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Il calcestruzzo green: come si produce, come si classifica. Luigi Coppola

Matteo Felitti ha introdotto il prof. Luigi Coppola per approfondire il tema della sostenibilità del cemento e del calcestruzzo in occasione delle conversazioni del SAIE CONCRETE il 21 ottobre 2022 all’interno del SAIE 2022.

Di seguito riprendiamo in forma scritta la video registrazione della conversazione di approfondimento del tema della sostenibilità del calcestruzzo di Luigi Coppola, moderata da Matteo Felitti.

Luigi Coppola, ha avviato la conversazione con una presentazione dedicata all’impatto sull’ambiente del calcestruzzo, che il materiale più prodotto al mondo.

Per capire i numeri del settore il professore analizza l’andamento della produzione del cemento, che è cresciuta nel tempo in modo parallelo alla crescita demografica mondiale, fino a quando alla fine degli anni 2000, in coincidenza con il piano di ammodernamento della Repubblica Popolare cinese, ha una forte impennata.

«In linea di massima oggi la produzione mondiale di cemento si attesta su 4 miliardi e 250.000 tonnellate, ma è interessante anche notare che la Cina in tre anni, dal 2011 al 2013, ha consumato lo stesso quantitativo che negli Stati Uniti è stato consumato nell'intero secolo scorso» ha sottolineato Coppola «Per riguarda i volumi di calcestruzzo le stime non sono altrettanto precise come quelle del cemento, siamo su un intorno tra i 9 e i 13 miliardi di metri cubi, in termini di tonnellate tra 21 e 30 miliardi.»

In questo articolo viene pubblicato un estratto scritto della presentazione video, disponibile in allegato. Ovviamente si suggerisce la visione del video per una acquisizione più completa dei contenuti della relazione.

Un impatto notevole per l’ambiente

«Sono numeri che ci preoccupano.» sottolinea Coppola.

E’ necessario quindi poter identificare il livello di sostenibilità di questo materiale «attraverso sostanzialmente un primo parametro che è il GWP (global warming potential - Il potenziale di riscaldamento globale, esprime il contributo all'effetto serra di un gas serra relativamente all'effetto della CO2, il cui potenziale di riferimento è pari a 1. NDR) legato alla produzione del cemento, in linea di massima considerate una tonnellata di CO2 per tonnellata di cemento».

CO2 non solo dalla combustione

E Coppola fa una considerazione sulla produzione di CO2 e su cosa fare pe abbatterla:»La cosa interessante che vorrei evidenziare è che questa produzione di CO2 è legata non solo al consumo di combustibile necessario per raggiungere le temperature di 1.400 gradi ma che le emissioni di CO2 deriva proprio dal processo di calcinazione delle materie prime e, quindi, se anche oggi avessimo un combustibile totalmente Green, un idrogeno verde, comunque noi avremmo un'emissione di CO2 pari a circa il 60% di quella che è l’emissione totale.»

Quindi la riflessione del professore è che se anche si dovesse trovare un combustibile Green comunque ci si dovrebbe preoccupare della cattura di CO2 negli impianti per poter abbattere in modo concreto l'impatto ambientale.

Un'altra riflessione nasce dalla considerazione che l'impatto del calcestruzzo in termini di emissione totale di CO2 «è dell'ordine di circa 42 giga tonnellate di CO2 all’anno. A livello mondiale il calcestruzzo impatta per il 9%, il cemento impatta per un 7%. Quindi la chiave di lettura per fare un calcestruzzo sostenibile c'è già in questi numeri: bisogno intervenire necessariamente sul cemento se si vuole ridurre l'impatto del conglomerato cementizio sull’ambiente.»

La situazione in Italia

«In Italia abbiamo un'emissione media più bassa dell'ordine di 650 kg per tonnellate, cioè 0.65 kg per kg di CO2, e questo perché evidentemente noi tagliamo il cemento con materiali alternativi chiamiamoli. Il tasso di sostituzione medio in Italia dell'ordine del 21%, cioè togliamo via una parte di Clinker.»

Per capire la situazione italiana c'è un altro aspetto da considerare per la riduzione di emissione di CO2, ovvero la riduzione del consumo di energia «per produrre un una tonnellata di clinker c'è bisogno di un consumo energetico di 55 giga joule. È ovvio che questo dipende moltissimo anche dalla cementeria. Il consumo energetico impatta per il 30-40 % sui costi totali quindi non ci meravigliamo che negli ultimi due anni ci sia stato un incremento del costo del cemento.

Diventa importante il tipo di cementeria, perché quel 5,5 può essere abbattuto a circa un 3,5 giga alla tonnellata se produciamo il clicker di cemento portland in cementerie che hanno preriscaldatore e che usano il trattamento a secco.»

