La tecnologia è volta allo sviluppo di materiali per l’edilizia, sia densi che alleggeriti, mediante l’attivazione alcalina di scarti di lavorazione lapidea, a natura prevalentemente silicatica. Le polveri miscelate con una soluzione a base di silicato ed idrossido di sodio, generano un impasto che trattato a circa 80°C fa presa ed indurisce, sviluppando resistenze meccaniche confrontabili con i materiali cementizi. Tuttavia, rispetto ai leganti tradizionali, si riscontrano significativi vantaggi ambientali sia nell’integrazione di polveri lapidee di scarto che nell’impiego di un processo produttivo poco energivoro, esente da fasi di macinazione e cottura ad alta temperatura
Stato del brevetto
DEPOSITATO
Numero di priorità
102015000056183
Data di priorità
30/09/2015
Licenza
INTERNAZIONALE
Mercato
Il mercato di riferimento è quello dei materiali da costruzione, con un focus sul segmento dei blocchi alleggeriti. Tale mercato presenta una situazione pressoché monopolistica, in cui l’Ytong (gruppo Xella) ha una quota di mercato italiana dell’80%, seguita da Airbeton (15%).
L’attuale domanda italiana di blocchi alleggeriti è di circa 500.000 m3/anno (6% del volume totale di vendita di materiali da costruzione nel paese). Nonostante anni di stagnazione nel settore edile, la domanda di prodotti in calcestruzzo aerato mostra un trend in crescita, che non è soddisfatta dall’attuale capacità produttiva, costringendo i produttori ad importare prodotti finiti da Germania, UK e Francia.
Problema
La filiera della pietra ornamentale produce enormi volumi di scarto: più del 90% rispetto al materiale estratto, includendo la frazione più fine, denominata fango, di cui se ne produce dai 5 a 9 Mt/anno. Il fango è classificato come rifiuto inerte (CER. 010413) e conferito in discarica, al costo di 20-50 €/t. A causa di tali costi, lo smaltimento avviene spesso immettendoli direttamente nell’ecosistema, causando la contaminazione di aria, acqua, e suolo, e creando condizioni necrotiche per l’uomo, flora e fauna.
Un secondo problema riguarda il settore dei materiali da costruzione, che contribuisce in maniera pesante alla produzione di gas ad effetto serra (per il 38%) e di rifiuti solidi (40%), con un consumo ingente di energia (40%) e di risorse naturali non rinnovabili (40%). In questo scenario, la produzione del cemento portland contribuisce in maniera particolare alle emissioni di CO2 nell’atmosfera, con un 6-8% delle emissioni totali. Il consumo di risorse naturali è ingente: la produzione di 1 t di cemento prevede l’estrazione di 1.65 t di calcare e 0.4 t di argilla, ed un consumo energetico pari a 4.4 GJ, necessario soprattutto nelle fasi di cottura del clinker (a circa 1450°C) e successiva macinazione.
In tale contesto, la tecnologia brevettata offre la possibilità di re-impiego massivo di fanghi che derivano dalla segagione della pietra ornamentale, per lo sviluppo di nuovi materiali leganti. Non solo permette di evitare il conferimento in discarica delle polveri silicatiche, ma consente la salvaguardia di risorse naturali, ed il risparmio energetico evitando processi di macinazione e cottura ad alta temperatura.
Limiti attuali tecnologie / Soluzioni
Rispetto al cemento portland, sono state sviluppate numerose formulazioni alternative attraverso l’incorporazione di sottoprodotti derivanti da altre filiere produttive. Tuttavia, per quanto riguarda lo scenario italiano, ad oggi non esiste nessuna formulazione che inglobi in maniera massiva degli scarti reperibili localmente. Un esempio è costituito dal cemento di altoforno (CEM III) che ingloba fino al 95% di loppa granulata, sottoprodotto dell’industria metallurgica, che tuttavia non è reperibile in territorio italiano.
