La riduzione dell’impronta carbonio del costruito: il contributo dei materiali da costruzione

L’IPCC, il gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici, in una relazione del 2018 sugli impatti del riscaldamento globale suggeriva che un percorso conforme a contenere l’innalzamento della temperatura terrestre a 1,50°C richiederebbe che le emissioni da costruzione fossero ridotte dell'80 – 90% entro il 2050. Ha inoltre raccomandato l'attuazione dell'efficienza delle risorse negli edifici attraverso l'uso di materiali a basso tenore di carbonio come misura di mitigazione. Altri scenari consistenti con questo obiettivo richiedono che le nuove costruzioni siano prive di combustibili fossili e ad energia quasi zero dal 2020, insieme ad un aumento del tasso di riqualificazione energetica degli edifici esistenti fino a raggiungere il 5% annuo nei paesi OCSE.  

La Commissione Europea nella comunicazione “A Clean Planet for all ”, nella quale presenta la sua visione di una Europa “Climate neutral” al 2050, prende in esame anche il contributo potenziale degli edifici.
L’analisi attribuisce agli edifici la più alta percentuale di consumi finali di energia nella UE, pari al 40% del totale, ma ritiene possibile che, grazie al contributo delle tecnologie già disponibili, dal 2021 tutti i nuovi edifici siano NZEB (Nearly Zero Energy Building). Per raggiungere questo livello di prestazione gli edifici NZEB dovrebbero combinare al meglio l’efficienza energetica e smartness, una elevata prestazione dei componenti dell’involucro, le tecnologia e l’ICT.

Iniziative per la decarbonizzazione: il progetto Advancing Net Zero

Il WorldGBC, la rete di 70 Green Building Councils nazionali, tra cui Green Building Council Italia, ha attivato su scala mondiale il progetto Advancing Net Zero con lo scopo di promuovere la leadership nella decarbonizzazione dell'ambiente costruito da parte di aziende, organizzazioni, città, stati e regioni, per ispirare altri soggetti a intraprendere azioni simili e rimuovere gli ostacoli che ne limitano l'attuazione. Le parti che aderiscono al progetto si impegnano a sottoscrivere un impegno “Net Zero Carbon Building”.

L’iniziativa mira a massimizzare le possibilità di limitare il riscaldamento globale a meno di 2°C e di ridurre le emissioni nella fase di esercizio degli edifici invitando l'industria a raggiungere le emissioni operative nette pari a zero per i loro portafogli immobiliari entro il 2030, e far sì che tutti gli edifici raggiungano le zero emissioni nette entro il 2050. 

La definizione adottata di “Net Zero Carbon” indica una quantità di emissioni di CO2 su base annua pari a zero o negativa, ovvero un edificio a zero emissioni di carbonio è altamente efficiente dal punto di vista energetico e completamente alimentato da fonti di energia rinnovabile in loco e/o off-site e offset. WorldGBC intende lanciare a fine 2019 una estensione dell’iniziativa per includere anche il contributo dell’’embodied carbon”.

In Europa questo obiettivo è realizzabile in quanto già dal 2020 tutti i nuovi edifici dovranno essere NZEB e quindi nei successivi 10 anni è plausibile possibile siano introdotte tecnologie e normative che riducano anche l’energia incorporata arrivando, se non a net zero carbon emission, a minimizzare la CO2 associata ai nuovi edifici.

L’iniziativa del WorldGBC ha trovato riscontro anche a scala urbana. Il “Global Covenant of Majors for Climate & Energy” e il C40 Cities (Climate Leadership Group), gruppo di cui sono membri in Italia anche le città di Milano e Roma, hanno sottoscritto la partecipazione all’iniziativa, dichiarando “We pledge to enact regulations and/or planning policy to ensure new buildings operate at net zero carbon by 2030 and all buildings by 2050”.

Misurare l'impronta di carbonio degli edifici: l’approccio al Ciclo di Vita

Se l’obiettivo NZEB, almeno per gli edifici nuovi, è tecnicamente raggiungibile in Europa nel breve termine, ovvero di fatto quasi eliminare le emissioni di carbonio associate all’uso degli edifici, associate all'energia utilizzata per riscaldare, raffreddare, illuminare e alimentare gli edifici, nell’ottica di un bilancio complessivo rispetto al ciclo di vita, le emissioni associate alla produzione, il trasporto e lo smaltimento dei materiali da costruzione e il processo di costruzione stesso (ad es. dalla culla al cantiere), cosiddetto “carbonio incorporato”, potrebbero aumentare progressivamente il proprio contributo relativo. Attualmente si stima che il contributo di emissioni di CO2 relative all’uso dei materiali negli edifici è del 28% delle emissioni totali attribuite agli edifici su base annuale.  

