Economia Circolare e Progetto RE4: la sostenibilità di pannelli realizzati a partire da rifiuti da C&D

L'Unione Europea e la transizione verso l'Economia Circolare

In un clima di crescente preoccupazione per le condizioni ambientali in cui versa attualmente il nostro pianeta, sono molteplici le attività politiche volte a fermare il trend sempre crescente degli impatti ambientali generati dalle attività antropiche. Più di tutti, la Commissione Europea ha sposato la causa dello sviluppo sostenibile, mostrando il proprio impegno attraverso gli ingenti investimenti destinati ad attività (di ricerca, produttive, gestionali, …) finalizzate allo sviluppo di soluzioni più sostenibili rispetto ad equivalenti soluzioni convenzionali. Nel Dicembre 2019, l’Unione Europea ha firmato il nuovo “Green Deal”, che fissa i seguenti obiettivi da perseguire nei prossimi decenni:

  • diventare climaticamente neutra entro il 2050;
  • proteggere vite umane, animali e piante riducendo l’inquinamento;
  • aiutare le imprese a diventare leader mondiali nel campo delle tecnologie e dei prodotti puliti;
  • contribuire a una transizione giusta e inclusiva.

Nel 2015, inoltre, la Commissione Europea ha adottato un pacchetto legislativo sull’ Economia Circolare mirato ad aiutare le imprese e i consumatori europei a effettuare la transizione verso un'economia più circolare e forte, dove le risorse vengono utilizzate in modo più sostenibile. A supporto dell’economia circolare, la Commissione Europea ha definito obiettivi chiari in materia di riduzione dei rifiuti stabilendo un percorso a lungo termine per la loro gestione e il riciclaggio [1].

Le azioni per l’economia circolare producono vantaggi non solo al settore economico, rilanciando attività economiche nuove e più sostenibili, ma anche all’ambiente, mirando ad allungare la vita di utilizzo dei materiali e ambendo, dunque, alla riduzione dei consumi energetici, delle emissioni dei gas serra e del consumo delle risorse. Relativamente al settore della ricerca e dell’innovazione, la maggiore fonte di investimento per l’economia circolare è rappresentata dal programma “Horizon 2020”.

Riutilizzo e riciclo di materiali e strutture provenienti da rifiuti di costruzione e demolizione: il Progetto RE4

Il Progetto RE4 è uno dei progetti di ricerca finanziati dal Programma Horizon 2020, ed è acronimo di “REuse and REcycling of CDW materials and structures in energy efficient pREfabricated elements for building REfurbishment and construction” (in italiano “Riutilizzo e riciclo di materiali e strutture provenienti da rifiuti di costruzione e demolizione in elementi prefabbricati energeticamente efficienti utilizzabili per la ristrutturazione e la costruzione di edifici”). Il Progetto rientra nel settore “New technologies and strategies for the development of pre-fabricated elements through the reuse and recycling of construction materials and structures”, Grant Agreement n° 723583. Il Progetto è coordinato dal Centro di Ricerche Europeo di Tecnologie, Design e Materiali (CETMA) e i partner coinvolti provengono sia dal settore industriale che dal settore della ricerca. Il progetto ha avuto inizio il 01/09/2016 ed è terminato il 29/02/2020.  

L’obiettivo principale del progetto è rappresentato dallo sviluppo di un concetto di edificio prefabbricato efficiente dal punto di vista energetico, che può essere facilmente assemblato e disassemblato per un utilizzo futuro, e contenente fino al 65% in peso di materiali riciclati provenienti dai rifiuti di costruzione e demolizione (C&D).

Di fatto, i rifiuti da C&D rappresentano una risorsa non correttamente sfruttata, data l’ingente quantità volumica generata e l’elevato potenziale di riutilizzo e di riciclo. I campi di applicazione dei componenti edilizi realizzati nel progetto RE4 a partire dai rifiuti da C&D sono sia le nuove costruzioni che le ristrutturazioni, come dimostrato con i prototipi messi in opera in Spagna, Regno Unito e in Italia, quest’ultimo presso il laboratorio “Matrix” dell’Università degli Studi del Sannio. Sul canale youtube del Progetto RE4 è possibile visualizzare la messa in opera dei suddetti tre dimostratori.

