per fare ripartire finalmente la filiera del cemento e calcestruzzo italiano, travolto dallo tsunami della crisi economica e da quella che ha colpito il settore delle costruzioni, in particolare, con una violenza inaudita.
Ecco perché proprio il settore cementiero è uno dei primi a dare operatività alla Riforma Pesenti pensata da Confidustria e che mira a un modello di governance che dia più efficienza e maggiore peso ai tavoli di discussione.
Se è vero, come ha rilevato l’Osservatorio congiunturale ANCE, che si intravvedono i primi segnali di ripresa per il martoriato mercato delle costruzioni (leggi l’articolo di Marco Brezza su Ediltecnico.it), diventa essenziale muoversi per tempo in maniera efficace per intercettare il vento della ripresa.
E allora ecco l’ufficialità della nascita della nuova Federbeton, una evoluzione del settore per la filiera del Cemento e Calcestruzzo che mette insieme le magnifiche 7, ossia le associazioni che a vario titolo seguono i diversi ambiti del mercato cementiero in Italia.
Il luogo di nascita della nuova Federbeton è stato Palazzo Italia a EXPO Milano 2015, dove l’assemblea dei soci ha approvato il nuovo statuto e il codice etico con la nomina dei nuovi organi sociali.
La nascita della nuova Federbeton che aggrega la filiera del cemento e calcestruzzo è avvenuta il 15 luglio 2015 a Palazzo Italia di EXPO Milano 2015
Le magnifiche 7 del cemento e del calcestruzzo
Federbeton è tra le prime associazioni ad aver intrapreso il percorso aggregativo dettato dalla recente riforma di Confindustria – sarà pertanto rappresentata nel Consiglio Generale della Confederazione – con la realizzazione di una roadmap che ha previsto la razionalizzazione della rappresentanza attraverso l’aggregazione delle associazioni, l’efficientamento dei servizi e delle risorse, la riorganizzazione della governance federale.
Il settore rappresenta una realtà di circa 3.600 imprese e 50 mila addetti, con un fatturato complessivo che nel 2014 si è attestato intorno ai 12 miliardi di euro (in contrazione del 6% sull’anno precedente) esprimendo a livello nazionale il 5% degli investimenti del settore delle costruzioni.
L’aggregazione in filiera rappresenta oggi una necessità in considerazione dell’attuale situazione congiunturale, in cui la concorrenza non si declina soltanto tra prodotti e materiali ma anche tra filiere produttive.
I prodotti a base cementizia sono peraltro in grado di rispondere con soluzioni sempre più performanti anche sul piano ecologico, secondo le nuove esigenze dettate dalla rigenerazione urbana, dove le aziende associate a Federbeton possono giocare un ruolo di primo piano forti del proprio know how nello sviluppo di sistemi innovativi di prodotto e di processo.
Ed ecco le 7 associazioni al al momento coinvolte nel progetto: come soci ‘ordinari’, Aitec (Associazione Tecnico Economica del Cemento), Atecap (Associazione Tecnico Economica del Calcestruzzo Preconfezionato), Assiad (Associazione Italiana Produttori di Additivi e Prodotti per Calcestruzzo), Conpaviper (Associazioni del Settore delle Pavimentazioni Industriali) e Assoprem (Associazione delle Travi Prefabbricate Reticolari Miste); come soci ‘aggregati’, Sismic (Associazione Tecnica per la Promozione degli Acciai Sismici per il Cemento Armato) e Ucomesa (Associazione delle Aziende Italiane Produttrici di impianti e Macchine da Cantiere).
Alla presidenza della Federazione ‘evoluta’ è stato confermato Sergio Crippa mentre sono stati nominati Vice Presidenti: Giacomo Marazzi, Presidente di Aitec, Andrea Bolondi, Presidente di Atecap, e Dario Bellometti, Presidente di Conpaviper. La Federazione è stata dotata di una struttura organizzativa articolata, sia con apporti di risorse umane dalle principali associazioni aderenti sia con risorse nuove in una logica di aggregazione e condivisione sinergica delle competenze per fornire migliori servizi a tutti gli associati.
Non sono positive le ultime stime sulla produzione di cemento nel nostro Paese e non c’è da stupirsi. Nonostante la buona risposta da parte degli italiani alle agevolazioni fiscali per le ristrutturazioni edilizie, il mercato del cemento in Italia è ancora fermo al palo.
Anzi. Come indicato ieri in un’intervista al Sole 24 Ore da Giacomo Marazzi, presidente rieletto di Aitec, l’associazione italiana tecnico economica del cemento, “non è dalle ristrutturazioni edilizie che può arrivare la riscossa del cemento”.
