Il cemento potrebbe diventare un utile sequestrante di CO2?

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo     

a cura di Rinaldo Cervellati

(*Fonte: c&en news: Cement could be a helpful carbon sink, 22/11/2012)

Per cemento s’intende una varietà di materiali da costruzione, noti come leganti idraulici, che, miscelati con acqua, mostrano proprietà adesive e sono, come noto, largamente impiegati in edilizia.

Dal punto di vista chimico si tratta in generale di una miscela di silicati e alluminati di calcio, ottenuti dalla cottura ad alta temperatura di opportune miscele di calcare e argilla, oppure di marna, una roccia sedimentaria composta di una frazione argillosa e da una frazione carbonatica costituita generalmente da calcite (carbonato di calcio, CaCO3), oppure da dolomite (carbonato doppio di magnesio e calcio, MgCa(CO3)2).

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Marna

fig-1-cemento-6 È quindi chiaro che la fabbricazione del cemento richiede grandi quantità di calore e rilascia grandi quantità di diossido di carbonio. Il calore infatti trasforma il calcare (carbonato di calcio) in ossido di calcio e la miscela che ne deriva viene denominata clinker[1]. Questo processo, chiamato calcinazione[2], è responsabile di circa il 5% delle emissioni di diossido di carbonio (CO2) dovute ad attività umane, che come noto possono alterare il clima del nostro Pianeta.

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Tuttavia un recente studio riporta che il cemento stesso può aiutare a ridurre queste emissioni. Un team internazionale di 19 ricercatori guidato dal Dott. Zhu Liu del Resnick Sustainability Institute al Caltech, ha stimato che il 43% di CO2 rilasciata da calcinazione di cemento tra il 1930 e il 2013 è stato riassorbito dallo stesso cemento fabbricato durante quel periodo [1].

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Dr. Zhu Liu

Non solo la riduzione delle emissioni di CO2 ma anche la rimozione di questo gas dall’atmosfera è una parte significativa di quello che molti scienziati del clima sostengono si debba fare per evitare le gravi conseguenze derivanti dal cambiamento climatico. “Non è la piccola quantità di CO2 che può essere rimosso dall’atmosfera”, dice Phil Renforth, che studia il sequestro del carbonio all’Università di Cardiff, “ciò che è interessante di questo studio è che parte della richiesta di rimozione di CO2 dall’atmosfera può già essere soddisfatta dalla carbonatazione naturale del cemento[3]. La sfida è la progettazione di opportune procedure che tengano conto dell’influenza di questo fenomeno nel ciclo di vita del cemento “.

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Dr. Phil Renforth

La carbonatazione è il processo mediante il quale il cemento sottrae CO2: i composti idrati nel cemento (principalmente idrossido di calcio e silicati di calcio e alluminio) reagiscono con il CO2 nell’aria per formare carbonati. Gli ingegneri conoscono da tempo questo processo perché può influenzare la stabilità del cemento. Il team guidato da Zhu Liu ha voluto quantificare il livello di carbonatazione del cemento.

I ricercatori hanno raccolto i dati sulla produzione globale di cemento dal 1930 al 2013, i tipi di prodotti cementizi, la durata e i destini di questi prodotti e dei loro scarti. Hanno quindi utilizzato un modello analitico computerizzato per stimare la carbonatazione per i diversi prodotti cementizi, basato sulle proprietà del cemento misurate sperimentalmente o riportate in letteratura. Il loro modello suggerisce che il cemento ha sequestrato circa 4,5 miliardi di tonnellate di carbonio dal 1930. E il tasso di sequestro annuale è stato sempre più elevato, raggiungendo 0,25 miliardi di tonnellate di carbonio nel 2013. Il tasso di carbonatazione nel 2013 è equivalente al 22,7% della media annua del carbonio globale assorbito dalle foreste e a circa il 2,5% delle emissioni globali di carbonio da attività umane nello stesso anno.

