Il settore edile è responsabile del 37% delle emissioni globali di CO2. Anche per questa ragione, ricercatori e operatori del settore negli ultimi anni hanno cercato di trovare soluzioni più sostenibili con il fine di ridurre l’impatto l’ambientale del settore.
L’ultima promettente soluzione è stata sviluppata dai ricercatori dell’Università della California di Los Angeles: il metodo zeroCal capace di eliminare quasi del tutto le emissioni di CO2 dalla produzione del cemento.
Il cemento ZeroCAL: 98% di emissioni di CO2 in meno
Secondo gli ultimi aggiornamenti del Global Buildings Climate Tracker (GBCT), la domanda di energia e le emissioni legate al settore delle costruzioni rappresenterebbero ancora oltre un quinto delle emissioni globali.
Diversi sono stati gli sforzi e i tentativi di decarbonizzare e rendere più sostenibile il settore come il calcestruzzo senza cemento e il biocemento. L’ultima innovazione arriva da un gruppo di ricercatori dell’Università della California di Los Angeles, che hanno tentato di trovare soluzione ad uno degli processi più inquinanti del settore: la produzione di cemento.
Dopo più di un decennio di lavoro, il team dell’UCLA ha inventato un modo per produrre cemento con il 98% di emissioni di CO2 in meno rispetto ai metodi tradizionali. Il metodo ZeroCAL (abbreviazione di zero carbon lime), ottiene questo risultato decomponendo il calcare – la materia prima fondamentale per la produzione del cemento – per ottenere l’ossido di calcio, detto anche calce, senza rilasciare anidride carbonica nel processo.
Come funziona il metodo ZeroCAL
Abbiamo anticipato che la produzione di cemento è responsabile della maggiore produzione di CO2 nel settore edile. Questo perché produrre una tonnellata di cemento comporta grosso modo l’emissione in atmosfera di una tonnellata di CO2.
Ciò che produce maggiormente CO2 è il processo di riscaldamento del calcare in un forno per la produzione di calce. Il metodo ZeroCAL invece salta proprio questo processo di riscaldamento del calcare, basandosi invece sulla dissoluzione della roccia sedimentaria in una soluzione acquosa contenente un comune acido industriale.
Il calcio viene successivamente separato tramite nanofiltrazione a membrana. Infine, viene eseguito un processo elettrochimico per produrre idrossido di calcio, un precursore a zero emissioni di carbonio per la produzione di cemento e calce. Il processo produce come sottoprodotti solo acido cloridrico e bicarbonato di sodio, oltre ad ossigeno e idrogeno. L’idrogeno in particolare potrebbe essere usato nuovamente come combustibile pulito per riscaldare i forni del cemento.
Vantaggi e svantaggi
Sebbene il metodo ZeroCAL sia molto promettente, il processo deve essere ancora perfezionato. Allo stato attuale è ancora molto costoso da produrre e richiede molta acqua e più energia rispetto ai metodi tradizionali. Ciò potrebbe essere in parte compensato dallo sfruttamento di energia da fonte rinnovabile.
Il team di ricercatori sta continuando le ricerche per semplificare le operazioni per un migliore utilizzo dei co-prodotti dell’acido e della base prodotti per via elettrolitica per permettere a ZeroCAL di raggiungere la parità di consumo energetico dei metodi tradizionali.
Ultime notizie
Il team di ricerca sta collaborando con il più grande produttore di cemento dell’India, Ultratech Cement, per costruire un impianto dimostrativo che produrrà diverse tonnellate di calce al giorno utilizzando il processo ZeroCAL
Perché il cemento è così inquinante
Per capire la portata di un’innovazione come ZeroCAL è utile chiarire da dove arriva l’impronta di carbonio del cemento. Le emissioni della produzione hanno infatti una doppia origine, e questo spiega perché ridurle sia tanto difficile.
- Emissioni di processo (chimiche): la materia prima del cemento è il calcare, ovvero carbonato di calcio. Quando viene riscaldato, il calcare si decompone in calce (ossido di calcio) e anidride carbonica. Questa CO2 viene liberata direttamente dalla reazione chimica, a prescindere da come si scalda il forno, e rappresenta circa i due terzi delle emissioni complessive.
- Emissioni di combustione (termiche): per portare il forno alle temperature necessarie, intorno ai 1.400-1.500 °C, si bruciano combustibili fossili come carbone, coke di petrolio o gas. Da qui arriva la quota restante delle emissioni.
La conseguenza pratica è che non basta alimentare i forni con energia rinnovabile per azzerare l’impatto: anche con un forno “pulito” resterebbe la CO2 che esce dalla decomposizione del calcare. È proprio su questo punto che il metodo ZeroCAL interviene in modo radicale, perché evita la calcinazione ad alta temperatura del calcare e quindi sopprime la fonte principale delle emissioni, non solo quella legata al combustibile.
