Nel pieno del confronto sulla decarbonizzazione dell’industria pesante, la ricerca prova a intervenire su uno dei materiali più usati e più inquinanti dei cantieri: il cemento. Un gruppo del Worcester Polytechnic Institute (WPI), in Massachusetts, ha presentato un materiale bio-ispirato che ribalta la logica del calcestruzzo tradizionale, passando da fonte di emissioni a possibile strumento di assorbimento della CO₂. Invece di rilasciare anidride carbonica, questo nuovo “mattone” la ingloba nella sua struttura.
Alla base dello studio c’è l’idea di unire chimica dei materiali e processi biologici per generare un elemento da costruzione capace di alleggerire il peso climatico del settore edilizio, senza rinunciare a resistenza e funzionalità.
Dal clinker ai mattoni bio-ispirati: perché serve un cambio di rotta
La produzione di calcestruzzo continua a richiedere enormi quantità di energia e resta tra le principali fonti di emissioni dell’industria. Il nodo critico è la formazione del clinker, il componente base del cemento: servono temperature molto elevate, ottenute tramite combustibili fossili, e la decomposizione del calcare libera altra CO₂ in atmosfera. Un doppio effetto che rende il cemento un materiale pesante sul piano ambientale.
I ricercatori del WPI hanno messo a confronto questi processi con il loro nuovo materiale, battezzato Enzymatic Structural Material (ESM). Secondo le stime, ogni metro cubo di ESM assorbe circa 6,1 chilogrammi di CO₂, mentre la stessa quantità di cemento convenzionale genera in media 330 chilogrammi di emissioni. Il divario è netto e mostra quanto margine esista per ripensare ciò che da oltre un secolo viene usato quasi senza cambiamenti sostanziali.
Il problema, finora, era legato ai limiti dei materiali bio-ispirati già sperimentati. Molti mostrano debolezze in ambienti umidi o costi poco gestibili. Lo stesso gruppo del WPI aveva già lavorato a un composto alternativo che, però, perdeva resistenza in condizioni di elevata umidità, rendendolo poco adatto a un impiego diffuso in edilizia.
Come funziona l’ESM: sabbia, enzimi e carbonato di calcio
L’idea alla base dei nuovi “super bricks” nasce proprio dall’analisi di quella fragilità. I materiali bio-ispirati testati in precedenza si basavano su polimeri idrofili, facili da indebolire in presenza di acqua. Per superare questo limite, il team ha progettato una struttura di supporto idrofoba, capace di resistere meglio ai contatti con l’umidità.
La sabbia viene utilizzata come impalcatura rigida su cui far crescere cristalli di carbonato di calcio, generati grazie a un enzima, la carbonato anidrasi. In pratica, la sabbia offre lo scheletro, mentre il processo biologico costruisce una matrice minerale che ingloba CO₂ nella sua struttura. Il risultato è un materiale compatto e meccanicamente robusto, con un bilancio di anidride carbonica che va nella direzione opposta rispetto al calcestruzzo tradizionale.
Sul piano delle prestazioni, l’ESM raggiunge una resistenza alla compressione di 25,8 megapascal. Il valore è inferiore rispetto a quello dei calcestruzzi strutturali più performanti, ma viene giudicato sufficiente per molte applicazioni: pannelli murari, elementi di copertura leggeri, componenti modulari, blocchi prefabbricati pensati per costruzioni rapide o integrazioni a edifici esistenti.
Un altro punto di forza riguarda i tempi. Mentre il cemento ha bisogno di circa 28 giorni per completare la fase di indurimento, il nuovo materiale si stabilizza in poche ore. Per i cantieri, e in particolare per le ricostruzioni dopo emergenze o calamità, una riduzione così marcata delle attese potrebbe cambiare la gestione delle opere.
Verso l’uso su larga scala: test, riciclo e iniziative del settore
Oltre alla capacità di assorbire anidride carbonica, l’ESM presenta un ulteriore elemento interessante per l’edilizia: può essere riparato o riciclato con maggiore facilità rispetto al calcestruzzo convenzionale. Questo apre la porta a filiere più circolari, con meno rifiuti da smaltire e più materiali recuperabili, in un periodo in cui l’economia delle costruzioni deve confrontarsi con regole ambientali più severe e con la necessità di ridurre scarti ed emissioni.
Prima di vedere questi mattoni bio-ispirati sui mercati, però, serviranno passaggi fondamentali. Il team del WPI dovrà verificare la durabilità del materiale in condizioni climatiche differenti, analizzare nel dettaglio i costi e definire processi produttivi adatti alla scala industriale. Solo dopo questa fase si potrà capire se l’ESM può affiancare o sostituire il cemento in alcune tipologie di opere.
Negli Stati Uniti intanto altre realtà stanno muovendosi in direzioni simili. La startup Sublime Systems sta sviluppando un cemento alternativo a basse emissioni, già scelto da grandi aziende come Microsoft per progetti mirati alla riduzione delle emissioni di anidride carbonica legate alle costruzioni.
Anche le organizzazioni di categoria stanno spingendo verso cambiamenti strutturali: l’American Cement Association, per esempio, ha definito una roadmap che punta alla neutralità climatica entro il 2050, basata su maggiore efficienza, nuovi materiali e uso esteso di fonti energetiche rinnovabili.
In questo contesto, soluzioni come l’Enzymatic Structural Material mostrano come la combinazione di biologia, chimica dei materiali e ingegneria possa ridefinire il modo in cui si progettano gli edifici, trasformando i blocchi da costruzione in strumenti attivi nella riduzione delle emissioni di CO₂.
