Entro il 2050 il numero di persone che vivono in aree urbane passerà da poco più del 50% attuale ai due terzi della popolazione mondiale. In particolare, la grande maggioranza di questi nuovi “cittadini” sarà concentrata in Asia e Africa. Per far fronte alle esigenze imposte da questo forte incremento dell’urbanizzazione – in particolare per la costruzione di infrastrutture e unità abitative adeguate – ci si aspetta una forte espansione del mercato dei materiali da costruzione all’interno di queste aree geografiche. Si tratta di un processo non privo di ricadute sul piano ambientale, che spinge la comunità scientifica a proporre soluzioni per uno sviluppo sostenibile. A Padova, in particolare, si guarda all’Africa.

Materiali da costruzione come il calcestruzzo sono essenziali per lo sviluppo della società. Basti pensare che, con una produzione annua di oltre venti miliardi di tonnellate, il calcestruzzo è in assoluto il materiale più prodotto. La produzione di calcestruzzo e, in generale, di materiali a base di cemento, è relativamente poco impattante in termini di intensità di emissioni di anidride carbonica. Infatti, le emissioni di anidride carbonica per unità di volume prodotta sono significativamente inferiori a quelle di altri materiali come acciaio, plastiche e legname. Tuttavia, gli enormi volumi prodotti fanno sì che la produzione di calcestruzzo sia responsabile di circa l’8% del totale delle emissioni di anidride carbonica antropogeniche.

Diverse alternative al comune cemento Portland sono al vaglio della comunità scientifica internazionale per far fronte a questa situazione, considerando che, nonostante la produzione di materiali cementizi nella maggior parte dei paesi industrializzati sia in calo, si prospetta come si è detto che il fabbisogno di cemento e calcestruzzo nelle economie emergenti aumenti nei prossimi decenni.

Prendendo atto del contesto sociopolitico ed economico, al Centro interdipartimentale di ricerca per lo studio dei materiali cementizi e dei leganti idraulici (CIRCe) dell’università di Padova si stanno studiando leganti cementizi dedicati, in maniera specifica, allo sviluppo sostenibile del continente africano. In particolare, sono in fase di analisi leganti cementizi a base di argilla, materia prima abbondantemente diffusa in Africa, come alternativa eco-sostenibile al cemento Portland. L’idea di base è quella di sostituire integralmente la roccia calcarea, che rappresenta la materia prima di base del cemento Portland, con materiali argillosi.

Il trattamento termico necessario a produrre il clinker, costituente principale del cemento Portland, viene eseguito a una temperatura di 1450 °C e comporta in media la formazione di 842 chilogrammi di anidride carbonica per tonnellata di clinker prodotto. L’utilizzo di combustibili fossili incide per il 40% sulle emissioni totali, mentre il restante 60% è imputabile alla decomposizione della roccia calcarea in ossido di calcio e anidride carbonica.

Produzione mondiale di cemento Portland. Rielaborata da: Mohammed S. Imbabi, Collette Carrigan, Sean McKenna. Trends and developments in green cement and concrete technology. International Journal of Sustainable Built Environment 1 (2012)

Il trattamento termico dell’argilla, necessario a renderla reattiva, avviene a temperature molto più basse (700-800 °C) e rilascia unicamente vapore acqueo. Ciò consentirebbe di ridurre sensibilmente le emissioni di anidride carbonica associate alla produzione di cemento.

Studi preliminari sono stati effettuati su terreni lateritici provenienti dal Camerun, trattati mediante attivazione alcalina. Le lateriti sono terreni molto diffusi nelle aree tropicali, caratterizzate da una tipica colorazione rossa, composte principalmente da argille caolinitiche, quarzo e ossidi e idrossidi di ferro (che conferiscono il colore rosso). L’attivazione alcalina è necessaria a indurre una serie di reazioni chimiche che inducono la formazione di un materiale con proprietà idrauliche che, analogamente al cemento Portland, possiede la proprietà di fare presa e indurire in presenza di acqua.

Le analisi effettuate hanno mostrato che, opportunamente formulati, questi materiali possiedono proprietà meccaniche paragonabili a quelle del cemento Portland. Sono attualmente in corso ulteriori indagini per testarne la lavorabilità allo stato fresco (ovvero, prima che avvenga la presa) e la durabilità, ovvero la resistenza nel tempo al degrado dovuto agli agenti atmosferici.

Sono state avviate, o sono in corso di definizione, collaborazioni con istituzioni scientifiche e ricercatori di paesi quali Tunisia, Marocco e Ghana. Il centro CIRCe inoltre sarà rappresentato anche presso la conferenza che si terrà a fine gennaio a Nairobi, dove oltre che di sviluppo sostenibile del continente africano, si discuterà, tra gli altri temi, di tecniche innovative di ricerca e didattica, e parità di genere.