lunedì, Dicembre 5, 2022
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Cosa sono i biomateriali e come vengono utilizzati nell’edilizia sostenibile?

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Bioplastiche, cemento biologico, idrogel…Nuovi materiali (alleati con altri tradizionali come il legno) potrebbero contribuire alla drastica riduzione dell’impatto ambientale nell’edilizia o nelle infrastrutture. Se l’architettura sostenibile è la norma e non l’eccezione dipende in parte da loro.

Le caratteristiche del materiale stesso costituiscono punti che devono essere riconsiderati dai professionisti dell’edilizia, tra cui Distretti Ecologici, azienda in grado di pianificare progetti di design sostenibile.

Secondo il Consiglio internazionale per la ricerca e l’innovazione nell’edilizia e nell’edilizia, questo settore è responsabile tra il 12% e il 16% del consumo di acqua, il 25% del legno raccolto, il 40% dei materiali vergini estratti e il 20-30% delle emissioni di gas serra (GHG). Genera anche il 40% del flusso totale di rifiuti.

In sintonia con la sensibilità sociale ecologica, l’architettura sostenibile avanza e uno dei suoi pilastri è proprio la ricerca e lo sviluppo di biomateriali in alternativa a quelli tradizionali.

Ad esempio, la produzione di una tonnellata di cemento richiede 1,5 tonnellate di roccia calcarea e il consumo di grandi quantità di combustibili fossili, e il suo uso è dominante in diversi tipi di infrastrutture, da quelle urbane all’alta ingegneria come ponti, dighe, porti o viadotti, per fare solo alcuni esempi. Ebbene, ogni anno l’industria del calcestruzzo – il materiale da costruzione più utilizzato al mondo e, dopo l’acqua, il prodotto più consumato del pianeta – utilizza 1,6 trilioni di tonnellate di cemento e un trilione di tonnellate di acqua.

Ma costruire a minor impatto ambientale deve soddisfare diversi requisiti fondamentali: che provenga da risorse naturali e che la sua produzione sia sostenibile, che svolga la sua funzione costruttiva (cioè che sia resistente, sicuro, atossico e durevole) e, una volta terminata la sua vita utile, che possa essere riciclato e aderire all’economia circolare o che sia biodegradabile.

La sfida di sostituire la plastica

Gran parte della ricerca attuale si concentra sulla ricerca di un’alternativa “eco” alla plastica, non solo nel settore delle costruzioni ma in qualsiasi altro, come il cibo, dove il suo uso è massiccio e globale. Da qui la sua capacità inquinante in generale, e in particolare in versioni particolarmente pericolose come le microplastiche presenti nel mare e nella catena alimentare.

Sebbene questo materiale non sia integrato nella struttura degli edifici, è presente in isolamento, rivestimenti, soffitti, finestre e tubi, nonché mobili e oggetti di uso quotidiano delle case. In questo momento si punta molto sulle bioplastiche. Il componente principale della plastica è il carbonio, che fino ad ora è stato estratto da risorse fossili come il petrolio. Ma si può anche ottenere un materiale la cui composizione fondamentale è il carbonio da risorse naturali di origine vegetale, ad esempio mais, canna da zucchero, barbabietole, rifiuti organici.

Tuttavia, come avverte uno studio del 2016, il costo delle bioplastiche è ancora superiore a quello delle plastiche a base petrolchimica, quindi è necessario investire in innovazioni per produrle in modo più economico e quindi abbondante. Alcune semplici tecniche per contrastare questo problema di costo includono l’uso di materie prime a basso costo come i rifiuti agricoli o alimentari, i rifiuti liquidi generati dagli impianti di trattamento delle acque reflue o la frazione organica dei rifiuti urbani.

Per sostituire le plastiche in vari usi, sono già stati sviluppati biocompositi basati su materiali come cellulosa, chitina (parte delle pareti cellulari dei funghi) o chitosano (dai gusci dei crostacei). Questi polisaccaridi sono molto importanti perché stiamo parlando di risorse abbondanti e rinnovabili.

La riscoperta del legno

Ma i biomateriali non devono provenire solo da sofisticati processi tecnologici. Alcuni, come il legno, sono sempre stati lì, anche se è stato in parte messo alle strette dall’architettura moderna e dallo sviluppo di materiali sintetici. Ma alcuni architetti rivendicano il suo ritorno.