La situazione italiana sembra quindi abbastanza rosea dovuta all’efficienza delle cementerie.

I parametri ambientali dei prodotti pozzolanici

«I valori del consumo energetico e delle emissioni di CO2 di una serie di altri materiali, in particolare la loppa ad altoforno e le ceneri volanti sono nettamente più bassi confrontati con quelli del cemento.» riporta Luigi Coppola «E’ ovvio che ne la cenere ne la loppa devono essere cotti, addirittura la cenere non deve essere nemmeno macinata, quindi i parametri ambientali sono molto favorevoli e in un'ottica di sostenibilità ambientale sarebbe opportuno sostituire il cemento con questi materiali»

Il consumo di risorse non rinnovabili

"C'è anche un altro aspetto da considerare: per produrre una tonnellata di cemento portland abbiamo bisogno di circa una tonnellata e mezzo di argilla e calcare: anche questo è un problema. Quindi nei parametri ambientali vanno annoverati anche i consumi di risorse non rinnovabili, cioè non possiamo pensare di continuare a cavare dalle montagne materiale e quindi cercare di ridurre questo impatto.»

Luigi Coppola prosegue l’analisi di sostenibilità del cemento e calcestruzzo allargando quindi lo scenario agli altri materiali, e continua «Quando noi produciamo calcestruzzo utilizziamo anche sabbie e ghiaie. Se andiamo a vedere i parametri ambientali, il consumo energetico e le emissioni di CO2 è ovvio che nella produzione di questi aggregati abbiamo dei valori due o tre ordini di grandezza più bassi rispetto al cemento ma non si può dire che continuare a utilizzare aggregati è una strategia Green perché noi continuiamo a consumare aggregati, pensate che ogni anno al mondo consumiamo da 16 a 23 miliardi di tonnellate, è come se ogni anno costruissimo intorno all'equatore un muro di aggregati alto 10 metri e largo 30 metri, è evidente che l'economia circolare sia una soluzione importante per ridurre l'impatto ambientale del calcestruzzo».

Materiali di riciclo

Coppola sottolinea l’importanza di utilizzare sempre più materie di scarto al posto degli aggregati, anche perchè "oggi siamo messi direi male, molto male. Il tasso di sostituzione è di appena il 3,4%»

Perchè accade questo? ovviamente vi è un problema burocratico, problema delle norme sull'end of waste, il problema dei limiti imposti dal decreto ministeriale, e Coppola auspica un'evoluzione della legislazione in tal senso, per poter recuperare tutti i rifiuti possibili.

E l’Università ha accelerato nella ricerche. «Per fare il calcestruzzo si possono usare pneumatici esausti oppure carcasse delle automobili. Oppure mi viene in mente l'asfalto fresato. Tutti questi materiali possono essere impiegati per produrre comunque calcestruzzi prestazionali.»

L’acqua e il calcestruzzo

Coppola solleva anche il tema del consumo di acqua. «Quanta acqua serve per fare un metro cubo di calcestruzzo? apparentamente diciamo 180 200 kg. Quella è l'acqua che va dentro il mescolatore, dentro la betoniera. In realtà abbiamo un consumo in termini di acqua molto superiore ad una tonnellata per metro cubo perché l'acqua ci serve per produrre il cemento, per produrre gli aggregati. L'acqua di impasto è solo il 15% dell'acqua che ci serve per fare un metro cubo di calcestruzzo. Se facciamo un conto quindi a livello mondiale consumiamo circa 17 miliardi di metri cubi di acqua ogni anno per produrre il conglomerato.»

E Coppola richiama l’esigenza di «Attuare delle strategie soprattutto in termini di recupero delle acque quando produciamo gli aggregati e anche il cemento.»

Calcestruzzo, un materiale strutturale

Luigi Coppola a questo punto correla la sostenibilità anche alle prestazioni del calcestruzzo.
«Abbiamo introdotto un indice di sostenibilità che tiene conto delle prestazioni meccaniche, della durabilità e dell'impatto ambientale. Le prestazioni è ovvio che dipendono da che materiale sto producendo, cioè che tipo di calcestruzzo. Idem per quanto riguarda durabilità, quindi cioè a seconda della destinazione d'uso io modifico la performance, modifico la durabilità e vado a ridurre l'impatto ambientale.»
Quindi come è pensato questo indice? vediamo un esempio: «se devo fare una struttura esposta a rischio di corrosione per cloruro è interessante l’aspetto ambientale, è interessante la prestazione meccanica a 28 giorni, ma anche la resistenza offerta alla diffusione del cloruro. E' ovvio che la sostenibilità inversamente proporzionale allo spessore di materiale che viene penetrato dal cloruro in 50 anni. Idem si potrebbe dire per la CO2.»