Per il numero uno di Aitec servirebbe una politica globale di riqualificazione dell’intero patrimonio costruito in Italia che ha ormai per la maggior parte oltre 40 anni. Si tratta, in sostanza, di pensare a una grande politica di demolizione e ricostruzione su cui, però, a oggi sembra difficile credere.
Intanto i numeri del cemento in Italia sono sempre più deprimenti. Il livello di produzione attuale è tornato ai livelli del 1961. Ma se questo dato non fosse già di per sé sufficientemente triste, basta aggiungere che rispetto al 2007 il livello produttivo è sceso a -57%. Dalle oltre 45 milioni di tonnellate di cemento impiegate nel 2007, il dato del 2014 si attesta a oltre la metà: 20,1 milioni di tonnellate.
Questa situazione si è ovviamente riflettuta sul mercato del lavoro. È sempre Marazzi a ricordare che dall’inizio della crisi, l’Italia ha perso per strada 800 aziende produttrici con un taglio degli addetti di 16.000 unità: il 25% della forza lavoro totale impiegata nel settore cementiero.
Qui sotto i dati statistici elaborati da Aitec sul mercato del cemento aggiornati a maggio 2015.
statistiche sull’andamento del mercato del cemento in Italia a maggio 2015 (AITEC). Clicca qui per scaricare la tabella in PDF
Da dove ripartire?
Per il settore del cemento è essenziale agganciare la ripresa (timida ma reale) che si sta concretizzando in questi mesi. Molti indicatori sono positivi, come dimostra l’ottima performance delle macchine da costruzione e movimento terra nel primo trimestre 2015 (approfondisci su Impresedili.it) e come ha confermato anche il direttore del CRESME, Lorenzo Bellicini, in un’intervista al quotidiano per professionisti tecnici Ediltecnico. “I segnali ci sono: il mercato immobiliare ha chiuso il 2014 in crescita e le aspettative del 2015, nonostante il primo trimestre, sono positive; gli appalti di opere pubbliche sono cresciuti del 56% nel 2014; la vendita di macchine movimento terra è in crescita da cinque trimestri”, ha detto Bellicini.
Nel frattempo, è lo stesso Marazzi, ieri a EXPO Milano, ha evidenziare come la ripartenza possa essere raggiunta percorrendo due strade parallele. La prima è quella dell’innovazione tecnologica (il numero uno di Aitec ha citato il cemento mangia smog e quello trasparente, entrambi sviluppati da Italcementi) e della sostenibilità con investimenti onerosi per abbattere le emissioni nocive nella filiera produttiva del cemento.
La seconda è il mercato delle opere pubbliche sui quali si chiede al Governo una politica chiara di sviluppo e di gare limpide e prive di torbidità.
“Oggi abbiamo toccato il fondo”, ha detto Marazzi riferendosi alla situazione di mercato. La speranza per il settore è che non si cominci a scavare.
Pastiglie dei freni al cemento? Bè, non proprio così, ma questa è forse la sintesi che meglio descrive in pochissime parole il Progetto Cobra, che ha preso vita presso il Parco Scientifico Tecnologico Kilometro Rosso, dove lavorano fianco a fianco alcuni dei responsabili di questa ricerca pionieristica: Brembo, leader mondiale nella progettazione, sviluppo e produzione di sistemi frenanti, Italcementi, attraverso il proprio centro tecnico di gruppo – CTG, uno dei gruppi leader al mondo nella produzione di cemento e l’Istituto Mario Negri impegnato nella ricerca biomedica e sull’impatto degli inquinanti su ambiente e salute.
Un quarto partner del Progetto Cobra è CiaoTech S.r.l. di PNO Group, società specializzata nel supporto ai processi di innovazione, di trasferimento tecnologico e di valutazione degli impatti ambientali.
Il Progetto Cobra si sviluppa da alcune riflessioni scientifiche nate in ambiti applicativi differenti che mirano a identificare, validare e industrializzare un sistemo innovativo che possa favorire lo sviluppo di nuovi elementi del sistema frenante, più performanti dal punto di vista ambientale.
Il progetto impegnerà per i prossimi 4 anni 41 ricercatori, di settori e aree di competenza molto diverse tra loro.
Le nuove potenzialità date dalle tecnologie e il talento dei ricercatori impegnati in una costante ricerca di sistemi e materiali innovativi e di minor impatto ambientale hanno così dato origine a questo progetto di sviluppo pre-industriale che identifica in una particolare miscela idraulica, composta anche in parte da materiali innovativi a base di cemento, l’elemento focale per dei sistemi frenanti di nuova generazione.