Per quanto riguarda i fanghi di segagione, la ricerca scientifica è attiva nel proporre soluzioni di reimpiego, ad esempio per la produzione di terreno vegetale per il recupero di cave e siti compromessi, o come materiale impermeabilizzante per sottofondi di discariche, ma nessuna soluzione è così promettente da essere divenuta pratica industriale, per cui i fanghi costituiscono ancora una grave problematica ambientale ed economica.
I materiali ad attivazione alcalina, anche detti geopolimeri, sono oggi considerati un’alternativa sostenibile alla produzione di leganti tradizionali. Alcune ricerche scientifiche propongono l’addizione dei fanghi come filler inerti a miscele geopolimerizzabili. Il vantaggio della tecnologia brevettata è invece quella di proporre materiali INTERAMENTE costituiti dai fanghi, consentendone quindi il reimpiego massimo in materiali edilizi, sia densi che alleggeriti.
Killer Application
La tecnologia è volta alla produzione di materiali per l’edilizia, in particolare nella forma di blocchi alleggeriti.
Sebbene questa sia l’applicazione di partenza da cui sviluppare il business, la tecnologia si presta ugualmente alla produzione di blocchi densi, a carattere strutturale, nonché di blocchi multistrato in grado di coniugare capacità strutturale, massa, ed isolamento termico-acustico.
La tecnologia è facilmente trasferibile anche alla fabbricazione di oggetti di design industriale ed urbano.
Sebbene il processo produttivo preveda la pre-fabbricazione dei prodotti, tramite semplice colaggio in stampo della miscela (fango e soluzione alcalina attivante) e successivo trattamento termico in stufa a 80°C per un giorno, la tecnologia si presta allo sviluppo di oggetti a forma e dimensioni complesse attraverso processi innovativi di stampa 3D, come il robocasting.
Tecnologia e nostra soluzione
Il materiale oggetto della tecnologia è costituito da fanghi di segagione provenienti dal taglio di materiali lapidei ricchi in feldspati, attivati tramite soluzione alcalina, costituita da silicato ed idrossido di sodio. Lo stesso materiale può essere realizzato a bassa o ad elevata porosità tramite l’aggiunta o meno di un agente porogeno.
I fanghi di segagione rappresentano la componente più fine delle parti di roccia prodotte dal taglio e dalla lavorazione delle pietre ornamentali, con una granulometria che varia dai pochi μm fino a pochi mm di diametro. I fanghi di segagione utilizzati per la realizzazione del materiale oggetto del brevetto sono costituiti prevalentemente da ossidi di Si e Al, con una frazione minore di ossidi di Fe e Ca.
La miscela di fango e soluzione alcalina viene colata negli stampi e vibrata. L’indurimento avviene in stufa tra 60-90°C entro 24 – 48 ore. È possibile aggiungere alla miscela degli aggregati di diversa natura e granulometria (sabbie silicee, vetro espanso, argilla espansa, fibre) al fine di ottenere delle malte standard, alleggerite o con proprietà migliorate. E’ possibile addizionare anche pigmenti minerali, per ottenere oggetti di design di varie colorazioni.
I materiali densi sono caratterizzati da una densità di circa 2 g/cm3, resistenza a flessione fino a 20 MPa, resistenza a in compressione fino a 40 MPa, in funzione della specifica miscela (rapporto fango: soluzione alcalina; rapporto silicato: idrossido di sodio) realizzata. I valori di conducibilità termica dei materiali massivi variano tra 1 e 1.3 W/mK.
I materiali porosi sono caratterizzati da una densità tra 0,4-1 g/cm3, con una conducibilità termica pari o inferiore a 0,2 W/mK in relazione al quantitativo di agente porogeno aggiunto.
Vantaggi
Rispetto al calcestruzzo autoclavato, il blocco alleggerito prodotto dalla tecnologia oggetto del brevetto presenta i seguenti vantaggi:
Roadmap
Il gruppo di ricerca sta attualmente cercando partner (aziende, investitori, ecc.) per avviare progetti di collaborazione per sviluppare ulteriormente la tecnologia e / o per concederla loro in licenza.
TRL
Il team
