L’industria edile sta attualmente affrontando due grandi sfide: la domanda di infrastrutture sostenibili e la necessità di riparare edifici, ponti e strade in degrado. Sebbene il calcestruzzo sia il materiale di scelta per molti progetti di costruzione, può portare ad un alto tasso di spreco e dispendio energetico. Ora i ricercatori hanno scoperto un materiale da costruzione sostenibile realizzato con il suolo locale, e utilizzando una stampante 3D sono riusciti a creare una struttura portante. I ricercatori hanno presentato i loro risultati al Virtual Meeting & Expo dell’American Chemical Society (ACS) Autunno 2020.
“L’impatto ambientale del settore edile è una questione di crescente preoccupazione”, afferma Sarbajit Banerjee, ricercatore principale del progetto. “Alcuni ricercatori si sono rivolti alla produzione additiva o alla costruzione di strutture strato per strato, che spesso viene eseguita con una stampante 3D. Questo progresso ha iniziato a trasformare questo settore in termini di riduzione degli sprechi, ma i materiali utilizzati nel processo devono essere anche sostenibili”.
Ad esempio, i progetti di costruzione che utilizzano strati estrusi di calcestruzzo hanno evidenziato il potenziale della produzione additiva per strutture edilizie in modo rapido ed economico. Tuttavia, la produzione di calcestruzzo è responsabile di circa il 7% delle emissioni di anidride carbonica e non può essere riciclata.
“Storicamente, gli esseri umani costruivano con materiali di provenienza locale, ma il passaggio al cemento ha sollevato molte questioni ambientali”, afferma Aayushi Bajpayee, uno studente laureato nel laboratorio di Banerjee presso la Texas A&M University. “Il nostro pensiero era di riportare indietro l’orologio e trovare un modo per adattare i materiali dei nostri cortili come potenziale sostituto del calcestruzzo”, ha riferito il ricercatore.
I vantaggi del suolo locale nella costruzione edilizia
Un vantaggio dell’utilizzo del suolo locale nella costruzione è che i materiali non dovrebbero essere fabbricati e trasportati in cantieri, riducendo sia i costi che i danni ambientali. Banerjee e Bajpayee affermano anche che la produzione additiva con il suolo potrebbe un giorno essere utilizzata al di là della Terra, per creare insediamenti sulla Luna o persino su Marte.
Il suolo è tipicamente classificato in base agli strati di materiali che comprende, a partire dallo strato organico superiore dove crescono le piante e termina al substrato roccioso duro della crosta terrestre. Sotto lo strato organico iniziale c’è l’argilla, che conferisce al suolo il suo carattere plastico e modellabile che i ricercatori hanno sfruttato nel loro progetto.
I ricercatori hanno iniziato raccogliendo campioni di terreno dal cortile di un collega e adattando il materiale con un nuovo additivo ecologico in modo che si legasse insieme e venisse facilmente estruso attraverso la stampante 3D. Poiché i suoli variano notevolmente in base alla località, il loro scopo era quello di disporre di un “kit di strumenti” chimici in grado di trasformare qualsiasi tipo di terreno in materiale da costruzione stampabile. Da lì Bajpayee ha costruito strutture di prova su piccola scala, cubi che misurano due pollici su ciascun lato, per vedere come si comportava il materiale quando veniva estruso in strati sovrapposti.
Il passo successivo è stato quello di garantire che la miscela fosse portante, il che significa che resisterà al peso degli strati, ma anche ad altri materiali utilizzati nella costruzione. Per aiutare in questo, i ricercatori hanno rafforzato la miscela di argilla per evitare che assorbisse acqua e si espandesse, il che comprometterebbe la struttura stampata. Con questo metodo, i ricercatori hanno dimostrato che il materiale poteva contenere il doppio del peso della miscela di argilla non modificata.
Successivamente, il team prevede di migliorare le capacità portanti del suolo al fine di aumentare le proprie strutture di prova e avvicinarsi il più possibile a un sostituto del calcestruzzo. Inoltre, stanno raccogliendo dati per vedere se queste strutture stampate in 3D sono rispettose dell’ambiente come immaginano, soprattutto in termini di impronta di carbonio e potenziale di riciclaggio. Una volta che avranno un quadro migliore della chimica, della funzionalità e della fattibilità della costruzione con i terreni locali, hanno in programma di esplorare ulteriormente come questa tecnologia possa essere utilizzata al di là del nostro pianeta.
