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Soluzioni per calcestruzzo a emissioni zero nelle pavimentazioni negli Stati Uniti

Un interessante articolo pubblicato sul MIT CONCRETE SUSTAINABILITY HUB e riguardanti le soluzioni per arrivare a un calcestruzzo a emissioni zero nelle pavimentazioni statunitensi.

 

Calcestruzzo a basse emissioni di carbonio: si può fare

Ormai è noto, e lo riprende anche l'articolo a firma di Hessam Azari Jafari (hessam@mit.edu) su "CSHub Research Brief" Volume 2021, Issue 5: il contributo degli impatti concreti che si possono ottenere alle emissioni globali di gas serra (GHG) migliorando il calcestruzzo stanno ricevendo una maggiore attenzione negli ultimi anni.

Quello che di evidenzia di nuovo è che negli Stati Uniti si stia dedicando particolare attenzione alle pavimentazioni in calcestruzzo, perchè considerate il principale consumatore di cemento dopo gli edifici. Un dato che dover fare riflettere l'intera filiera, che troppo spesso ha sottovalutato l'impatto economico, tecnico e sostenibile di questo settore.

L'autore evidenza come l'adattabilità del calcestruzzo come materiale composito possa consentire numerose possibili soluzioni di riduzione dei gas serra. La realizzazione di tutte queste soluzioni, che riguardano la fase di progettazione, la catena di fornitura concreta e la gestione del fine vita, richiederà però una ricerca continua e significativi investimenti del settore pubblico e privato.

E come riportato di recente anche in un articolo pubblicato su questo portale - Il calcestruzzo può essere reso più ecologico? - l'efficacia di alcune soluzioni, ad esempio, è limitata dagli attuali standard di ingegneria prescrittiva. La sostenibilità passa attraverso le scelte dei professionisti, che però spesso sono restii ad applicare le soluzioni più innovative, anche perchè non sempre la normativa aiuta in tal senso.

L'articolo del MIT CSH spiegherà questi diversi vincoli e le attuali strutture per l'implementazione di pavimentazioni in calcestruzzo a basse emissioni di carbonio, tra cui una struttura che dimostra un percorso verso la neutralità del carbonio nel 2050.

 


Punti chiave dell'articolo

  • Le miscele di calcestruzzo con zero emissioni di carbonio possono essere ottenute entro il 2050 utilizzando i vantaggi simultanei di soluzioni di riduzione, sostituzione, riutilizzo, riciclaggio e sequestro di CO2.
  • Cementi alternativi e strategie di cattura del carbonio possono mitigare circa il 60% delle emissioni di gas a effetto serra tra il 2017 e il 2050 rispetto a uno scenario "invariato".
  • Gli ostacoli tecnici ed economici, così come l'accettazione da parte del mercato, dovrebbero essere presi in considerazione nel lavoro futuro per studiare la fattibilità di queste soluzioni in diverse regioni.

 

Riduzioni delle emissioni di modellazione

Lo studio ovviamente si basa sullo stato del mercato americano, le pratiche in uso, i materiali oggi prescritti. L'ambito di questa analisi rappresenta però l'intero settore delle pavimentazioni statunitensi con un'importante differenziazione a livello statale, e questo da un'idea dell'importanza dello studio fatto.

Gli impatti incorporati considerati includono le emissioni di GHG dalla catena di fornitura della produzione di materiali da costruzione sia per la manutenzione e riparazione che per la ricostruzione. Dopo aver costruito questo modello, i ricercatori hanno quindi definito e implementato varie soluzioni di riduzione dei gas serra per soddisfare la futura domanda di calcestruzzo nel settore delle pavimentazioni (Tabella 1).

Queste soluzioni sono state esaminate attraverso due prospettive: la loro (1) fattibilità e (2) l'attuazione.

La prima prospettiva (Figura 1) mostra come uno scenario ambizioso di riduzione delle emissioni (Tabella 1) potrebbe effettivamente raggiungere la neutralità carbonica nel 2050 attraverso una combinazione di soluzioni.

 

Effectiveness of the proposed ambitious solutions to attain carbon-neutral concrete for pavement application in 2050

Figure 1. Effectiveness of the proposed ambitious solutions to attain carbon-neutral concrete for pavement application in 2050.
(fonte: MIT CSH)

 

Non si può non notare l'importanza in questa scala assunta dall'uso di cementi di miscela, che porta a un contributo più evidente rispetto anche alla riduzione di cemento. Colpisce, perchè finora non visto nelle ricerche nostrane, il contributo che può essere portato dalla voce "optimization", pari al 12% del totale. Una voce importante che coinvolge per il ruolo che possono svolgere da un punto di vista tecnico/culturale i fornitori, in particolare quelli di additivi, e quelli di tecnologie per la produzione.

