Sistema innovativo del processo di aerazione e nel mix design dei componenti che compongono il Bio-Aerated Autoclavated Concrete (BAAC), un bio-cemento per l’edilizia innovativo sotto il profilo del risparmio energetico e della sostenibilità ambientale. L’innovazione riguarda il processo di produzione ed è costituita principalmente dalla tecnologia utilizzata per la realizzazione dell’agente aerante, e in particolare dall’impiego di microorganismi (lieviti), che insieme al perossido di idrogeno generano l’ossigeno necessario alla formazione della porosità e la riduzione della densità del blocco, ottenendo valori di resistenza meccanica alla compressione e di conducibilità termica del tutto in linea con i valori degli analoghi prodotti commerciali.

Stato del brevetto

DEPOSITATO

Numero di priorità

102017000101039

Data di priorità

08/09/2017

Licenza

ITALIA

Mercato

L’isolamento termico e la staticità antisismica di un fabbricato sono  aspetti qualificanti che promuovono l’uso di materiali con forte potere di isolamento termico, leggeri, resistenti e duraturi. I cementi AAC (cementi aerati autoclavati) rispondono a tali requisiti e pertanto si prevede un incremento del loro utilizzo nell’edilizia di nuova costruzione così come nella riqualificazione dell’esistente, anche per rispondere agli obblighi previsti dalle direttive dell’Unione Europea. Solo in Italia, più del 50% del patrimonio presenta inadeguatezze dal punto di vista dell’efficienza energetica e pertanto deve essere riqualificato in termini di prestazione energetica e di resistenza sismica secondo le attuali normative in materia. All’estero sono molto attivi il mercato cinese e del nord Europa, sia come utilizzatori che come produttori di AAC, pertanto è possibile ipotizzare che, qualora il BAAC (Bio-Aerated Autoclavated Concrete) si affermasse come prodotto alternativo, potrebbe essere considerata la sua diffusione sul mercato globale:

  • 2019: $17,7 mld
  • 2027: $28,3 mld (+7,2% / anno)

Problema

La Direttiva EU 31/2010 richiede che tutti i nuovi edifici costruiti nell’Unione Europea devono essere “energeticamente neutrali”. L’innovazione tecnologica introdotta dal BAAC può contribuire in modo sostanziale alle richieste tecnologiche necessarie a fare fronte a tali obblighi. Solo in Italia, più del 50% del patrimonio edilizio è stato realizzato nel quarantennio compreso tra gli anni ’50 e gli anni ’90 dello scorso secolo e presenta inadeguatezze dal punto di vista dell’efficienza energetica, e pertanto deve essere riqualificato in termini di prestazione energetica e di resistenza sismica secondo le attuali normative in materia. L’isolamento termico e la staticità antisismica del fabbricato sono senz’altro gli aspetti qualificanti che promuovono l’uso di materiali, come i cementi AAC, con forte potere di isolamento termico, leggeri, resistenti e duraturi. I calcestruzzi AAC ora in commercio hanno un impatto economico sfavorevole sui costi di costruzione dei fabbricati rispetto ad altre soluzioni costruttive e questo al momento ne limita il loro impiego. Inoltre, l’alluminio metallico in base alle condizioni di stoccaggio e utilizzo presenta classi di rischio di infiammabilità ed esplodibilità variabili da St1 (debole) a St3 (massima) e per tale motivo richiede l’adozione di specifiche prescrizioni di prevenzione contro gli incidenti accidentali.

Limiti attuali tecnologie / Soluzioni

Il calcestruzzo aerato autoclavato (AAC) convenzionale è prodotto a partire da una miscela di vari componenti: cemento portland, calce, acqua, gesso e sabbia, denominata boiacca. A questi reagenti si aggiunge la polvere di alluminio metallico la cui reazione con l’idrossido di calcio determina la formazione di idrogeno che determina la riduzione della densità al prodotto finale. Il processo di maturazione finale avviene all’interno di autoclavi operanti a temperature comprese tra 160°C e 200°C che ne determineranno il consolidamento finale e l’aumento delle proprietà meccaniche. I cementi AAC convenzionali sono commercializzati principalmente con densità variabili tra 300 e 800 Kg/m3 in base al tipo di applicazione a cui sono destinati: murature portanti e di tamponatura, cappotti per l’isolamento termico e acustico, barriere ignifughe e in applicazioni antisismiche. Il processo di produzione dei calcestruzzi AAC commerciali presenta alcuni aspetti di criticità sia in termini di maggiori prescrizioni di sicurezza dell’ambiente di lavoro (rischi di incendio e esplosione dovuto alla manipolazione dell’alluminio metallico), che per il fabbisogno energetico necessario nel processo di lievitazione della boiacca (temperatura di 60°C). Inoltre, i calcestruzzi AAC ora in commercio hanno un impatto economico sfavorevole sui costi di costruzione dei fabbricati rispetto ad altre soluzioni costruttive e questo al momento ne limita il loro impiego.

