Rifiuti di pesce, di gamberetti e gusci di aragosta e di granchio ... per migliorare il calcestruzzo

USA: un gruppo di ricerca della Washington State University ha sviluppato miscele utilizzando la chitina derivata dalle conchiglie. La sostanza migliora le prestazioni del calcestruzzo quando viene sostituita con parte del contenuto di cemento. Il lavoro ha dimostrato che sono necessari volumi inferiori del materiale supplementare rispetto agli additivi esistenti. 

E se mangiare pesce facesse bene anche al calcestruzzo ?

I ricercatori della WSU hanno ricevuto una sovvenzione del Dipartimento dell'Energia (DOE) per una ricerca mirata alla verifica della possibilità di utilizzare i rifiuti di pesce di gamberetti e gusci di granchio per migliorare il calcestruzzo. Il lavoro - secondo i ricercatori - potrebbe portare a un calcestruzzo più durevole e, così facendo, ridurre le significative emissioni di carbonio che entrano nella produzione di calcestruzzo.

Guidato da Somayeh Nassiri, assistente professore, Michael Wolcott, professore Regents, e Hui Li, assistente professore di ricerca presso il Composite Materials and Engineering Center, il team interdisciplinare comprende anche ricercatori dei Pacific Northwest National Laboratories.

10 miliardi di tonnellate di calcestruzzo: un potenziale enorme di miglioramento

Ogni anno vengono prodotti circa 10 miliardi di tonnellate di calcestruzzo, il che lo rende il secondo materiale più utilizzato al mondo dopo l'acqua. Può essere realizzato con materiali disponibili localmente, si forma facilmente ed è molto resistente quando si solidifica. Allo stesso tempo, a causa dell'uso massiccio, l'industria del cemento e del calcestruzzo è una delle più energetiche e ad alta intensità di carbonio di tutte le industrie manifatturiere. Fare cemento richiede alte temperature (1500 ° C) e combustione di combustibili. Il calcare utilizzato nella sua produzione passa anche attraverso la decomposizione che produce anidride carbonica. La produzione di cemento è responsabile tra il 7 e il 10% delle emissioni totali di carbonio nel mondo.

"Inoltre, proprio perchè il calcestruzzo è utilizzato in tutto il mondo per una grande varietà di scopi grazie alla sua economicità e versatilità, enorme è l'impegno da mettere in gioco per la sua durabilità" ha affermato il prof. Nassiri "L'acqua penetra nelle fessure non riparate e può causare corrosione nel cemento armato, che è un altro costoso lavoro di riparazione. Una volta che le crepe si sviluppano, che si tratti di ponti, marciapiedi o dighe, devono essere trattate."

E il professore prosegue con alcune considerazioni molto note anche in Italia: "Uno dei motivi per le fessurazioni è che la quantità di acqua necessaria nella produzione di calcestruzzo non è una scienza esatta. A volte il cemento si imposta mentre viene trasportato in un sito o attende al lavoro, il che significa che il carico deve essere rifiutato. A volte, se si è impostato prematuramente, gli appaltatori aggiungono acqua per mantenere il calcestruzzo lavorabile, il che rende il prodotto finale più debole e potrebbe portare a fessurazioni."

I professori Somayeh Nassiri e Hui Li con un campione di nanochitina (fonte WSU.EDU)

Il progetto di ricerca per il riuso degli scarti di pesce nel calcestruzzo

Nell'ambito della sovvenzione biennale di 644.000 dollari del programma ARPA-E (Agenzia per i progetti di ricerca avanzata) del DOE, i ricercatori hanno utilizzato nanomateriali a base biologica a base di gamberetti e gusci di granchio per rafforzare la pasta di cemento su scala atomica. Il programma ARPA-E sostiene progetti di tecnologia energetica innovativi e non convenzionali che potrebbero portare a tecnologie dirompenti.

"Quello che ci proponiamo di fare è aumentare la durabilità e mitigare i problemi di fessurazione del calcestruzzo, in modo che non debba essere riparato così spesso", ha detto Nassiri. "In questo modo, non dobbiamo usare così tanto cemento ad alta intensità di carbonio".

Gamberetti e gusci di granchio sono fatti di chitina, una molecola polimerica organica con una struttura altamente ordinata. I ricercatori stanno usando la chitina per creare un additivo per migliorare il calcestruzzo.

"Abbiamo esaminato una fonte di biomassa molto non convenzionale che è abbondantemente disponibile nei rifiuti di pesce", ha detto Nassiri. "È molto sottoutilizzato e spesso scartato, rendendolo un ottimo candidato. Forse possiamo trasformare quei rifiuti indesiderati in un additivo per il cemento desiderato. "

I ricercatori hanno lavorato con un biopolimero simile, la cellulosa, e credono di poter derivare proprietà dalla chitina per migliorare le proprietà ingegneristiche desiderabili per il calcestruzzo.

"Conoscevamo le proprietà fisiche, chimiche e ingegneristiche che questo nuovo prodotto avrà e avevamo un'ottima comprensione di ciò che avremo", ha detto. “Tutto era teorico sulla carta, ma avevamo una giustificazione scientifica. È così che abbiamo formato la nostra ipotesi. "

Man mano che aggiungono la nanochitina lavorata al calcestruzzo, sono in grado di migliorare e indirizzare le sue proprietà, inclusa la sua fluidità, il tempo di presa, la forza e la durata.

"Può essere progettato per darti esattamente quelle proprietà ricercate e ricercate che vuoi ottenere con il tuo calcestruzzo", ha detto. "Stiamo ottenendo un miglioramento della forza e vorremmo essere in grado di personalizzare e mettere a punto la fluidità del calcestruzzo."

Nell'ambito del progetto, i ricercatori stanno studiando la fattibilità di mercato del loro prodotto per l'industria del calcestruzzo, ad esempio come soddisfare la domanda di produzione, la sua efficacia in termini di costi e la sua durata.

"Se stiamo sviluppando un calcestruzzo che utilizza meno acqua e meno cemento ed è più forte e più durevole, possiamo ridurre la necessità di lavori di sostituzione e riparazione e ottenere un'infrastruttura più conveniente che potrebbe trasformare il mercato delle costruzioni negli Stati Uniti", Nassiri disse. "Quindi, a tutte quelle grandi aziende di pesce, non buttate via i gamberetti o i gusci di granchio. Possiamo usarlo nel calcestruzzo. "

Fonti:

• Global Cement
• Washington State University