Origine: АrсhDаilу
Dagli agro-rifiuti alle strutture sostenibili: il calcestruzzo ricavato dalla canna da zucchero
Trovare soluzioni efficaci e preziose per la gestione dei rifiuti agricoli è stata una sfida stimolante per i ricercatori. I sottoprodotti delle monocolture, come i residui della produzione di soia, pannocchie di mais, paglia, semi di girasole e cellulosa, sono spesso destinati al compostaggio del suolo, utilizzati come mangime per animali o addirittura convertiti in energia per ridurre gli sprechi e mitigare l’impatto ambientale impatti associati alle attività agricole. La produzione di canna da zucchero, ad esempio, genera una notevole quantità di rifiuti, per un totale di circa 600 milioni di tonnellate di rifiuti di fibra di bagassa da una produzione annuale di due miliardi di tonnellate di canna da zucchero. Questi rifiuti hanno un potenziale promettente per sostituire i sistemi edilizi ad alta intensità energetica, come cemento e mattoni, fornendo materiali da costruzione che combinano sostenibilità ed efficienza strutturale.
Con questa prospettiva in mente, l’Università di East London (UEL), in collaborazione con Grimshaw Architects e il produttore Tate & Lyle Sugar, ha sviluppato un materiale da costruzione innovativo chiamato Sugarcrete™. Lo scopo del progetto è esplorare soluzioni di costruzione sostenibili riciclando i rifiuti biologici della canna da zucchero, che a sua volta riduce le emissioni di carbonio nel settore delle costruzioni, il tutto dando priorità alla sostenibilità sociale e ambientale durante la produzione e l’implementazione di questi materiali da costruzione.
“La principale innovazione di Sugarcrete™ è sfidare l’idea sbagliata consolidata secondo cui i biomateriali hanno basse prestazioni strutturali e creare un materiale con una forza strutturale sufficiente per essere autoportante”, afferma Armor Gutierrez Rivas, professore di architettura senior. Come spiega, “Il progetto è iniziato come parte della ricerca informata dall’insegnamento intrapreso nell’ambito del Master in Architettura presso l’Università di East London (UEL), che si occupa dell’uso di soluzioni costruttive innovative che affrontano problemi locali. Mentre si lavora sulle proposte di riqualificazione di Silver Town presso i Royal Docks, ci siamo confrontati con il tessuto industriale esistente dell’area e abbiamo iniziato a esaminare i sottoprodotti come alternative edilizie, compresi i sottoprodotti della produzione di zucchero di Tate & Lyle. utilizzando le nostre strutture all’avanguardia presso il Sustainability Research Institute (SRI) e successivamente implementato come Sugarcrete™ Slab in collaborazione creativa con gli architetti di Grimshaw e gli ingegneri di AKT II.”
Essenzialmente, Sugarcrete™ viene creato combinando bagassa con leganti minerali. Il prodotto finale è più leggero del mattone tradizionale e ha solo il 15-20% della sua impronta di carbonio. Utilizzando una frazione del 30% della produzione globale di bagassa, Sugarcrete™ avrebbe il potenziale per sostituire completamente l’industria tradizionale dei mattoni, con un risparmio di 1,08 miliardi di tonnellate di CO2 (equivalente al 3% della produzione globale di anidride carbonica). La canna da zucchero ha un tasso di crescita rapido ed è fino a 50 volte più efficiente della silvicoltura quando si tratta di convertire la CO2 in biomassa, rendendola un materiale ad alta priorità per il raggiungimento di zero emissioni nette. Inoltre, il materiale ha buone caratteristiche strutturali ed è isolante, resistente al fuoco, di facile impiego con manodopera non qualificata, e ha una filiera semplificata per la sua semplice composizione.
Secondo Bamdad Ayati, Research Fellow presso il Sustainability Research Institute of UEL, “Il processo di produzione di Sugarcrete™ è abbastanza semplice e assomiglia alla produzione convenzionale di blocchi di cemento. Coinvolge il dosaggio dei materiali, la miscelazione, la colata e l’essiccazione/indurimento. I componenti del legante sono minerali basata e ampiamente disponibile in luoghi con un’industria dello zucchero affermata. Come altri materiali da costruzione, le sfide di produzione su larga scala sono associate alla variabilità della materia prima grezza in termini di contenuto di umidità, dimensione delle particelle, impurità indesiderate, ecc.”
Il team di sviluppo, in collaborazione con lo studio di architettura globale Grimshaw, ha incorporato il concetto di geometrie interconnesse per esplorare nuove possibilità di applicazione del prodotto. Inventato e brevettato nel 1699 dall’ingegnere francese Joseph Abeille, il metodo dell’incastro è stato rivisitato da Amédée François Frézier nel 1739 e dal Traité de Stéréotomie di Truchet nel 1737. Successivamente è stato sviluppato nel XXI secolo da vari gruppi di ricerca, tra cui Yuri Estrin, Arcady Dyskin e Giuseppe Falacara; Michael Weismann; e AAU Anastas architects insieme all’ingegner Maurizio Brocato. Il concetto è stato applicato a Sugarcrete per creare solai compositi smontabili, riutilizzabili e resistenti al fuoco, denominati “Sugarcrete™ Slabs”. Questi fanno parte di una serie di prototipi volti a sviluppare soluzioni costruttive innovative che possono essere implementate, smontate o ampliate in strutture nuove ed esistenti.
