La ricerca condotta presso la RMIT University in Australia ha svelato un potenziale rivoluzionario nel settore delle costruzioni. Gli ingegneri hanno dimostrato che i fondi di caffè di scarto, sottoposti a un processo di pirolisi, possono essere trasformati in un additivo capace di aumentare la resistenza del calcestruzzo del 30%. Questa scoperta non solo offre una soluzione per migliorare le proprietà del materiale edile, ma affronta anche due sfide ambientali cruciali: la gestione dei rifiuti organici e la crescente domanda di sabbia.
Innovazione sostenibile: fondi di caffè per un calcestruzzo più resistente
Ogni anno, a livello globale, vengono prodotti circa 10 miliardi di chilogrammi di fondi di caffè, la maggior parte dei quali finisce nelle discariche. La decomposizione di questi rifiuti organici rilascia grandi quantità di gas serra, come il metano e l’anidride carbonica, che contribuiscono al cambiamento climatico. Allo stesso tempo, il settore edile è in continua espansione, aumentando la richiesta di calcestruzzo e, di conseguenza, di sabbia. L’estrazione di sabbia dai letti dei fiumi e dalle rive ha un impatto ambientale significativo, portando alla necessità di trovare alternative sostenibili.
Il processo sviluppato dai ricercatori prevede la trasformazione dei fondi di caffè in “biochar” attraverso la pirolisi, un riscaldamento a 350 gradi Celsius in assenza di ossigeno. Questo materiale carbonioso, una volta aggiunto al calcestruzzo, ne migliora notevolmente la resistenza. Pertanto, questa innovazione offre una doppia soluzione: riduce la quantità di rifiuti organici nelle discariche e diminuisce la dipendenza dall’estrazione di sabbia.
L’introduzione del biochar di caffè nel calcestruzzo innesca una serie di benefici che si intrecciano, alimentando un ciclo virtuoso di sostenibilità. In primo luogo, si assiste a una drastica riduzione dei rifiuti organici, poiché una considerevole quantità di fondi di caffè viene sottratta alle discariche, con conseguente diminuzione delle emissioni di gas serra. Parallelamente, si osserva una preziosa conservazione delle risorse naturali, poiché la dipendenza dall’estrazione di sabbia, una risorsa non rinnovabile, si attenua.
Inoltre, le proprietà intrinseche del calcestruzzo subiscono un notevole miglioramento, poiché il biochar di caffè ne aumenta la resistenza, conferendo al materiale una maggiore durabilità e prestazioni superiori. Infine, si concretizza un modello di economia circolare, in cui un rifiuto viene trasformato in una risorsa preziosa, contribuendo a ridurre l’impronta ambientale complessiva.
Questa ricerca rappresenta un esempio concreto di economia circolare, in cui i fondi di caffè vengono trasformati in risorse utili. L’applicazione di questa tecnologia nel settore delle costruzioni potrebbe avere un impatto significativo sulla sostenibilità ambientale, riducendo le emissioni di gas serra e preservando le risorse naturali. I ricercatori stanno ora lavorando per ottimizzare il processo e valutare la fattibilità dell’applicazione su larga scala.
Il processo di pirolisi: la chiave per la trasformazione
La scoperta chiave risiede nella trasformazione dei fondi di caffè di scarto in biochar, un materiale che, aggiunto al calcestruzzo, ne incrementa significativamente la resistenza. L’applicazione di fondi di caffè organici direttamente nel calcestruzzo si è rivelata problematica, poiché tali materiali rilasciano sostanze chimiche che compromettono la solidità del composto.
Per superare questo ostacolo, i ricercatori hanno adottato un processo di pirolisi, riscaldando i fondi di caffè a una temperatura superiore ai 350 °C in un ambiente privo di ossigeno. Questa tecnica permette di scomporre le molecole organiche, ottenendo un carbone poroso e ricco di carbonio, noto come biochar. Tale materiale si lega efficacemente alla matrice cementizia, integrandosi nel composto.