Nel 2019, uno studio sul suo utilizzo nelle facciate ha sostenuto che “la produzione di legno come materiale da costruzione coinvolge solo circa il 10% del consumo energetico necessario per produrre una quantità equivalente di acciaio. La sua impronta di carbonio è significativamente inferiore a quella di questo metallo, vetro o cemento”. Poiché gli alberi immagazzinano carbonio nella tessitura del legno, possono sequestrare in modo efficiente la CO2 e contrastare le emissioni associate ad altri materiali. Pertanto, la riforestazione è una delle strategie chiave per raggiungere la neutralità del carbonio come uno dei principali obiettivi degli accordi sul clima.

Il legno è un materiale molto versatile e facile da lavorare. I diversi usi dei compositi in legno si diversificano costantemente per consentire al progettista un maggiore utilizzo di essi. Tra i suoi vantaggi c’è un assemblaggio più veloce, la sensazione di comfort e calore o la versatilità per progettare spazi personalizzati.

Grazie alla sua facilità di lavorazione, dovrebbe posizionarsi come il campione della personalizzazione. I pavimenti realizzati con pannelli impregnati potrebbero immagazzinare energia solare e quindi migliorare l’efficienza energetica degli edifici. L’obiettivo è quello di immagazzinare quanta più fibra possibile negli edifici e trasformare il materiale da costruzione in un pozzo di carbonio. Un altro obiettivo è quello di ottimizzare la durata, che resiste meglio all’umidità e agli sbalzi di temperatura e impedisce che si degradi prematuramente.

Ma la sua produzione deve rispettare le foreste: se ora ci dedicassimo tutti a costruire con il legno, inizieremmo a tagliare tutti gli alberi? Faremmo nuove piantagioni e spenderemmo molta acqua per mantenerle?. La risposta a queste sfide della produzione e della gestione sostenibile è una delle linee di ricerca più importanti.

Il legno, per sua natura biologicamente basata, è l’unico materiale da cui può essere gestito il suo rinnovamento, poiché la riforestazione viene effettuata sulla scala temporale umana, a differenza del rinnovamento delle risorse minerarie o petrolifere che viene effettuato sulla scala temporale della vita sul pianeta. Ma il disboscamento utilizza una vasta area di territorio e questo è il suo principale svantaggio. Per superarlo, la società deve accettare che dedichiamo aree alla crescita degli alberi nello stesso modo in cui dedichiamo le aree agricole a nutrirci.

Cementi e idrogel

Un altro dei campi di ricerca prioritari cerca alternative al cemento, una sfida dovuta al suo uso massiccio come supporto strutturale. Al momento, il calcestruzzo biologico esistente presenta limitazioni in termini di resistenza, duttilità, durata e fessurazioni, sebbene la sua vita utile possa essere più lunga di quella del calcestruzzo classico. Alcuni batteri utilizzati nel bioconcrete sono patogeni e non possono essere applicati direttamente alle strutture domestiche e degli uffici per evitare rischi per la salute. Accentuare i vantaggi e ridurre gli svantaggi è quindi l’obiettivo della scienza.

Gli idrogel (polimeri che si gonfiano quando assorbono l’acqua) emergono anche come nuovi materiali in diverse applicazioni, tra cui l’architettura e il design. Il loro contributo può essere orientato a tre scopi, secondo un articolo del 2018 pubblicato su “Material Studies”: migliorare le prestazioni e la reattività dei componenti dell’edificio, ad esempio vetri e finestre; fungere da struttura ambientale per regolare la temperatura e l’umidità; e nelle facciate vetrate dove permettono la contrazione a bassa temperatura per l’ingresso della luce solare o l’espansione con il calore come una tenda.

D’altra parte, alcuni studi di design si sono specializzati nella ricerca con i biomateriali. È il caso di Modern Meadow (New York), nata come “una collaborazione multidisciplinare tra progettazione, biologia e scienza dei materiali per portare a modi più intelligenti di produrre materiali evoluti, ispirati alla natura e coltivati dagli elementi essenziali della vita: cellule, DNA e proteine”.

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