Killer Application

La tecnologia consente di realizzare una serie di innovativi bio-cementi autoclavati (BAAC) con differenti densità target (300, 500, e 800 Kg/m3 ) dotati di resistenza meccanica, isolamento termico, isolamento acustico, resistenza al fuoco, inerzia termica, capacità traspirante, effetto antisettico e ridotto impatto ambientale in termini di risparmio energetico e riciclo delle materie da impiegare come elementi costruttivi  innovativi per la realizzazione di manufatti per la bio-edilizia.

In un’ottica di economia circolare e di “green economy” sono stati, infatti, studiati anche nuovi mix design basati su componenti ricavati da sottoprodotti di altri processi industriali con l’obiettivo di migliorarne la sostenibilità economica e ambientale. Inoltre sono state studiate possibili soluzioni per conferire al materiale le proprietà antisettiche che eliminino o riducano lo sviluppo di microorganismi patogeni per il miglioramento della salubrità degli ambienti di vita e di lavoro.

Tecnologia e nostra soluzione

Il principio di aerazione è indipendente dai materiali utilizzati nel mix design del prodotto, caratteristica che permette, combinata ad altre caratteristiche della tecnologia proposta, di aumentare i tipi di applicazione e ridurre i costi di produzione, in particolare attraverso:

  • la semplificazione del mix design mediante la riduzione dei materiali componenti gli AAC commerciali, in particolare il gesso e la calce;
  • la riduzione del fabbisogno energetico nella fase di aerazione della boiacca (a temperatura ambiente, mentre il processo convenzionale richiede una temperatura di 60°C);
  • semplificazioni delle prescrizioni di sicurezza sul lavoro: l’assenza della polvere di alluminio nel processo di aerazione della boiacca comporta la riduzione dei rischi per la sicurezza associati alla manipolazione di questo materiale che presenta un certo grado di pericolosità intrinseca di incendio in presenza di aria o di generazione di gas infiammabili se a contatto con composti ossidanti;
  • la possibilità di utilizzare nel mix design del BAAC materiali di riciclo ricavati da altri processi industriali come le ceneri volanti di impianti termici o scarti dell’industria alimentare per quanto riguarda l’impiego dei lieviti;
  • il miglioramento delle prestazioni meccaniche, unite alla leggerezza intrinseca del materiale, ne favorirebbe l’utilizzo come materiale da costruzione nelle zone sismiche.

Vantaggi

La tecnologia proposta è focalizzata a ridurre i costi di produzione dei blocchi di AAC  attualmente in commercio e aumentarne le prestazioni energetiche e di sostenibilità.

  1. Il sistema aerante BAAC è applicabile a una larga tipologia di mix design in quanto sistema di reazione autonomo, indipendente dal materiale composito in cui agisce
  2. Semplificazione del mix design:
  • No calce
  • No gesso
  • No polvere di alluminio

3.Vantaggio ambientale indiretto ed economico diretto, in termini di minor incidenza del costo delle materie prime e di semplificazione del ciclo produttivo rispetto al convenzionale.

4.Minore consumo di Al e di energia necessaria al suo processo produttivo con un impatto diretto sulla riduzione di gas serra rilasciati nell’atmosfera. La produzione di Al è sempre più concentrata in determinate aree del globo (es. Asia) e quindi il suo approvvigionamento è potenzialmente esposto a valutazioni geopolitiche.

Roadmap

Il progetto PoC BIOCEM ha consentito di confermare anche su scala pre-industriale e con volumi molto maggiori di materiali componenti, la bontà della ricetta formulata e la rispondenza dei manufatti alle normative tecniche vigenti in tema di calcestruzzi aerate autoclavati. La crescita dell’impasto cementizio avviene in tempi rapidi e del tutto analoghi a quelli del prodotto commerciale, in cui si utilizza come agente aerante la pasta di alluminio.

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