La canapa per la creazione di impianti idrici sostenibili

La fibra di canapa può contribuire a dar vita ad un materiale sostenibile e molto resistente che potrebbe essere una soluzione ottimale per ristrutturare i nostri impianti idrici con una doppia operazione green: evitare perdite inutili di acqua e farlo con un materiale innovativo e di recupero.

Il momento è delicato: la siccità si sta facendo sentire da nord a sud e l’imperativo dovrebbe essere innanzitutto quello di riparare i nostri impianti e le reti idriche. Il problema, infatti, non è che l’acqua in Italia non ci sia, ma che viene utilizzata e gestita malissimo. Erasmo D’Angelis, tra i massimi esperti d’acqua e delle problematiche ambientali correlate, che ha da poco pubblicato il libro “Acque d’Italia”, ha di recente sottolineato all’Agi dei numeri che a leggerli fanno spavento.

Nei 600 mila km di rete idrica italiana noi perdiamo per strada il 42% di acqua: “Uno scandalo, la più alta percentuale mai esistita”. Non solo: abbiamo ottimi depuratori da cui fuoriescono più o meno 9 miliardi di metri cubi acqua ogni anno, anche di grande qualità, trattata, depurata, e la ributtiamo a mare, perché “siamo l’unico paese europeo che non riusa l’acqua di depurazione”.

Ecco perché la novità che arriva da uno studio italiano effettuato dai ricercatori dell’Università Parthenope di Napoli che ha valutato le prestazioni tecnologiche di malte geopolimeriche per ristrutturare i nostri impianti idrici, può diventare l’occasione per ristrutturare i nostri impianti idrici con materiali sostenibili e di recupero. Per farlo sono stati progettati e creati dei prototipi di tubazioni idrauliche in malta geopolimerica, per poi condurre un’analisi meccanica e prestazionale che comparasse le caratteristiche dei prototipi di geopolimeri non rinforzati e di quelli rinforzati con fibra di canapa.

Si tratta di 4 miscele di malte geopolimeriche non fibro-rinforzate (geopolimero a base di ceneri volanti, geopolimero a base di loppa d’altoforno,  geopolimero a base di ceneri volanti e loppa d’altoforno,  geopolimero a base di ceneri volanti e metacaolino) e delle le stesse 4 miscele di malte geopolimeriche rinforzate con fibre di canapa.

Canapa e materiali di recupero al posto del cemento per gli impianti idrici

I ricercatori partono sottolineando che: “Nonostante il cemento sia un prodotto a basso costo, la sua produzione è responsabile del 8% delle emissioni antropiche di anidride carbonica (Spiesz et al. 2014). Da altre stime emerge che la produzione di una tonnellata di cemento Portland ordinario (OPC) rilascia in atmosfera circa una tonnellata di CO2″. E su questo punto ricordiamo che, secondo i calcoli del dottor Matteo Melosini, chimico che oggi lavora nell’industria delle estrazioni di cannabinoidi, “un ettaro coltivato a canapa industriale può sequestrare 15,46 tonnellate di CO2, di cui 13 verranno fissate all’interno dei materiali ottenuti da fibre e canapulo impedendone il ritorno nell’atmosfera, mentre le restanti 2,46 tonnellate rimaste in campo contribuiranno all’arricchimento del terreno di sostanze organiche”.

La malta geopolimerica costituita da ceneri volanti e fibra di canapa

E quindi viene spiegato che negli ultimi anni si è intensificata la ricerca di alternative, e “il materiale che ha suscitato un interesse crescente negli ultimi decenni è il geopolimero, grazie al suo incoraggiante potenziale di essere utilizzato come legante alternativo al normale cemento Portland (OPC)”. Questo perché “i geopolimeri esibiscono un’elevata resistenza meccanica, un’eccellente resistenza termica e un’ottima durabilità […] e possono rappresentare una soluzione per il problema dello smaltimento dei materiali di scarto industriali utilizzando sottoprodotti industriali come ceneri volanti (FA) e scorie di altoforno granulate macinate (GGBFS) come materiale di partenza”. I ricercatori infatti puntualizzano che: “L’utilizzo dei rifiuti come materia prima per la produzione di cementi geopolimerici fornisce una soluzione con vantaggi economici e ambientali, poiché in grado di ridurre i costi di smaltimento nelle discariche, di mantenere un ambiente sano e di ridurre il consumo di risorse quali l’argilla e i relativi costi delle operazioni di estrazione”.