In base al modello, la Cina è diventata prima nella carbonatazione del cemento a causa del boom edilizio. Dal 1994, il cemento cinese ha sequestrato più CO2 rispetto al cemento di tutte le altre parti del mondo. Prima di allora, la maggioranza della carbonatazione avveniva negli Stati Uniti e in Europa. Liu sostiene che gli studi precedenti sui sottrattori di CO2 si sono concentrati su riserve naturali mentre il messaggio importante del lavoro del suo gruppo è che anche un sistema umano come il cemento può essere visto come un sottrattore di biossido di carbonio.

Ma il Dott. Thomas Gasser, che lavora su modelli climatici presso l’International Institute for Applied Systems Analysis (Laxenburg, Austria), sottolinea che il cemento non si può considerare esattamente come un sottrattore convenzionale perché la sua fabbricazione rilascia CO2. Il modo migliore per riassumere il nuovo studio, dice Gasser, “è quello di dire che la produzione di cemento in realtà ha un minore impatto sul clima di quanto si pensasse, dal momento che al netto emette meno CO2.

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Dr. Thomas Gasser

Aggiunge il Dott. Renforth: “Le stime di carbonatazione suggeriscono che la produzione di cemento potrebbe ipoteticamente diventare un processo al netto negativo per l’emissione di CO2 se i produttori utilizzassero una tecnologia di sequestro del biossido di carbonio dai gas di scarico dei loro impianti per rendere la produzione di cemento a emissioni zero.” Tuttavia, dice anche: “Ci vorrebbe una infernale mole di lavoro per ottenere questi risultati [e a un costo ragionevole] “.

[1] Fengming Xi et al. Substantial global carbon uptake by cement carbonation, Nature Geoscience, on-line 21 november 2016, DOI: 10.1038/ngeo2840.

[1] Al clinker vengono poi aggiunti altri materiali come gesso, sabbie, ecc. ottenendo vari tipi di cemento con diverse definite proprietà.

[2] Questa reazione, così esemplificata: CaCO3 ® CaO + CO2 alle alte temperature dei forni di fabbricazione del cemento, è molto veloce.

[3] La reazione di carbonatazione del cemento, così esemplificata: Ca(OH)2 + CO2 (dall’aria) ® CaCO3 + H2O a temperatura ambiente è un processo lento.

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9 thoughts on “Il cemento potrebbe diventare un utile sequestrante di CO2?

  1. Mi ero ripromessa di non frequentare questo blog, ma per puro caso mi sono imbattuta in questo articolo e mi dispiace dire che contiene inesattezze. Invito l’autore a controllare meglio le proprie fonti e a chiedere a chi è esperto del settore. La paura dell’incremento di CO2 è tale da portare agli eccessi, che di scientifico non hanno più nulla. Si confondono i cementi idraulici con quelli aerei. La carbonatazione è la reazione di presa ed indurimento delle calci aeree, mentre è un fenomeno degradativo grave se avviene nel calcestruzzo armato. I tecnologi del calcestruzzo sanno come preparare gli impasti in modo da minimizzare gli effetti della carbonatazione. La produzione delle calci aeree per calcinazione dei carbonati è relativamente bassa rispetto alla produzione di cementi idraulici. Leggo con preoccupazione che progetti assurdi, ma che contengono l’aggettivo sostenibile, trovino finanziamenti ed attenzione. Mi dispiace inoltre che si siano spente le voci critiche, e si va a rimorchio di un giovanilismo senza più freni in nome dell'”abbattimento della CO2″. Parole in libertà di cui si rende conto lo stesso gasser che in un finale moto di resipiscenza dice “Ci vorrebbe una infernale mole di lavoro per ottenere questi risultati [e a un costo ragionevole] “.
    No meglio, basterebbe che i valutatori facessero bene il loro mestiere e a costo zero.

  2. Il progetto è assurdo e ridicolo. La produzione di CO2 durante la calcinazione è più grande di quella che si libera dal calcare, perché il processo avviene ad alta temperatura e bisogna utilizzare grandi quantità di combustibile. Se tutta la calce che si ottiene si carbonata, come ovviamente deve fare la calce aerea per far presa ed indurire, avrebbe ripreso esattamente la CO2 liberata dal calcare, ma non quella liberatasi dalla combustione di eventuali combustibili fossili utilizzati per mantenere la temperatura del forno a circa 800°C. Per quanto riguarda i cementi idraulici, come detto, questi non dovrebbero neanche carbonatarsi, pena lo sbriciolamento.