La Commissione Europea stessa affronta in una prospettiva più ampia la decarbonizzazione, promuovendo le prestazioni degli edifici in un approccio “ciclo di vita” e prendendo in considerazione il connubio economia circolare -riduzione delle emissioni di gas ad effetto serra, quale il nuovo schema “LEVELs", introduce uno specifico approccio alla misura dell’impronta di carbonio degli edifici. Questo combina il contributo dei consumi energetici con quello del “carbonio incorporato”, entrambi ricondotti ad un unico indicatore quale [kg CO2eq./m2/anno].    

Alcuni governi europei si stanno già dotando di politiche per agire anche su questo altro fronte di riduzione. La Francia, che nella Strategia a basso tenore di carbonio (2015) si è data degli obiettivi per il settore edile del 50% al 2030 rispetto al 2015 e dell'87% al 2050, ha lanciato nel 2018 lo schema di etichettatura volontaria “E + C-“ (energia positiva e riduzione del carbonio) che diventerà obbligatorio dal 2020 per gli edifici nuovi. Le prestazioni ambientali degli edifici sono determinate da una LCA dell'edificio, per un periodo di riferimento di 50 anni, dalla sua costruzione alla fine della sua vita, compresi emissioni di “carbonio incorporato”. Gli obiettivi sono la riduzione delle emissioni di gas serra e altri impatti ambientali, incoraggiare la valutazione sistematica dell’impronta ambientale degli edifici, promuovere l'uso di materiali biologici e basati sui rifiuti. L’etichettatura E + C- fornisce un bonus agli high performer che soddisfano il requisito di prestazione di carbonio concedendo ulteriori diritti per superficie coperta lorda.

I sistemi di rating energetico-ambientali per gli edifici (e.g. LEED, BREEAM, DGNB) sia nell’ambito dei crediti relativi all’efficienza energetica che in quelli relativi all’LCA, richiedono la rendicontazione del contributo in termini di impronta carbonio. LEED v4.1 ha recentemente introdotto una nuova metodologia semplificata di calcolo e ha lanciato una piattaforma educativa LEED Zero per formare i suoi professionisti sulle tematiche relative a “zero energia, acqua e rifiuti”.

Sulla base di queste sollecitazioni alla quantificazione dell’impronta di carbonio a livello di edifici, il mondo del Real Estate, sta iniziando a dotarsi di strumenti adeguati. La Royal Institution of Chartered Surveyors (RICS), l'organismo professionale leader a livello mondiale per qualifiche e standard in materia di terreni, proprietà, infrastrutture e costruzioni, ha pubblicato delle linee guida sull’ “Embodied carbon” (impronta carbonio) per i propri membri. La stessa prescrive un approccio ciclo di vita per ridurre le emissioni di carbonio negli edifici e propone una metodologia per l'interpretazione e implementazione di una nuova metodologia per la valutazione ambientale, conforme alle normative europee (EN 15978 - Sostenibilità delle costruzioni - Valutazione della prestazione ambientale degli edifici - Metodo di calcolo). 

I materiali da costruzione e LCA

In fase di progettazione, molti sono i fattori considerati nella scelta della tipologia e quantità dei materiali da costruzione, incluso il costo di costruzione, il contesto culturale, l’applicabilità delle tecniche di costruzione a determinati edifici, tipi e sostenibilità dell'offerta di materiale. Una migliore progettazione degli edifici, l’estensione del ciclo di vita, la riduzione dei rifiuti da costruzione, il riutilizzo e riciclaggio sono strategie di efficienza in grado di ottimizzare l'utilizzo del materiale e ridurre il “carbonio incorporato” negli edifici. 

L’utilizzo di strumenti LCA in fase di progettazione, combinati coi modelli di analisi strutturale ed energetica, può consentire una migliore comprensione di come la scelta dei materiali influenzi nel contempo la componente relativa ai consumi di energia in fase di uso e il carbonio incorporato. Un esempio è la massa termica e durabilità di alcuni materiali a fronte del loro contenuto di carbonio. 

I produttori di materiali stanno portando avanti attività di ricerca finalizzate a sviluppare soluzioni a bassa impronta di carbonio che assicurino, o migliorino, le prestazioni in opera. In un edificio gli elementi strutturali, acciaio e calcestruzzo, sono le componenti principali e pesano fino all’85% del totale. L’industria del calcestruzzo si impegna da anni nella riduzioni del contenuto di CO2. Il calcestruzzo ha un basso coefficiente di carbonio incorporato rispetto ad altri comuni materiali da costruzione, con in media, 200 kgCO2eq/t, determinato dalla componente cementizia, che per sua natura si fa carico di una componente di CO2 da processo (circa il 60% del totale) difficilmente riducibile.
I produttori di cemento hanno avviato attività di ricerca per la cattura di questa componente a livello di impianto produttivo, per il suo successivo utilizzo o sequestrazione . Già oggi, nell’ambito dei diversi mix-design, possono essere utilizzati, in particolari per usi non strutturali e non rinforzati, calcestruzzi a ridotta impronta CO2 contenenti cementi con materiali secondari (loppe di altoforno, ceneri) o nuovi leganti idraulici. L’ottimizzazione delle strutture, garantendo il rispetto delle norme di sicurezza e durabilità, può consentire la scelta appropriata. Sono oggi disponibili sul mercato calcestruzzi ad alta resistenza (UHSC – Ultra High Strenght Concrete) e fibrorinforzati che, utilizzati per applicazioni specifiche, consentono di ridurne il carbonio incorporato rispetto ai materiali tradizionali. 