I materiai impiegati nello studio sugli impianti idrici

Ceneri volanti

Le ceneri leggere o fly ash che sono state utilizzate in queste miscele, sono prodotte dalle centrali termiche a carbone e costituiscono il particolato solido raccolto dai sistemi di depolverazione dei fumi di combustione; sono il prodotto di trasformazione delle impurità minerali, come quarzo, solfati e carbonati, presenti nel polverino di carbone a seguito della combustione.

La loppa d’altoforno

La loppa d’altoforno granulato (GGBS), è un sottoprodotto dell’industria siderurgica. Durante il processo di produzione della ghisa, si genera uno scarto sotto forma di scoria liquida di composizione in prevalenza calcio-allumino-silicatica, chiamato comunemente loppa d’altoforno.

Il metacaolino

Il metacaolino (MK) risulta essere l’argilla più studiata come possibile materiale cementizio, è generato dall’attivazione termica di caolinite a temperatura inferiore a quella utilizzata nella produzione del clinker. La sua reattività dipende sia dalle caratteristiche intrinseche del caolino di partenza (morfologia, composizione chimica e mineralogica), sia dalla tecnologia di produzione (tipo di forno e della temperatura di calcinazione).

La fibra di canapa

Le proprietà meccaniche delle fibre di canapa sono paragonabili alle fibre di vetro, tuttavia la resistenza dei compositi con fibre naturali è minore rispetto ai compositi con fibre sintetiche anche ipotizzando un’adesione tra fibra e matrice eccellente, questo perché le fibre naturali non sono a singolo filamento come quelle artificiali ma hanno diverse forme fisiche, da cui dipende la possibilità e la facilità di isolare le singole fibre. La resistenza dei compositi dipende dal diametro delle fibre (minor diametro significa maggior superficie di contatto fibra-matrice a parità di percentuale di fibre) e dalla lunghezza delle fibre. In questo studio sono state utilizzate fibre di canapa gialla corta.

Risultati e conclusioni

I ricercatori scrivono che: “La carica presente nella matrice geopolimerica è costituita da fibre di canapa da rinforzo di lunghezza 30 mm e spessore 0.062 mm. Le fibre risultano distribuite in modo omogeneo e sono addensate rispetto al campione intorno al 60%. Esse hanno forma cilindrica ed all’estremità risultano essere filamentose con striature longitudinali di colore giallo. Riguardo l’aggiunta di rinforzo nelle miscele, si possono identificare delle differenze significative di comportamento dovute all’aggiunta di fibre di canapa. Si noti che le malte rinforzate con fibre di canapa risultano avere una resistenza meccanica maggiore, rispetto alla malte non fibro-rinforzate. Oltre alla resistenza meccanica, è stata valutata anche la densità delle malte. Per ogni miscela analizzata i valori di densità della malta fibro-rinforzata non differiscono significativamente dal valore della malta non rinforzata. Ciò può essere attribuito al fatto che la quantità di fibra (1%) è insignificante rispetto alla massa totale del campione e quindi non produce un aumento apprezzabile della densità”.

Dai risultati si evince che il sistema fibro-rinforzati mostra resistenze a compressione più elevate rispetto al sistema non fibro-rinforzato. In generale per i sistemi analizzati, i valori possono ritenersi soddisfacenti.

Per concludere lo studio su questo nuovo materiale per gli impianti idrici i ricercatori sottolineano che: “L’utilizzo di materie prime alternative ed il riciclo di sottoprodotti industriali si traduce nel raggiungimento della sostenibilità ambientale ed economica. Dunque, sono molti i vantaggi in termini di prestazione ambientale del calcestruzzo geopolimerico rispetto al calcestruzzo convenzionale quando utilizzato come materiale cementizio alternativo. Inoltre, i vantaggi delle malte geopolimeriche sono numerosi anche in termini di leggerezza, resistenza alle sollecitazioni meccaniche, resistenza al fuoco, resistenza agli attacchi acidi, rispetto al calcestruzzo ordinario. I risultati del presente studio, infatti, dimostrano che il valore massimo della resistenza a compressione si ottiene dalla produzione della malta geopolimerica fibro-rinforzata con fibre di canapa. Dunque, il punto di partenza è stato la sintesi di paste geopolimeriche fibro-rinforzate e l’obiettivo futuro è uscire da una linea di ricerca per diffondere l’utilizzo di materiali da costruzione ecosostenibili e allo stesso tempo altamente durevoli, adatti al raggiungimento di elevate prestazioni”.

Redazione di Canapaindustriale.it