Produrre un calcestruzzo migliore
Grazie alla sua resistenza, durata, efficienza, sicurezza e bassa impronta di carbonio, il calcestruzzo è diventato il materiale da costruzione preferito al mondo. Sfortunatamente, poiché le infrastrutture in calcestruzzo includono anche metalli incorporati corrosivi, come l’acciaio, il calcestruzzo stesso è soggetto a fessurazioni e deterioramento, creando in definitiva un rischio per la sicurezza. Recentemente, il calcestruzzo autorigenerante a base di batteri si è rivelato una soluzione promettente al problema delle fessurazioni del calcestruzzo. Tuttavia, l’appetibilità di questa tecnologia sul mercato è limitata a causa della debolezza generale e della fragilità del carbonato di calcio che utilizza. Con il sostegno del finanziamento dell’UE, i ricercatori del Politecnico di Delft e della Cornell University hanno creato Biocrete, il primo calcestruzzo di ispirazione biologica a base di batteri che risponde alle sollecitazioni. «Il vantaggio di Biocrete sta nella sua miscela di sintesi di materiali di ispirazione biologica e nella progettazione di materiali cementizi», afferma Damian Palin, coordinatore del progetto Biocrete e borsista Marie Skłodowska-Curie. «Il risultato è un calcestruzzo che offre un’azione superiore di chiusura delle fessure, migliori prestazioni funzionali e una maggiore durata».
Dalle conchiglie al cemento
Ispirati dalla formazione delle conchiglie, i ricercatori hanno creato Biocrete controllando la formazione di cristalli di calcite (calcare) in gel di agarosio anisotropo. Ciò ha portato allo sviluppo di un materiale composito costituito da agarosio-calcite che offre diverse funzionalità strutturali. Utilizzando una pellicola di agarosio con una rete fibrosa, i ricercatori sono stati in grado di formare dischi compositi di cristalli di calcite orientati parallelamente alle fibre. Per contro, cilindri di gel di agarosio deformati uniassialmente hanno prodotto cristalli a forma di chicco di riso. «Questa entusiasmante aggiunta di una funzionalità di struttura direzionale nei compositi cristallini tramite gel appositamente progettati potrebbe aprire la porta a materiali compositi cristallini con proprietà funzionali di struttura anisotrope», spiega Palin. «Un tale materiale sarebbe particolarmente adatto per applicazioni utilizzate, ad esempio, nell’edilizia, nella fotonica e nello stoccaggio e conversione dell’energia».
Verso un materiale cementizio efficiente sotto il profilo delle risorse
Ampliando la nostra comprensione della formazione di materiali compositi di cristalli di calcite nei sistemi di gel polimerici, il progetto Biocrete ha gettato le basi per ulteriori ricerche sui materiali da costruzione di ispirazione biologica. «Questo lavoro ha rafforzato la nostra comprensione delle modalità con cui la natura forma i suoi tessuti mineralizzati», osserva Palin. «Fornisce inoltre una piattaforma promettente per il controllo razionale dei precipitati minerali indotti dai batteri per applicazioni di calcestruzzo autorigenerante a base di batteri». Per condividere questa conoscenza con la prossima generazione di progettisti, Palin ha sviluppato e tenuto un corso dedicato presso il National College of Art and Design irlandese. Attingendo al lavoro del progetto, il corso ha esposto agli studenti aspetti teorici e pratici di ispirazione biologica attraverso una serie di lezioni, workshop e visite in loco. «Lo scopo di questo corso era incoraggiare la diffusione di una progettazione di ispirazione biologica», aggiunge Palin, il quale attualmente sta continuando la sua ricerca tramite una borsa di studio presso il Trinity College di Dublino. In particolare, sta lavorando allo sviluppo di strategie basate su gel stampate in 3D per il controllo delle proprietà strutturali dei materiali cementizi. «Sono sicuro che questo lavoro si tradurrà in un materiale cementizio efficiente in termini di risorse in grado di soddisfare le stesse esigenze strutturali dei calcestruzzi attuali utilizzando radicalmente meno cemento», conclude Palin. «Tali materiali cementizi potrebbero essere un fattore chiave per permettere all’Europa di raggiungere il suo obiettivo di sostenibilità diventando climaticamente neutra entro il 2050».
Parole chiave
Biocrete, calcestruzzo, materiale cementizio, cemento, edilizia, infrastrutture, costruzione, materiali compositi, sostenibilità, climaticamente neutro
