LCA Edifici alti: come cambia il Global Warming Potential dei grattacieli tra varianti in acciaio o calcestruzzo

Progetto di ricerca “LCA Tall Building"

La relazione di Edoardo Benvenuti (ArcelorMittal)

Nel suo intervento alla Triennale di Milano durante 14ª edizione del convegno Tall Buildings, Edoardo Benvenuti (Ingegnere civile di AncelorMittal) ha presentato un progetto di ricerca dedicato all’analisi comparativa del Global Warming Potential (GWP) negli edifici alti, con particolare attenzione al confronto tra strutture in calcestruzzo armato e strutture in acciaio. Un lavoro che mira a offrire strumenti concreti per valutare l’impatto ambientale dei grattacieli lungo l’intero ciclo di vita.

Obiettivi della ricerca

L’indagine parte dal predimensionamento di una torre di 60 piani, progettata in due varianti: una in calcestruzzo armato e una in acciaio. Per ciascuna configurazione sono state ricavate le quantità esatte dei materiali strutturali, così da calcolare il GWP di ogni elemento e, infine, confrontare in modo diretto le diverse soluzioni.

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Cos’è il Life Cycle Assessment

Benvenuti ha ripreso la definizione normativa dell’LCA secondo la ISO 14040: la “compilazione e valutazione degli input, degli output e degli impatti ambientali di un prodotto lungo tutto il suo ciclo di vita”.

L’analisi si articola in quattro fasi – definizione degli obiettivi, inventario, valutazione degli impatti e interpretazione – e considera i moduli A, B, C e D:

• Modulo A: produzione dei materiali e costruzione dell’edificio;
• Modulo B: utilizzo e manutenzione durante la vita utile;
• Modulo C: fine vita e demolizione;
• Modulo D: opzionale, relativo al riuso e al riciclo dei materiali.

Come si produce l’acciaio

La relazione entra poi nel merito dei processi produttivi dell’acciaio, fondamentale per interpretare correttamente i risultati ambientali:

1. Ciclo integrale con altoforno:
   il minerale ferroso viene fuso con carbone per ottenere pig iron, che nella basic oxygen furnace subisce l’iniezione di ossigeno per ridurre il carbonio in eccesso. Un processo ad alta intensità di CO₂.
2. Forno ad arco elettrico (EAF):
   utilizza rottame (scrap) come materia prima e lo fonde tramite elettrodi elettrici. Se alimentato al 100% con energia rinnovabile, può produrre acciai certificati XCarb, la gamma ArcelorMittal a basse emissioni.

Il confronto emissivo è significativo:

• acciaio convenzionale → circa 2,5 t CO₂e per tonnellata prodotta;
• XCarb → 333 kg CO₂e per tonnellata, un abbattimento molto rilevante.

Il caso studio: una torre di 246 metri

Il caso esaminato è un edificio di 246 metri (60 piani), collocato ipoteticamente a Londra.

• Categoria d’impatto analizzata: GWP, con particolare focus sul climate change;
• Vita utile: 100 anni;
• Destinazione d’uso: mixed-use (commerciale, uffici e residenziale).

Le configurazioni strutturali studiate sono tre per il calcestruzzo e una per l’acciaio:

• Calcestruzzo:
  • soletta piena bidirezionale con travi;
  • soletta piena post-tesa;
  • per ciascuna, due varianti di cemento (CEM I e CEM II), con diversa percentuale di clinker.
• Acciaio:
  • travi, colonne in acciaio e soletta mista;
  • core sempre in calcestruzzo.

Indicatori LCA per edifici alti (ArcelorMittal): GWP e vantaggi dell’acciaio a basso impatto

I risultati: chi “pesa” di più sul Global Warming Potential

Benvenuti ha illustrato diversi grafici che mettono in relazione gli impatti dei vari moduli e degli elementi strutturali.

Alcune evidenze emergono con chiarezza:

• Gli elementi orizzontali – travi e solai – sono i principali responsabili dell’impatto ambientale, molto più delle colonne o del core. Ottimizzarli contribuisce direttamente a ridurre i kg di CO₂e dell’intero edificio.
• Il modulo A1–A3, relativo alla produzione dei materiali, è di gran lunga il più impattante rispetto all’intero ciclo di vita.
• Considerando anche il Modulo D (riuso/riciclo), le strutture in calcestruzzo possono beneficiare di un contributo “positivo” in termini di GWP negativo.
  Questo vantaggio non si applica invece all’acciaio XCarb, poiché richiede 1,1 tonnellate di rottame per produrre 1 tonnellata di acciaio: un rapporto che rende il beneficio da riciclo già “incorporato” a monte.

La ricerca conferma che la scelta dei materiali e l’ottimizzazione strutturale non sono semplici variabili tecniche, ma fattori determinanti per il bilancio climatico dei grattacieli.

Ridurre gli impatti significa agire soprattutto sugli elementi orizzontali, privilegiare materiali a basse emissioni – dagli acciai prodotti con energia rinnovabile ai calcestruzzi meno intensivi in clinker – e considerare l’intero ciclo di vita, compreso il potenziale di riciclo.

Global Warming Potential nei grattacieli - Benvenuti (Arcelor Mittal): acciaio vs calcestruzzo