Il Progetto Cobra in sintesi
Il Progetto vuole sviluppare una nuova tecnologia produttiva e industrializzabile relativa alle pastiglie dei freni basata su un innovativo legante idraulico invece della resina fenolica come accade attualmente, che darà le stesse performance frenanti al sistema a fronte di una auspicata riduzione di utilizzo di energia ed acqua.
Nell’impianto frenante, le pastiglie sono progettate per sopportare le forze frenanti generate dalla pinza e le alte temperature di attrito. Il materiale di attrito delle pastiglie, è generalmente composto da resine fenoliche termoindurenti ed altri componenti di rinforzo e riempimento.
Nel Progetto Cobra le frontiere della ricerca si ampliano ed arricchiscono con l’esperienza dei leader del settore dei sistemi frenanti, del cemento e della ricerca biomedica che, partendo dall’attuale processo di produzione, hanno messo a disposizione le più elevate competenze scientifiche e tecnologiche per realizzare delle nuove pastiglie. L’impiego di un materiale innovativo a base di cemento, consentirà – durante il processo produttivo delle materie prime – una significativa riduzione del consumo di energia da 80 MJ/kg delle resine fenoliche a 6 MJ/kg del cemento, e di consumo di acqua da 150 l/kg delle resine fenoliche ai 3,5 l/kg della miscela cementizia.
Nell’ambito del progetto, verranno inoltre valutati gli aspetti connessi all’impatto ambientale dei vari materiali utilizzati.
Una ricerca pioniera in un settore particolarmente specializzato che grazie alla prossimità ha potuto in questa occasione aprire una riflessione multisettoriale che ha dato modo ad aziende di ambiti profondamente diversi di confrontarsi e dare vita ad una piattaforma di analisi totalmente innovativa.
Questa ricerca, che parte dal rigoroso impegno di tutti i partner a sviluppare tecnologie atte a sostenere e stimolare l’impegno della Comunità Europea nelle politiche di tutela della salute e tutela ambientale, è stato selezionato così dalla Comunità europea per ricevere un contributo di 1,48 ml di euro attraverso il bando LIFE+. Un investimento importante che affianca l’impegno economico dei partner su un costo globale di progetto di 3,8 milioni di euro e che sottolinea la capacità delle nostre imprese di essere esse stesse luoghi di ricerca avanzata ed applicata finalizzata all’industrializzazione.
Nella foto di apertura il Gruppo di ricerca impegnato nel Progetto Cobra
L’ing. Stefano Carozza del Dipartimento di Strutture dell’Università Federico II di Napoli rende disponibili alcuni semplici strumenti software da lui realizzati adatti per i professionisti nel settore dell’acciaio (Sagomario), del cemento armato (Joint Verifier), delle fondazioni (PAT) e della sismica (Spectrum).
Vediamo in dettaglio le caratteristiche dei nuovi software per l’ingegneria che possono essere scaricati gratuitamente da tutti gli utenti registrati a Ingegneri.cc. Ricordiamo che l’iscrizione al sito è gratuita e può essere facilmente effettuata collegandosi a questa pagina.
Sagomario è un database dei profili in acciaio maggiormente utilizzati. Fornisce le caratteristiche geometriche e statiche dei profili, la classe di appartenenza secondo l’Eurocodice 3 e consente l’esportazione in formato DXF dei profili selezionati.
Joint Verifier è uno strumento per la verifica di nodi in cemento armato secondo quando previsto al capitolo 7.4 del DM 14 gennaio 2008. Il software, a partire dalla geometria degli elementi confluenti nel nodo, dalle proprietà meccaniche dei materiali e dalle sollecitazioni esegue le verifiche di resistenza di duttilità del nodo caratterizzando lo stesso come nodo interno o esterno, confinato o non confinato.
Scarica il software Joint Verifier
PAT è un utility per il calcolo del carico limite dei pali di fondazione trivellati. L’algoritmo risolutivo implementato fa riferimento alla metodologia di calcolo delle formule statiche per il carico limite riportate al capitolo 13.1.2 del manuale Fondazioni di Carlo Viggiani edizioni Hevelius. Questa metodologia prevede la scissione del carico limite in un’aliquota di resistenza alla punta (valutata attraverso la formula trinomia nella quale si trascura il terzo termine) e un’aliquota di resistenza laterale (determinata attraverso una legge di attrito alla Mohr-Coulomb). Al termine del calcolo è possibile generare un report riepilogativo stampabile dei dati di input del problema e dei risultati del calcolo.