La valutazione della sostenibilità delle componenti edilizie sviluppate dal Progetto

Tra le attività previste dal Progetto RE4, si è provveduto alla valutazione della sostenibilità delle componenti edilizie sviluppate. Precisamente, si sono studiati gli effetti sui tre aspetti della sostenibilità:

- l’ambiente, attraverso la valutazione degli impatti ambientali;

- il costo, attraverso la valutazione degli impatti economici;

- la società, attraverso la valutazione degli impatti sociali e socio-economici.

Per poter quantificare tali aspetti, si è utilizzato un set di metodologie comprovate, basate su un approccio life-cycle, ovvero analizzando le singole fasi della vita del prodotto “dalla culla alla tomba”.
Per la misura e l’analisi degli impatti ambientali, quali il Cambiamento Climatico, l’Acidificazione, l’Assottigliamento dello Strato di Ozono, e altri, si è scelta la metodologia di “Life-Cycle Assessment” (LCA), standardizzata dalle ISO 14040 [2] e 14044 [3].
Gli impatti economici sono stati analizzati attraverso la metodologia di “Life-Cycle Costing” (LCC).
Infine, gli impatti sociali e socio-economi sono stati valutati attraverso la metodologia di “Social Life-Cycle Assessment” (S-LCA), derivata dalle linee guida sviluppate da UNEP/SETAC [4]. I tre aspetti della sostenibilità possono essere combinati per ottenere un punteggio finale, attraverso il metodo “Shortest Column”, che omogeneizza i risultati ottenuti dalle tre analisi, consentendone la somma e la comparazione tra soluzioni alternative.

I prodotti messi a confronto: pannelli a base di legno e di calcestruzzo realizzati a partire da rifiuti da C&D

Entrando più nello specifico, le valutazioni di sostenibilità si sono effettuate per 6 tipologie di pannelli realizzati a partire da rifiuti da C&D, di cui 3 a base di legno e 3 a base di calcestruzzo.

Precisamente, relativamente ai pannelli in legno, si sono studiati gli impatti generati da un pannello di facciata progettato per climi freddi, un pannello di facciata progettato per climi caldi e una partizione interna; relativamente ai pannelli in calcestruzzo, si sono studiati gli impatti generati da un pannello di facciata progettato per climi freddi, un pannello di facciata progettato per climi caldi e un pannello di facciata ventilata. Tali soluzioni sviluppate nel progetto RE4 sono state comparate con soluzioni analoghe, realizzate con materiali e tecniche convenzionali presenti sul mercato europeo. In linea con la ISO 14040 [2], al fine di garantire l’equivalenza tra le soluzioni alternative, per ogni pannello si è stabilita una unità funzionale, ovvero l’unità di riferimento che fissa le caratteristiche di geometria e performance necessarie per un equo confronto, e i confini del sistema, ossia le fasi del ciclo di vita da considerare, tenendo conto anche delle differenti vite di riferimento.

Nelle Figure da 2 a 7 si mostrano le sezioni delle soluzioni alternative, per le quali si sono effettuati i confronti in termini di sostenibilità ambientale/economica/sociale. La progettazione dei pannelli è stata eseguita da ZRS.A nel caso dei pannelli in legno, e da RI.SE e CREAGH, nel caso dei pannelli in calcestruzzo.

La Figura 2 mostra le sezioni delle due soluzioni del pannello di facciata in legno progettato per climi freddi. L’unità funzionale scelta è 1m2 di pannello avente una trasmittanza termica pari a 0,14 W/m2K. Relativamente a tale tipologia di pannelli, la soluzione RE4 prevede l’inserimento di un intonaco realizzato con sabbia proveniente da rifiuti da C&D; pannelli di isolamento realizzati con fibre di legno provenienti da rifiuti da C&D; montanti, traversi e rivestimento esterno realizzati con travetti e assi in legno proveniente da rifiuti da C&D. Per la soluzione convenzionale, invece, la progettazione ha previsto l’utilizzo di un intonaco a base minerale, di pannelli OSB, di uno strato di isolamento a base di cellulosa e di un telaio e un rivestimento in legno vergine. 