Gli esperimenti hanno dimostrato che la temperatura di pirolisi gioca un ruolo fondamentale. La pirolisi a 350 °C ha prodotto un biochar che ha migliorato notevolmente la resistenza del calcestruzzo. Tuttavia, quando il processo è stato condotto a 500 °C, le particelle di biochar risultanti non hanno mostrato la stessa efficacia.
Valutazione della durabilità a lungo termine: una fase cruciale
Nonostante i risultati promettenti ottenuti in laboratorio, i ricercatori della RMIT University riconoscono l’importanza di una valutazione approfondita della durabilità a lungo termine del calcestruzzo arricchito con biochar di caffè. La transizione da un ambiente controllato di laboratorio a condizioni ambientali reali introduce una serie di variabili che possono influenzare significativamente le prestazioni del materiale. Pertanto, sono in corso studi rigorosi per simulare e analizzare il comportamento del calcestruzzo in diverse condizioni ambientali.
Uno degli aspetti cruciali da considerare è la resistenza del materiale ai cicli di gelo/disgelo. In regioni con climi rigidi, il calcestruzzo è esposto a ripetuti cicli di congelamento e scongelamento, che possono causare fessurazioni e deterioramento nel tempo. I ricercatori stanno conducendo test accelerati per valutare la capacità del calcestruzzo con fondi di caffè di resistere a questi cicli, analizzando la sua integrità strutturale e la perdita di massa.
L’assorbimento d’acqua è un altro fattore critico che può influenzare la durabilità del calcestruzzo. L’acqua assorbita può trasportare sostanze chimiche aggressive e contribuire alla corrosione dell’armatura, se presente, e al deterioramento del materiale. Gli studi in corso mirano a determinare il tasso di assorbimento d’acqua del calcestruzzo con biochar di caffè e a valutare la sua resistenza all’ingresso di sostanze nocive.
L’abrasione, ovvero l’usura superficiale causata da attrito e sfregamento, è un altro aspetto importante da considerare. Il calcestruzzo utilizzato in pavimentazioni e altre superfici esposte è soggetto a usura costante. I ricercatori stanno conducendo test di abrasione per valutare la resistenza del calcestruzzo con fondi di caffè all’usura e per determinare la sua idoneità per applicazioni in cui è richiesta una elevata resistenza all’abrasione.
Oltre a questi test specifici, i ricercatori stanno anche valutando la resistenza del calcestruzzo con biochar di caffè ad altri fattori di stress, come l’esposizione a sostanze chimiche aggressive, la resistenza alla compressione e alla flessione a lungo termine, e la stabilità dimensionale. L’obiettivo è quello di ottenere una comprensione completa del comportamento del materiale in diverse condizioni ambientali e di garantire la sua durabilità e affidabilità nel tempo.
L’orizzonte della ricerca si espande oltre i fondi di caffè, poiché il team si dedica alla sperimentazione di biochar derivato da una varietà di scarti organici, abbracciando legno, residui alimentari e rifiuti agricoli. Questa esplorazione diversificata sottolinea un impegno verso soluzioni sostenibili a tutto tondo.
“Sebbene il nostro percorso di ricerca sia ancora nelle fasi iniziali, le scoperte che stiamo facendo aprono prospettive entusiasmanti per una riduzione drastica dei rifiuti organici come i fondi di caffè destinati alle discariche”, ha spiegato l’ingegnere della RMIT Shannon Kilmartin-Lynch, sottolineando il potenziale trasformativo di questa tecnologia: “La mia ispirazione, radicata in una prospettiva indigena, si concentra sulla cura del territorio, sulla garanzia di un ciclo di vita sostenibile per ogni materiale e sull’evitare che finiscano in discarica, con l’obiettivo di minimizzare l’impatto ambientale“.
Lo studio è stato pubblicato sul Journal of Cleaner Production.
