Nuovi materiali per l’architettura: il biochar e Made of Air

I ricercatori stanno sviluppando materiali da costruzione più funzionali e orientati alla negatività al carbonio

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Durante un tour del bacino amazzonico del Brasile nel 1960, lo scienziato olandese Wim Sombroek si imbatté per caso in un terreno nero con eccezionali proprietà nutrizionali. Oltre ad alti livelli di fosforo, azoto, potassio e materia vegetale, questo suolo conteneva elevate quantità di carbonio nero. Soprannominata Terra Preta, o terra nera in portoghese, la sostanza è altamente fertile. Ma soprattutto è anche un efficace magazzino per il carbonio e capace di immagazzinare questo elemento per più di mille anni.

Il biochar, come è comunemente nota, è un terreno ricco di carbonio creato quando i materiali organici si decompongono attraverso il calore in un ambiente privo di ossigeno. Negli ultimi due decenni, ha ricevuto una maggiore attenzione come mezzo per migliorare la fertilità del suolo e sequestrare la CO2. In What We Need to Do Now: For a Zero Carbon Future, l’autore Chris Goodall suggerisce la possibilità di catturare più di un miliardo di tonnellate di CO2, l’equivalente di diversi punti percentuali di emissioni mondiali, incorporando il biochar nel suolo. Allo stesso modo, numerosi team di scienziati e ricercatori hanno anche sperimentato l’incorporazione del biochar nei materiali da costruzione.

Secondo Hans-Peter Schmidt, ricercatore presso l’Ithaka Institute for Carbon Intelligence di Arbaz, in Svizzera, il biochar rappresenta un rapporto uno a uno di riduzione delle emissioni di CO2. Per ogni tonnellata di biochar impiegata negli edifici, una tonnellata di CO2 viene estratta dall’atmosfera. L’istituto ha sviluppato intonaci di argilla e calce a base di biochar in cui il carbonio nero comprende fino all’80% del materiale. Questa alta percentuale è ottenibile poiché il biochar può essere utilizzato interamente al posto della sabbia e, data l’elevata porosità del materiale, l’intonaco risultante è cinque volte più leggero della versione tradizionale. Oltre allo stoccaggio del carbonio, l’intonaco biochar-argilla presenta un buon isolamento, buona regolazione dell’umidità e proprietà di mitigazione delle radiazioni elettromagnetiche, che migliorano il clima interno di un edificio.

Se un edificio viene infine demolito, il suo intonaco a base di biochar può essere reincorporato nel terreno come compost, estendendo la sua capacità di intrappolamento del carbonio.

Il biochar può anche essere utilizzato in moduli come mattoni e piastrelle. I primi prototipi di mattoni biochar presso l’Istituto Ithaka incorporano un materiale legante come cemento o calce e mostrano una resistenza alla compressione di 20N/mm2 (la resistenza minima alla compressione per il mattone comune è di circa 3,5N/mm2).

Un team di studenti di ingegneria dell’Università di Rochester ha condotto una serie di esperimenti sui mattoni di biochar basati sulla ricerca dell’Istituto Ithaka. Con l’intenzione di ridurre al minimo l’uso di materiali vergini come il cemento e la sabbia, gli studenti hanno creato due tipi di mattoni biochar: uno con cemento e un altro con plastica e additivi. La prima versione consisteva nel 75% di biochar e nel 25% di cemento. Per quest’ultima versione gli studenti hanno sperimentato diverse percentuali di biochar, polietilene ad alta densità e sabbia. Il team ha scoperto che i mattoni realizzati con il 50% di biochar e il 50% di HDPE mostravano la più alta resistenza alla compressione, ma che il mattone di biochar-cemento funzionava meglio quando si trattava di potere isolante, durezza e assorbimento d’acqua. Il team ha stimato che i mattoni di biochar-cemento consentirebbero una diminuzione del 6% della CO2 emessa dalla produzione di cemento se utilizzati a livello globale.

Un team di studenti del Rochester Institute of Technology ha adottato un approccio simile nella creazione di tegole di biochar. L’idea è emersa come parte del 4 Walls Project, un’iniziativa abitativa a El Sauce, in Nicaragua. Gli studenti che hanno lavorato nel progetto hanno cercato un’alternativa al tipico tetto in lamiera dato il suo alto costo, l’energia incorporata, e il rumore che fa durante le piogge. Hanno progettato una tegola sostitutiva costituita dal 30% di biochar aggiunto a un mix di cemento, sabbia, acqua e plastica di rinforzo da bottiglie di soda di scarto triturate, creando un prodotto che sequestra carbonio e rifiuti di consumo riducendo al contempo l’energia incorporata complessiva.

