Il materiale trattiene più della metà del suo peso in CO2 trasformandosi in un pozzo di carbonio
Utilizzando acqua di mare, elettricità e anidride carbonica un team di ricercatori della Northwestern University è riuscito a sviluppare un nuovo cemento carbon negative in grado anche di immagazzinare la CO2.
La produzione di cemento è uno dei settori più difficili da decarbonizzare, principalmente a causa dell’elevato consumo di energia richiesto dal processo e delle ingenti emissioni di CO2 rilasciate in atmosfera. Per questo motivo, numerosi studi si sono concentrati sulla possibilità di catturare e immagazzinare l’anidride carbonica direttamente all’interno del processo produttivo.
Elettrizzare l’acqua di mare
Il metodo messo in pratica dalla Northwestern University cattura permanentemente la CO2 e la trasforma in materiali utili per la produzione di cemento, calcestruzzo, intonaco, vernici e addirittura idrogeno “combustibile”.
“Cemento, calcestruzzo, vernici e intonaci sono tradizionalmente composti o derivati da minerali a base di calcio e magnesio, spesso ottenuti da aggregati, cioè quella che chiamiamo sabbia. Attualmente, la sabbia viene estratta tramite attività minerarie da montagne, letti dei fiumi, coste e fondali oceanici. In collaborazione con Cemex, abbiamo sviluppato un approccio alternativo per ottenere sabbia, non scavando nella Terra, ma sfruttando elettricità e CO2 per far crescere materiali simili alla sabbia nell’acqua di mare”, sottolinea il professor Alessandro Rotta Loria, docente della Northwestern ed autore dello studio.
Per produrre cemento carbon negative, i ricercatori hanno applicato una corrente elettrica all’acqua di mare, separando le molecole d’acqua in gas idrogeno e ioni idrossido. Contemporaneamente, è stata iniettata CO2 nel liquido, aumentando la concentrazione di ioni bicarbonato.
Questo processo ha innescato una reazione chimica che ha portato alla formazione di minerali solidi, come il carbonato di calcio e l’idrossido di magnesio, con la capacità intrinseca di immagazzinare CO2.
L’ispirazione dai molluschi di mare
Come sottolinea Loria, il meccanismo è molto simile a quello utilizzato da coralli e molluschi per formare i loro gusci: un processo che sfrutta l’energia metabolica per convertire gli ioni disciolti in carbonato di calcio. In questo caso, però, i ricercatori hanno utilizzato energia elettrica per avviare il processo e hanno accelerato la mineralizzazione con l’iniezione di CO2.
Il materiale così creato può sostituire la sabbia nel calcestruzzo e può essere utilizzato anche per produrre cemento, intonaco e vernici. A seconda delle condizioni sperimentali inoltre è possibile variare le proprietà del materiale, modificando la composizione chimica o la densità e la stessa porosità rendendolo adatto a scopi ed utilizzi differenti.
Stoccaggio di CO2 assicurato
Il materiale ottenuto con questo processo può trattenere oltre la metà del suo peso in CO2, a seconda della composizione minerale. Ad esempio, con un rapporto equilibrato tra carbonato di calcio e idrossido di magnesio, 1 tonnellata del materiale può immagazzinare più di mezzo tonnellata di CO2. Inoltre, secondo Loria, se utilizzato come sostituto della sabbia o della polvere, non comprometterebbe la resistenza del cemento o del calcestruzzo.
L’industria potrebbe applicare questa tecnica in reattori modulari e scalabili, evitando di operare direttamente negli oceani per non danneggiare gli ecosistemi marini. Questo permetterebbe un controllo accurato della chimica delle acque, garantendo che l’acqua trattata venga reimmessa nell’ambiente solo dopo adeguate verifiche ambientali.
Attualmente, il settore del cemento è responsabile dell’8% delle emissioni globali di CO2, rendendolo il quarto maggiore emettitore al mondo. Se si considera anche la produzione di calcestruzzo, l’impatto è ancora maggiore.
Loria ed il suo team immaginano un futuro in cui parte di questa CO2 possa essere riutilizzata per produrre materiali da costruzione più sostenibili. Ipoteticamente, sottolineano i ricercatori, se gli impianti di cemento e calcestruzzo fossero situati lungo le coste, potrebbero sfruttare l’oceano adiacente per alimentare reattori dedicati, in cui la CO2 viene trasformata, grazie all’energia pulita, in materiali utilizzabili nell’edilizia e cemento carbon negative.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Advanced Sustainable Systems.