La dichiarazione ambientale di prodotto

Ma dove prendere questi numeri utili per poter fare una valutazione ambientale? «Innanzitutto dalla dichiarazione ambientale di prodotto. Però io sfido è chiunque di voi a farlo.

A me viene la febbre quando inizia a vedere tutte queste sigle. Scusate, io adesso mi metto nel ruolo del commerciale del calcestruzzo, noi dobbiamo offrire in questa fase un qualcosa di semplice per gli ingegneri, per le Committenze.
Ma se noi ci mettiamo a parlare con questo linguaggio astruso evidentemente non riusciremo mai a inserire tra quelle che sono le caratteristiche canoniche anche la sostenibilità del materiale. Quindi in sostanza anche se non siamo rigorosissimi su tutti i parametri ambientali andiamo a scegliere quelli che hanno un impatto più forte, quindi l’energia, le emissioni di CO2, il consumo di risorse naturali, l’acqua, va bene, ma è ovvio che anche se si fanno mille conti l'impatto più forte è sempre quello del cemento».

E quindi ? occorre fare un benchmark reale «Se io oggi vendo un xc2c 25/30, so benissimo che oggi lo facciamo con circa tre quintali di cemento, e quindi quello è il mio benchmark. Però qualcuno potrebbe anche fare è un'operazione non corretta. Tolgo gli additivi, quindi quell’acqua d'impasto mi diventa 200/220 kg per fare un S4/S5 e dovendo rispettare il rapporto a acqua/cemento vuol dire che avrei bisogno di tre quintali e
80 di cemento, ma questo è un benchmark irrealistico, non possiamo andare dai nostri interlocutori a dire ti offro un cemento sostenibile partendo da un benchmark che non esiste.»

Le classi di sostenibilità del calcestruzzo

Come fare dunque se vogliamo percorrere questa strada del benchmark di riferimento: «Come fanno anche già alcune aziende, reference 100 di quanto migliora la sostenibilità rispetto al reference, però il reference deve essere un reference oggettivamente di mercato, allora per superare questo impasse anche per rendere la cosa più semplice io dico oggi si potrebbe semplicemente dire quanta CO2 emette un metro cubo di calcestruzzo, facciamola breve. Facciamo delle classi di CO2 delle classi di sostenibilità, come per le lavatrice classe a meno di 150 kg metro cubo, Classe B e così via. Poi semmai mettiamoci anche un altro parametro, che riguarda l'utilizzo di aggregato di riciclo, che può essere interessante.

Quindi a parità di classe merceologica, ovvero la classe di resistenza, la classe di esposizione ambientale, la classe di consistenza, la classe di diametro massimo aggregato, a parità di tutto questo, dichiarami in quale fascia rientra la il contenuto di CO2.»

Un metodo molto concreto quello proposto da Coppola: «Allora noi sappiamo che se voglio fare un XC2 con un cemento 2 ALL 42,5R a 3 quintali questo mi va in Classe D, perché il cemento 2 ALL è un cemento che ha un impatto abbastanza forte. Per esempio utilizzando un 2ALL 32,5R non è detto che la situazione
migliori perché ovviamente essendo il cemento meno prestazionale ne devo mettere di più.»

Cosa succede all'estero

Luigi Coppola riprende l’esperienza americana: «Per esempio negli Stati Uniti, la General Service Sadness administration, che governa gli appalti pubblici che si è mossa dicendo che tutte le forniture dei mix standard, non quelli ad alte prestazioni, in funzione della resistenza non possono superare un certo dosaggio di cemento. Ma guardate che noi siamo molto più avanti rispetto a loro perché gli Stati Uniti hanno iniziato a parlare di cemento portland al calcare da 5-6 anni mentre noi li utilizziamo dal 1993»

Additivi

«E' ovvio che quando parliamo di calcestruzzo il ruolo degli additivi diventa fondamentale, e c'è una grande attenzione nello sviluppo di additivi cosiddetti nucleatori di CSA per ridurre il dosaggio di cemento. Quindi andare nella direzione di utilizzare cementi a basso tenore di clinker accoppiati con questi additivi nucleatori ci consentirebbe sicuramente di fornire oggi Calcestruzzi Classe A Classe B Classe C quindi direi Calcestruzzi sostenibile.» ha concluso Coppola.

Video

Il calcestruzzo green: come si produce, come si classifica. Luigi Coppola

Luigi Coppola

Professore di Materiali Edili e Materiali per il Restauro - Università degli studi di Bergamo

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