Esperimenti come questi sono nuovi ma avvincenti. L’Ithaka Institute ha una visione audace per il biochar architettonico, o Arquitetura Preta – applicato su scala urbana per creare Carbon Intelligent Cities. Piuttosto che sequestrare il carbonio nel sottosuolo con la tecnologia di cattura e stoccaggio del carbonio, potremmo avere un impatto visibile e funzionale utilizzando il carbonio immagazzinato nella costruzione di edifici. I materiali dell’involucro ricchi di carbonio possono anche essere utilizzati per costruire pareti e tetti verdi e potrebbero assumere un nuovo ruolo una volta che un edificio raggiunge la fine della sua vita utile. “Invece di dover utilizzare discariche speciali per sbarazzarsi di materiali da costruzione contaminati, potremmo vedere pomodori e patate crescere sui resti di case demolite”, scrive Schmidt.

Dal biochar a Made of Air

La startup berlinese Made of Air ha sviluppato una bioplastica fatta di rifiuti forestali e agricoli che sequestra il carbonio e può essere utilizzata per tutto, dai mobili alle facciate degli edifici. Il materiale riciclabile è composto per il 90% da carbonio e immagazzina circa due tonnellate di anidride carbonica equivalente (CO2e) per ogni tonnellata di plastica.

“Siamo un’azienda di materiali, ma in realtà nel nostro cuore siamo un’azienda climatica e questa è la ragione della nostra esistenza”, ha detto in una intervista a Dezeen il direttore commerciale della società Neema Shams. “Puntiamo a contribuire a invertire il cambiamento climatico”.

Poiché il materiale immagazzina più CO2 dall’atmosfera di quanta ne emetta durante il suo ciclo di vita, Made of Air è un materiale negativo al carbonio, ha detto Shams. “Vediamo il carbonio negativo come il biodegradabile 10 anni fa”, ha spiegato. “Allora, nessuno sapeva cosa fosse, mentre ora lo troviamo ovunque.

La nuova società ha identificato cinque settori in cui la sua bioplastica può essere utilizzata. Si tratta di facciate di edifici, mobili, interni, trasporti e infrastrutture urbane. L’azienda è anche in trattative con un produttore di mobili statunitense per la creazione di una “sedia negativa al carbonio” e con alcuni produttori automobilistici per la creazione di parti di automobili.

Ad aprile del 2021, questa termoplastica è stato installata su un edificio per la prima volta. Una concessionaria Audi a Monaco di Baviera è stata rivestita con sette tonnellate di pannelli esagonali che l’azienda chiama HexChar.

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Pannelli HexChar di Made of Air sono stati installati sulla facciata di una concessionaria Audi a Monaco di Baviera.

Made of Air è una bioplastica non tossica a base di biochar. Questo materiale simile al carbone è quasi carbonio puro ed è prodotto bruciando biomassa come scarti forestali e materiali agricoli secondari senza ossigeno. Il biochar è stato prodotto per secoli e viene sempre più utilizzato come fertilizzante e come mezzo per sequestrare il carbonio nel terreno. Made of Air mescola il biochar con un legante a base di canna da zucchero per creare un materiale che può essere fuso e modellato come un normale termoplastico.

Abbiamo un processo proprietario che prende il biochar, lo sottopone a una serie di passaggi e lo combina con le bioplastiche per creare granuli”, ha detto Shams. I granuli possono quindi essere utilizzati nei tradizionali processi di formatura della plastica come lo stampaggio a iniezione e possono essere lavorati utilizzando gli stessi macchinari della plastica normale.

Per produrre il suo biochar, Made of Air si approvigiona dai rifiuti provenienti da aziende forestali e agricole con sede nelle campagne intorno a Berlino. La biomassa viene quindi collocata in un forno speciale, dove viene cotta in un ambiente controllato e privo di ossigeno come parte di un processo chiamato pirolisi.

Senza la presenza di ossigeno, il carbonio nella biomassa non può formare anidride carbonica durante la combustione, il che significa che non ci sono emissioni di gas serra. Invece, il carbonio rimane e forma biochar. Il materiale poroso e ricco di carbonio è altamente efficace nello stoccaggio del carbonio. A differenza della biomassa in decomposizione, che rilascia rapidamente il suo carbonio nell’atmosfera, il biochar rimane stabile per centinaia o addirittura migliaia di anni.

“Con il biochar, se lo lasciassi a terra e tornassi dopo mille anni, lo troverai esattamente nello stesso stato”, ha detto Shams. “Solo se dovesse bruciare, il carbonio verrebbe ri-rilasciato”.

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