Il progetto utilizza un sistema ad incastro come un kit di parti che consente di costruire grandi strutture utilizzando componenti piccoli e discreti senza bisogno di malta. Grazie alla sua reciprocità e alla rete di forze distribuite, questo sistema supera i tradizionali assemblaggi monolitici. Il processo di fusione viene impiegato per ridurre al minimo lo spreco di materiale e consente il riutilizzo delle casseforme e la produzione di massa semplificata, nonché opportunità di progettazione per la produzione e l’assemblaggio (DfMA).
Secondo Elena Shilova, Architect, Grimshaw e Andy Watts Director of Design Technology, il progetto ha utilizzato una toolchain digitale completa per la produzione, integrando il calcolo dei materiali, la progettazione parametrica e la produzione robotica. Il processo è iniziato inserendo le proprietà del materiale in uno strumento di analisi digitale del carbonio per valutare la rispettiva impronta. È stato quindi impiegato un modello generativo per trasformare modelli 2D in geometrie 3D di componenti interconnessi. Utilizzando un braccio robotico a 6 assi, il modello digitale ha generato percorsi utensile per fabbricare gli stampi (dopo la polimerizzazione e la scansione 3D, eventuali deviazioni nei componenti sono state incorporate nuovamente nel modello digitale). Per testare la sequenza di costruzione è stato utilizzato un set di assistenza in realtà aumentata, che ha portato a un assemblaggio su larga scala. Dopo l’assemblaggio, l’elemento architettonico è stato nuovamente scansionato tridimensionalmente per la calibrazione. Questa toolchain digitale consente la creazione di un sistema di kit di parti flessibile e personalizzabile utilizzando questo materiale sostenibile, integrando il mondo digitale e quello fisico e adottando le caratteristiche uniche dei materiali naturali. Come sottolinea Elena, “Crediamo che la tecnologia possa fare proprio questo: distribuire un materiale naturale, con le sue irregolarità, imperfezioni e natura artigianale attraverso il potere del design computazionale e della fabbricazione avanzata. In cambio, abilitando il materiale locale, permettiamo le persone e anche la comunità locale: perché il progresso tecnologico non dovrebbe essere esclusivo di un’architettura in vetro e cemento, costosa”.
La ricerca Sugarcrete™ è stata intenzionalmente pubblicata senza brevetto per incoraggiare i produttori locali ad adottare il materiale e ridurre l’uso del cemento. Come afferma Alan Chandler, co-direttore del Sustainability Research Institute presso UEL, “In collaborazione con Tate & Lyle Sugars abbiamo intrapreso ricerche sui brevetti e stabilito dove era stata brevettata la bagassa nello sviluppo di materiali da costruzione e qual era il nostro ambito di attività. Abbiamo concluso che il nostro il lavoro era originale e potevamo depositare un brevetto, ma collettivamente abbiamo deciso di non farlo. Si trattava principalmente di voler condividere le nostre intuizioni con, piuttosto che controllare i prodotti delle comunità di produttori nel Sud del mondo. La nostra decisione di non brevettare è stata piuttosto etica che finanziaria”.
In effetti, le considerazioni etiche sull’innovazione e la catena di approvvigionamento sono state fondamentali per la progettazione del progetto, che mira a stabilire catene di approvvigionamento valide, eque e solide che garantiscano risultati equi sia per i produttori che per gli utenti. In tal modo, mira ad affrontare non solo la riduzione del carbonio, ma anche la sostenibilità sociale e ambientale. Il team ha anche identificato i siti nelle regioni produttrici di zucchero del Sud del mondo per espandere ulteriormente le opportunità di implementazione e prevede di testare presto il prototipo in scenari reali.
Attraverso uno sviluppo attento e consapevole, Sugarcrete ci porta ottimismo sullo scenario futuro del settore delle costruzioni, il cui impatto ambientale negativo è significativo e richiede un’azione efficace (e rapida). Come spiega Alan Chandler, “L’ethos dell’innovazione dei materiali per affrontare la crisi climatica deve progettare la catena di approvvigionamento così come le specifiche prestazionali. Il carbonio è in cima alla lista; dovremmo anche menzionare la tossicità in relazione alla salute e alla sicurezza nelle costruzioni L’uso della bagassa e di altri prodotti biologici a rapida crescita in combinazione con leganti minerali inerti, non solo per gli strati isolanti ma anche per la struttura, sta iniziando a eliminare dai cantieri linee di prodotti chimicamente diffamati e basati su combustibili fossili. le priorità di sicurezza della legge sulla sicurezza degli edifici durante le sequenze di produzione, costruzione, demolizione, riutilizzo e smaltimento”. Elena Shilova conclude affermando che “Guardando attraverso i settori, possiamo trovare molte opportunità per materiali locali e sostenibili e sottoprodotti agricoli/industriali inutilizzati. Questi materiali, che potrebbero non sembrare glamour ed eleganti, sono il nuovo high-tech di fronte dell’emergenza climatica. L’emergenza climatica richiede un nuovo linguaggio architettonico per materiali come Sugarcrete™, per abbracciare davvero il loro potenziale e celebrarli, senza rivestirli e nasconderli per un aspetto “moderno”. Questo nuovo linguaggio architettonico e il cambiamento di mentalità in definitiva rendere i materiali naturali attraenti per i clienti, aumentando la domanda e abbassando il prezzo grazie alle economie di scala”.
Il riconoscimento dell’approccio innovativo di Sugarcrete™ alla costruzione sostenibile ha portato alla sua nomina per il premio Earthshot di quest’anno, noto come il più grande premio globale per l’ambiente, che celebra le soluzioni innovative che hanno un impatto positivo sul pianeta. Per seguire lo stato di avanzamento del progetto e per maggiori informazioni, visitare il sito ufficiale.
Origine: АrсhDаilу