La Figura 3 mostra le sezioni delle due soluzioni del pannello di facciata in legno, progettato per climi caldi. L’unità funzionale scelta è 1m2 di pannello avente una trasmittanza termica pari a 0,25 W/m2K. Le differenze in termini di materiali tra le soluzioni alternative sono le medesime del caso precedente, sebbene cambino la configurazione e gli spessori, data la differente trasmittanza termica. 

La Figura 4 mostra le sezioni delle due soluzioni del pannello di partizione interna. L’unità funzionale scelta è 1m2 di pannello autoportante utilizzato per la partizione interna degli ambienti. Le due soluzioni alternative si differenziano sia per i materiali utilizzati, sia per la messa in opera. Di fatto, il pannello convenzionale rappresenta la classica partizione interna in montanti e traversi in acciaio, isolamento in lana minerale e pannelli in cartongesso, messa in opera in situ; il pannello RE4, invece, è prefabbricato e composto da montanti e traversi in legno proveniente da rifiuti da C&D, isolamento con pannelli in fibra di legno proveniente da rifiuti da C&D e intonaco realizzato con sabbia proveniente da rifiuti da C&D. Soluzioni alternative di pannelli di facciata in legno

In Figura 5 sono rappresentate le sezioni dei due pannelli di facciata in calcestruzzo, progettati per climi freddi. L’unità funzionale scelta è 1m2di pannello avente una trasmittanza termica pari a 0,21 W/m2K. La soluzione convenzionale e quella innovativa si differenziano relativamente agli strati di estremità, composti, rispettivamente, da calcestruzzo SCC (calcestruzzo auto-compattante) tradizionale e da calcestruzzo SCC realizzato con aggregati provenienti da rifiuti da C&D.

La Figura 6 mostra le sezioni dei due pannelli di facciata in calcestruzzo, progettati per climi caldi, per i quali si è scelta come unità funzionale 1m2 di pannello avente una trasmittanza termica pari a 0,34 W/m2K. La differenza tra le due soluzioni alternativa è simile al caso dei pannelli progettati per climi freddi, eccetto che per lo strato esterno della soluzione RE4 che prevede l’utilizzo di calcestruzzi ad elevate performance (HPC) e la sostituzione del tradizionale acciaio da rinforzo con due strati di tessuto in carbonio.

Infine, in Figura 7 sono mostrate le due soluzioni alternative di facciata ventilata. L’unità funzionale scelta è 1m2 di pannello avente una trasmittanza termica pari a 0,34 W/m2K. Le due soluzioni si differenziano principalmente per lo strato di isolamento, realizzato in PE-PIR per la soluzione convenzionale e in fibre di legno da rifiuto da C&D per la soluzione RE4.

Soluzioni alternative di pannelli di facciata in calcestruzzo

Le analisi LCA, LCC e S-LCA si sono realizzate considerando due metodi di allocazione, il metodo del “cut-off” e il metodo del “system expansion”, come da ISO 14040 [2]. Di fatto, i pannelli RE4 sono progettati per essere facilmente disassemblati ed assemblati in un altro sistema di prodotto; di contro, i pannelli convenzionali sono demoliti al termine dei prefissati 50 anni di vita utile. Dunque, per tener conto di tali differenze, nel caso del cut-off, l’analisi dei pannelli RE4 viene bloccata alla fase di demolizione selettiva, mentre i pannelli convenzionali sono considerati fino al loro fine vita. Nel caso del metodo del “system expansion”, per la soluzione RE4 i confini del sistema sono allargati per tener conto anche della seconda vita dei pannelli, ipotizzando, dunque, che la dismissione finale si verifichi dopo 100 anni; di contro, per tener conto della doppia vita utile, gli input e gli output dei pannelli convenzionali vengono duplicati al fine di permette un equo confronto.

Nella Figura 8 si mostrano, come esempio, i confini del sistema relativi ai pannelli in calcestruzzo, considerando entrambi i metodi di allocazione. In linea con lo standard EN 15804 [5], si sono considerate le sole fasi di produzione e di fine vita, includendo i trasporti e gli input energetici. ...

i confini del sistema relativi ai pannelli in calcestruzzo, considerando entrambi i metodi di allocazione

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