Scarica il software PAT (verifica pali trivellati)
Spectrum è uno strumento per la generazione e l’esportazione di spettri di risposta sismica in termini di accelerazione e spostamento in accordo con il decreto 14 gennaio 2008. L’individuazione del punto di interesse rispetto al quale determinare gli spettri oltre ad essere possibile attraverso la consueta scelta del comune o delle coordinare geografiche può essere conseguita anche individuando lo stresso sulla mappa del servizio integrato OpenStreetMap.
È cemento ma è trasparente: quella che sembra una contraddizione in termini diventa realtà. Il cemento trasparente, materiale innovativo, espressione di moderne tecnologie applicate al settore delle costruzioni edili, rappresenta il risultato di approfondite ricerche di laboratorio.
Si tratta di un impasto di un premiscelato cementizio con fibre ottiche (filamenti a base di materiale plastico o vetroso che hanno la capacità di trasportare la luce).
Le fibre ottiche assicurano trasparenza al materiale senza farne venire meno le caratteristiche tecniche, oltre alla durabilità e lavorabilità. Il materiale consente di realizzare strutture che nel mentre lasciano passare la luce in entrambe le direzioni, offrono una buona resistenza alla compressione, al pari delle opere realizzate con laterizi tradizionali e non risulta affievolito il potere di isolamento termoacustico e il risparmio energetico. Premesso che si tratta di un materiale innovativo, ha suscitato l’interesse di designer, architetti e arredatori, per la realizzazione di complementi d’arredo, quali rivestimenti, piani di lavoro, lavabi, ecc., mentre da parte dei ricercatori si ipotizzano impieghi di maggiore interesse, per arrivare un giorno ad un utilizzo diffuso.
Gettabile direttamente anche sul luogo di utilizzo, viene commercializzato sotto forma di pannelli prefabbricati di diverse dimensioni, variamente colorati. Si tratta di pannelli caratterizzati da apprezzabili spessori, senza che risulta compromessa la trasparenza.
È un materiale giovane, oggetto di studi e attenzione da parte dei ricercatori, al fine di migliorarne le proprietà, ridurne i costi ed aumentarne gli utilizzi.
i.light di Italcementi
Italcementi ha messo a punto un nuovo cemento trasparente per il Padiglione italiano all’Expo di Shanghai 2010. Si tratta di un materiale frutto della Ricerca Italcementi: legando con un impasto cementizio di nuovissima concezione particolari resine, i.light® consente di realizzare pannelli in grado di fare filtrare la luce ma allo stesso tempo solidi e isolanti. L’impasto ha le caratteristiche e la fluidità necessarie per fissare nei pannelli le resine, consentendo il trasporto ottico della luce e delle immagini senza per questo alterare le caratteristiche di isolamento e di robustezza tipiche del materiale a base cementizia. Nello specifico, si tratta di speciali resine di differenti colori, che i ricercatori Italcementi hanno scoperto essere particolarmente adatte per questo tipo di applicazione. Le resine, reagendo sia con la luce artificiale che con quella naturale, creano una luce calda e morbida all’interno dell’edificio e un’immagine di chiaro nitore all’esterno. Il materiale messo a punto da Italcementi è innovativo perché non contiene fibre ottiche, come i normali cementi trasparenti utilizzati fino ad oggi.
Questa soluzione, senza ricorrere alle più costose fibre ottiche, è quindi particolarmente adatta per una produzione industriale e per un mercato diffuso del “cemento trasparente” e offre un maggiore effetto di luminosità, poiché le resine sono in grado di sfruttare angolazioni di incidenza della luce molto superiori a quelle delle fibre ottiche.
Altra peculiarità del cemento trasparente ideato per Shanghai riguarda la fase di lavorazione. Nonostante la complessità del materiale, questo cemento può essere gettato “in forme” direttamente in cantiere, riducendone fortemente i costi. I pannelli utilizzati a Shanghai hanno una dimensione di 500x1000x50 mm, con un grado di trasparenza pari al 20% della loro superficie. Rispetto alle prestazioni statiche, sulla base di test effettuati in laboratorio, i pannelli trasparenti, in prova di flessione su tre punti, sono in grado di sostenere un carico elastico pari a circa 2 kN; il carico massimo a rottura rilevato è di circa 8 kN. Ogni pannello pesa circa 50 kg.
I pannelli trasparenti si propongono come componenti architettonici con funzioni diversificate e fra loro integrabili, come internal lighting (tecniche di ombreggiamento e diffusione della luce) e isolamento termico (la conducibilità della componente plastica è bassa).
Le caratteristiche del materiale sono oggetto di ulteriori approfondimenti da parte dei ricercatori Italcementi per arrivare ad altre e più avanzate applicazioni del prodotto.
Articolo di Massimiliano Bertoni e Andrea Cantini