Anche lo strumento dell’LCA si sta diffondendo tra i produttori di materiali che l’utilizzano già a livello di ricerca e sviluppo di nuovi materiali, in particolare per l’ottimizzazione dell’indicatore di GWP (Global Warming Potential). Ad esempio il settore del cemento/ calcestruzzo a livello mondiale dispone di un software dedicato per il calcolo LCA che consente anche la pubblicazione di EPDs (Environmental Product Declarations) di prodotto armonizzate e conforme agli standard e normative vigenti.

Uno studio di Material Economics, supportato da NGOs e istituti di ricerca europei, traccia uno scenario ipotetico di lungo periodo, al 2050, del contributo alla riduzione delle emissioni di CO2 dei materiali che può essere associato all’economia circolare. L'analisi mostra che le emissioni di CO2 dai materiali negli edifici potrebbe essere ridotte di quasi la metà, considerando una vita più lunga degli edifici: le maggiori riduzioni derivano da strategie di efficienza dei materiali (meno rifiuti, minori sovradimensionamenti, uso di materiali ad alta resistenza) e il riuso. Questo approccio sottolinea di fatto che la durabilità dei materiali, che solamente un approccio “life cycle” può consentire di valorizzare, è una componente di primaria importanza per la valutazione dell’impronta di carbonio.

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Figura 1 – Il potenziale di uno scenario circolare per la riduzione delle emissioni degli edifici nel 2050 nella UE

Ci sono opportunità di recuperare il calcestruzzo alla fine della vita utile, la parte grossolana per produrre nuovi aggregati e le polveri per il riutilizzo nel cemento. Sono disponibili tecnologie per la demolizione selettiva, ad esempio basata sulla sensoristica, ma ancora poco diffuse. Oltre allo sviluppo e diffusione delle tecnologie di demolizione, è necessario istituire il quadro normativo e adattare gli standard per valorizzare i materiali riciclati. Dati i costi di trasporto, il mercato per il calcestruzzo recuperato deve per lo più essere locale, o addirittura integrare la demolizione delle strutture esistenti direttamente nella produzione di materie prime per gli edifici sostitutivi.

Lo sforzo condiviso della filiera delle costruzioni per edifici a ridotta impronta di carbonio

Affinché il settore delle costruzioni dia il proprio contributo alla decarbonizzazione, è necessario un approccio basato sulle prestazioni per la progettazione di edifici a ridotta impronta di carbonio, che consente di valutare l'efficienza delle risorse e gli impatti ambientali correlati, durante tutto il ciclo di vita degli edifici.

Questo approccio è reso possibile dalla digitalizzazione che potrebbe aiutare a superare molte delle barriere al miglioramento dell'uso dei materiali grazie all’utilizzo coordinato di dati e informazioni lungo la filiera. Un uso più avanzato del BIM  è un elemento centrale dello scenario circolare e a bassa impronta di carbonio. Il BIM può abilitare alcune opportunità’ circolari negli edifici: minimizzare i rifiuti di materiali da costruzione gestendo strettamente il flusso di materiali da costruzione; creare piattaforme condivise o scambi per il flusso di componenti a fine vita per il riutilizzo e di materiali per il riciclaggio; rendere possibile l’applicazione di tecniche di costruzione avanzate che sono necessarie per ridurre la sovraspecifica (es. stampanti 3D, prefabbricazione); e servire come repositorio per le informazioni richieste per gli edifici come “banche materiali”.

Inoltre le normative dovrebbero favorire l'armonizzazione tra progettazione strutturale e progettazione della sostenibilità degli edifici, consentendo una più agevole integrazione dei criteri strutturali e di sostenibilità nel processo di progettazione, e affrontando i requisiti di base per le opere di costruzione del regolamento sui prodotti da costruzione (CPR). 

Al contempo dovrebbero essere sviluppate le capacità a livello di progettisti innanzitutto nella comprensione delle nuove logiche di costruzione di edifici Net Zero Carbon e nell’applicazione integrata dei nuovi strumenti. Passare da edifici NZEB, ai sensi dell’attuale definizione normativa, ad edifici “Net Zero Carbon” comporta la necessità di un ulteriore sforzo di integrazione fra le discipline professionali ognuna delle quali dovrà svolgere il proprio lavoro tenendo in considerazione l’obiettivo comune di azzeramento delle emissioni. I rating energetico-ambientali saranno utili strumenti per l’efficace coordinamento di questo processo.

Questa evoluzione rappresenta un’opportunità per i professionisti sia in termini di evoluzione del servizio che di nuove professionalità da formare.


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