  3. Cara Rosa ringraziandoti del commento ti faccio notare che l’autore, Rinaldo Cervellati ha riportato il contenuto dell’articolo di C&EN a sua volta riassumente un articolo di Nature Geo. con le varie posizioni che sono esattamente nella direzione che tu dici, che chiariscono la questione molto bene ; ho aggiunto una foto con l’articolo in abstract di Nature Geoscience, il quale invita a rifare i conti tenendo conto della carbonatazione tenendo conto cioè del significativo effetto di riassorbimento che si verifica durante TUTTA la vita del cemento compreso lo smaltimento ; desiderato o meno dal punto di vista strutturale (nella fase di uso come tu ben descrivi) tale fenomeno di riassorbimento è INEVITABILE e avviene comunque , si tratta solo di tenerne conto e di rifare il calcolo complessivo che porterebbe come è già chiaramente scritto nel post a rendere solo un po’ meno pesante il bilancio complessivo della produzione di cemento e calce; tutto qui, nessuna cosa strana o da riscrivere nel post; nel post SE leggi con attenzione troverai la frase: Gli ingegneri conoscono da tempo questo processo perché può influenzare la stabilità del cemento che dice ESATTAMENTE quel che tu dici sugli effetti strutturali. Direi che non c’è proprio nulla che non va nel testo di Rinaldo. Invece c’è una quota misurabile di riassorbimento di CO2 da stimare con esattezza e finora non ben considerata nei calcoli climatici; noto di passaggio che sarebbe certamente utile anche a Nature Geoscience o a C&EN ricevere un tuo produttivo commento; grazie.

  4. Vorrei aggiungere anch’io un breve commento ma in positivo ; la penetrazione del CO2 nel cemento con gli effetti dovuti all’acidificazione (corrosione dell’acciaio e shrinkage, ma anche una parziale crescita di alcuni indicatori meccanici) per mera diffusione è del tutto inevitabile e avviene ad una velocità tipica dei processi di diffusione porosa cioè in radice quadrata del tempo (eq. di Washburn) ; questa cosa fa si che in tempi lunghi a meno che non sia adeguatamente protetto dalla corrosione il cemento armato è destinato ad essere distrutto, ossia non è un duraturo materiale da costruzione; possiamo prevedere che entro al massimo un paio di secoli tutti i nostri edifici attuali e le nostre infrastrutture siano inusabili a meno di non essere costosamente manutenute e modificate (in due secoli la diffusione sarebbe di almeno 10 cm); questo è un buon tema di discussione o di ricerca su cui esercitarsi; cosa sostituire o come modificare il cemento armato? quale è il futuro delle costruzioni? che ruolo può avere la chimica?

  5. È un dato di fatto che l’articolo del blog contiene inesattezze e gli epic fail andrebbero gestiti diversamente. Bisognerebbe che gli scienziati se veri si limitassero al proprio campo e non facessero indebite incursioni in campi altrui, ci si può permettere di dire la qualunque solo perché questo blog non è frequentato da ingegneri? Certo che tutte ciò che è stato prodotto dall’uomo è destinato a scomparire insieme alla civiltà, ma da qui a dire le cose scritte ce ne corre. Il ruolo della chimica nell’ingegneria, se si continua così, sarà ancillare (o giullare?).

  6. In realtà ho già scritto, ma l’assertivo della volpe non si abbassa a leggere i testi altrui, lui semplicemente li condanna a priori sventolando articoli che neanche legge per intero

  7. Rosa finchè non descriverai le frasi e i testi scorretti o addirittura sbagliatissimi non potrò cambiarli; nel frattempo ti pregherei di scrivere a Nature Geo. o C&EN nel medesimo modo che hai fatto oggi qui e sei sicura di ottenerne risposte inequivocabili!!

  8. Ho inteso soltanto riportare una notizia proveniente da Chemistry&Engineering News mettendo nel titolo del post un punto interrogativo…

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