Anche la voce relativa alla cattura e l'utilizzo del carbonio (CCU) ha un peso ridotto, seppur importante, nell'analisi americana rispetto a quelle nostrane.

La seconda prospettiva (Figura 2) considera le emissioni cumulate tra il 2017 e il 2050 quando sono stati implementati tre diversi scenari (mostrati nella tabella 1).

Pavement system GHG reduction strategies for system solutions under projected and ambitious improvement scenarios

Questi scenari sono uno scenario "invariato" in cui le pratiche del 2017 vengono mantenute per tutto il periodo di analisi; uno scenario proiettato in cui le soluzioni vengono implementate secondo le tendenze previste; e uno scenario ambizioso in cui vengono adottate misure più attive per raggiungere la neutralità del carbonio nel 2050.

Nello scenario ambizioso proposto, sono state prese in considerazione sette diverse soluzioni di riduzione dei gas serra.

Questi includono:

  1. cementi alternativi, come il cemento portland calcare (PLC), insieme a scorie e ceneri volanti;
  2. l'ottimizzazione della progettazione della struttura in calcestruzzo;
  3. migliorare l'impaccamento delle particelle o il contenuto cementizio nel calcestruzzo;
  4. il riutilizzo dei materiali in calcestruzzo;
  5. assorbimento di carbonio mediante diffusione del calcestruzzo demolito a fine vita (EoL);
  6. cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) presso cementifici;
  7. e la cattura e l'utilizzo del carbonio (CCU), in cui il carbonio catturato viene utilizzato per la produzione di aggregati sintetici. Poiché oltre l'80% del peso del calcestruzzo è costituito da aggregati, il calcestruzzo ha il potenziale per diventare un pozzo di carbonio relativamente grande e permanente.

 

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Raggiungere la neutralità del carbonio è possibile, quindi ?

I risultati di questa analisi mostrano che le miscele di calcestruzzo a emissioni zero sono fattibili e che azioni ambiziose possono ridurre significativamente le emissioni di gas a effetto serra dal calcestruzzo utilizzato nel settore delle pavimentazioni statunitensi nei prossimi decenni e con questo livello di adozione, se implementato negli Stati Uniti nel suo insieme, raggiungerebbe la neutralità carbonica nel 2050.

Oltre alle riduzioni di emissioni possibili nel 2050, sono state quantificate anche le riduzioni di emissioni cumulate (vedi Figura 2) ottenibili dagli scenari riportati nella Tabella 1. Nel periodo di analisi 2017-2050, le emissioni di GHG incorporate delle pavimentazioni in calcestruzzo possono essere ridotte rispettivamente del 21% e del 60% nell'ambito degli scenari previsti (Figura 2a) e ambiziosi (Figura 2b). La maggior parte dei risparmi negli scenari di miglioramento previsti e ambiziosi derivano dalle soluzioni nella filiera del cemento e del calcestruzzo (cioè cementi alternativi e riduzione del contenuto cementizio).

 


Obiettivo emissioni zero nel 2050. Dal 2035 non si venderanno più cemento o calcestruzzo in Europa.

“Carbon neutrality” entro il 2050 e  “Fit for 55”entro il 2030. Sono due sfide di cui la filiera non sta cogliendo l’importanza.

Ovvero, parte gran parte della filiera, perchè i produttori di cemento e alcuni, pochissimi, produttori di calcestruzzo e additivi, ne hanno compreso la gravità.

LINK all'articolo


 

Quindi ?

L'articolo ancora una volta si avvicina alle considerazioni più volte espresse su questa testata: sebbene questi risparmi di gas serra siano tecnicamente raggiungibili, richiederanno politiche regionali specifiche per identificare barriere e soluzioni per raggiungere gli obiettivi di neutralità del carbonio.

E si parla quindi dell'uso di CCS, del sostegno per gli investimenti relativi all'uso di fonti di energia alternativa, come potrebbe essere l'idrogeno, In particolare, per realizzare lo scenario carbon neutral, sarà necessario un ampio programma di investimenti, ed ovviamente il progresso accelerato e la più ampia adozione di CCU.

Anche negli Stati Uniti quindi si evidenzia come il calcestruzzo a emissioni zero per un uso diffuso nelle pavimentazioni e negli edifici sia possibile e siano disponibili numerose strategie per realizzarlo: serve però uno sforzo congiunto dell'industria, del mondo accademico e dei governi per fornire l'innovazione, il supporto legislativo e gli investimenti necessari per eliminare gli impatti concreti del calcestruzzo entro il 2050.

 


Credit:

Solutions for Carbon-neutral Concrete in U.S. Pavements