ZeroCAL e gli altri cementi a basso impatto
ZeroCAL non è l’unica strada verso un’edilizia più sostenibile: si inserisce in un panorama di soluzioni complementari, ciascuna con il proprio livello di maturità. Conoscerle aiuta a inquadrare correttamente cosa rende questo metodo diverso.
- Cementi miscelati e additivi minerali: sostituire parte del clinker con materiali come ceneri volanti, loppa d’altoforno o pozzolane riduce le emissioni complessive. È la tecnica più diffusa oggi, perché immediatamente applicabile, ma riduce l’impatto solo parzialmente.
- Cattura e stoccaggio della CO2 (CCS): consiste nel catturare l’anidride carbonica all’uscita del camino per poi stoccarla o riutilizzarla. Affronta le emissioni a valle, ma è costosa e richiede infrastrutture dedicate.
- Calcestruzzo senza cemento e biocemento: approcci che ripensano del tutto il legante, sfruttando geopolimeri o processi biologici di mineralizzazione.
- ZeroCAL: agisce a monte, ripensando il modo stesso in cui si ottiene la calce e puntando a eliminare le emissioni alla radice anziché compensarle.
La forza dell’approccio dell’UCLA sta proprio nel non essere una semplice mitigazione: invece di catturare la CO2 dopo averla prodotta, evita di generarla. Questo lo rende potenzialmente compatibile con le filiere esistenti, perché il prodotto finale resta calce e cemento utilizzabili nei processi standard.
Prospettive, ostacoli e tempi di adozione
Davanti a una tecnologia promettente la domanda inevitabile è: quando la vedremo sui cantieri? La risposta richiede realismo. ZeroCAL è oggi a livello dimostrativo, una fase intermedia tra il laboratorio e la produzione industriale su larga scala.
Gli ostacoli principali da superare sono noti. Il primo è economico: oggi il processo costa più del metodo tradizionale e ogni nuova tecnologia deve raggiungere una scala sufficiente per diventare competitiva. Il secondo è energetico: i passaggi di filtrazione a membrana e di elettrolisi richiedono molta energia, che ha senso solo se proveniente da fonti rinnovabili. Il terzo riguarda la gestione dei sottoprodotti, come acido cloridrico e bicarbonato di sodio, che vanno valorizzati e non semplicemente smaltiti.
Per chi opera nel settore edile la prospettiva concreta è graduale. Nei prossimi anni è verosimile vedere impianti pilota e prime forniture limitate, mentre una diffusione capillare dipenderà dalla riduzione dei costi e dal sostegno di normative e incentivi che premiano i materiali a basse emissioni. Nel frattempo, le scelte più immediate per ridurre l’impronta di carbonio di un edificio restano l’uso di cementi miscelati, una progettazione che limiti gli sprechi di materiale e l’attenzione alla durabilità delle opere, perché un’opera che dura di più diluisce il suo impatto ambientale su un arco di tempo molto più lungo.
Domande frequenti su ZeroCAL e il cemento sostenibile
Che cos’è il metodo ZeroCAL?
ZeroCAL (da “zero carbon lime”) è un metodo sviluppato dai ricercatori dell’Università della California di Los Angeles per produrre calce e cemento riducendo fino al 98% le emissioni di CO2. Anziché riscaldare il calcare in un forno, dissolve la roccia in una soluzione acquosa con un acido industriale e ottiene il precursore del cemento per via elettrochimica.
Perché la produzione di cemento tradizionale emette tanta CO2?
Le emissioni hanno due origini. La prima è chimica: scaldando il calcare, questo si decompone liberando anidride carbonica direttamente dalla reazione. La seconda è la combustione dei fossili usati per raggiungere temperature di circa 1.400-1.500 °C nei forni. Insieme rendono il cemento uno dei materiali più impattanti del settore edile.
ZeroCAL è già disponibile per i cantieri?
Non ancora su scala commerciale. La tecnologia è in fase dimostrativa: è prevista la costruzione di impianti pilota, tra cui uno in collaborazione con un grande produttore indiano. Il passaggio alla produzione industriale dipenderà dalla riduzione dei costi e dei consumi energetici nei prossimi anni.
Quali sono i limiti attuali di ZeroCAL?
I principali sono il costo di produzione ancora elevato, l’alto consumo di acqua ed energia rispetto ai metodi tradizionali e la necessità di gestire i sottoprodotti del processo. Parte di questi limiti può essere ridotta alimentando il processo con energia rinnovabile e riutilizzando l’idrogeno generato come combustibile pulito.
Quali alternative esistono per un’edilizia più sostenibile oggi?
In attesa di tecnologie come ZeroCAL si possono già usare cementi miscelati con ceneri volanti o loppa, sistemi di cattura della CO2, oppure soluzioni innovative come il calcestruzzo senza cemento e il biocemento. A queste si affiancano la progettazione attenta agli sprechi e la cura della durabilità, che riduce l’impatto distribuendolo su una vita utile più lunga.