L'ETH di Zurigo sviluppa FoamWork per ridurre drasticamente l'uso del calcestruzzo negli edifici

I ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno utilizzato elementi di cassaforma stampati in 3D realizzati con schiuma minerale riciclabile per creare una lastra di cemento prefabbricata, che secondo loro è più leggera e meglio isolata utilizzando il 70% in meno di materiale.

Il sistema, noto come FoamWork, vede uno stampo rettangolare convenzionale riempito con 24 elementi minerali di cassaforma di diverse forme e dimensioni prima che il calcestruzzo venga gettato attorno ad essi e lasciato maturare, creando cellule cave in tutto il pannello.

La geometria interna risultante è stata ottimizzata per rinforzare la soletta lungo le sue principali linee di sollecitazione, creando la resistenza necessaria riducendo drasticamente la quantità di calcestruzzo necessaria per produrla.

Se adottato su larga scala, l’architetto Patrick Bedarf ritiene che ciò potrebbe contribuire a ridurre l’impronta di carbonio delle costruzioni e del cemento in particolare, che è il più grande emettitore di CO2 al mondo.

"L'edilizia contribuisce in modo significativo alle emissioni di CO2, la sola produzione di cemento è responsabile del 7% delle emissioni a livello globale", afferma Bedarf, ricercatore presso il dipartimento di Digital Building Technologies (DBT) dell'ETH di Zurigo.

"Con FoamWork si ridurrebbero le emissioni dovute al consumo di materiale nella soletta di cemento. La massa inferiore avrebbe anche effetti secondari sul dimensionamento dell'intera struttura portante e ridurrebbe gli sforzi per il trasporto e la movimentazione nei cantieri."

Gli stessi elementi della cassaforma vengono stampati in 3D da un braccio robotico autonomo utilizzando schiuma minerale, che tradizionalmente viene prodotta mediante schiuma di cemento e viene sempre più utilizzata come materiale isolante nelle costruzioni grazie alla sua elevata porosità.

Per evitare le emissioni associate alla produzione di cemento, il sistema FoamWork utilizza un’alternativa sviluppata dalla start-up svizzera FenX, costituita da un prodotto di scarto delle centrali elettriche a carbone chiamato ceneri volanti.

Ciò aiuta a ridurre al minimo l’impronta di carbonio della schiuma, sostiene l’azienda, anche se si considerano le emissioni associate alla combustione del carbone.

Gli elementi finali di FoamWork possono essere lasciati sul posto per migliorare l'isolamento della lastra di cemento prefabbricata oppure riciclati e ristampati per creare nuove casseforme.

Considerando che nel processo di produzione additiva non vengono creati scarti, ciò significa che l’intero sistema ha il potenziale per essere a zero rifiuti.

"Attualmente, le geometrie delle casseforme personalizzate sono molto dispendiose da produrre o semplicemente non fattibili", ha detto Bedarf a Dezeen.

"Le forme plastiche cave possono essere utilizzate per ridurre il calcestruzzo in grandi lastre standardizzate e, per applicazioni più piccole non standardizzate, complesse casseforme per calcestruzzo vengono costruite manualmente in legno o tagliate a CNC da schiume plastiche dense", ha aggiunto.

"Entrambi gli approcci richiedono molta manodopera e sprecano molto materiale attraverso scheggiature e ritagli."

La geometria interna del pannello di cemento è stata ottimizzata per la sua forma particolare, ispirata al modo in cui l'architetto italiano Pier Luigi Nervi sviluppò negli anni '40 solai del pavimento che erano nervati lungo le principali linee di sollecitazione.

Ma la forma e la configurazione delle cellule interne potrebbero essere personalizzate per creare una gamma di elementi costruttivi in ​​cemento, dalle pareti agli interi tetti.

Nel tentativo di contrastare la sua enorme impronta di carbonio, la Global Cement and Concrete Association si è recentemente impegnata a raggiungere l’obiettivo di zero emissioni nette entro il 2050.

Per raggiungere questo obiettivo, l’industria sta lavorando per trovare sostituti del clinker – l’ingrediente del cemento a maggiore intensità di carbonio – oltre a utilizzare tecnologie di cattura del carbonio per rimuovere le emissioni create nel processo di produzione del clinker.

Attualmente prevede la combustione del carbonato di calcio ad alte temperature per separare il calcio necessario per creare il cemento dal carbonio, che viene rilasciato nell’atmosfera.

Fino a quando questo tipo di innovazioni non potranno essere adottate su larga scala, il modo più semplice per gli architetti per ridurre al minimo l’impronta di carbonio incorporata dei loro edifici dai materiali e dalla costruzione è utilizzare materiali ad alto contenuto di carbonio come cemento e acciaio in modo più parsimonioso ed efficiente.