Tecnologie per lo sviluppo di nuovi cementi a basso impatto di CO2

 Lo sviluppo di nuove tecnologie che riducano gli impatti ambientali generati dalla produzione di cemento gioca un ruolo cruciale per il raggiungimento di un’economia europea sostenibile, considerati gli elevati fattori di emissione di CO2 associati a tale attività industriale. Ciò è particolarmente vero per l’Italia, in quanto essa è il secondo maggior produttore di cemento tra i Paesi comunitari e risulta essere anche il secondo maggior emittore europeo di CO2. Per questa ragione, IMC ha avviato nel 2011 una linea di ricerca dedicata alla messa a punto di nuove tecnologie abilitanti che possono trovare applicazione nel settore dei leganti cementizi, convenzionali e non, per favorire una maggiore sostenibilità di processi e prodotti.

Persona di contatto: Piero Ciccioli

Le attività di questa linea di ricerca si concentrano sui due seguenti obiettivi:

.Sviluppo di nuovi trattamenti energeticamente efficienti per l’attivazione di materiali da utilizzare nella sintesi di leganti cementizi

A sinistra: apparato di macinazione ad anelli utilizzato per il trattamento di attivazione meccanochimico; a destra: ignimbrite litoide attivata meccanochimicamente

 Questo aspetto della linea di ricerca è finalizzato alla valutazione delle possibilità offerte da processi meccanochimici per incrementare l’attività pozzolanica di rocce alluminosilicatiche selezionate (ignimbriti litoidi, pozzolane, argille caolinitiche) e di materie prime secondarie (ceneri volanti, loppa di altoforno). Questo tipo di trattamento permette di ottenere prodotti chimicamente attivi, utilizzabili sia per la sintesi di leganti cementizi ‘verdi’ (geopolimeri) sia come parziali sostitutivi del clinker nella formulazione di blended cements. I trattamenti meccanochimici possono rappresentare una valida alternativa ai processi termici, in quanto permettono di raggiungere livelli di attivazione chimica più elevati, tramite l’utilizzo di impianti di macinazione (ad anelli o a biglie) che non richiedono di essere mantenuti costantemente in esercizio. Ciò permette di modulare meglio i consumi energetici al rateo di produzione dei materiali attivati.

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Formulazione e sintesi di nuovi leganti cementizi a ridotta emissione di CO2

A sinistra: campioni di leganti geopolimerici prodotti con caolini attivati per trattamento meccanochimico; a destra: ‘roccia artificiale’ realizzata con scarti di lavorazione di cava e legante geopolimerico

Poiché il fattore di emissione diretta di CO2 del cemento dipende principalmente dalla percentuale di clinker contenuta in esso, una parte dell’attività ricerca è dedicata alla sperimentazione di diverse soluzioni per ottenere cementi ecosostenibili a contenuto di clinker ridotto. In tal senso, si stanno studiando le proprietà pozzolaniche di diversi tipi di rocce naturali e di materie prime secondarie, per valutarne le possibilità di impiego come parziali sostitutivi del clinker nella produzione di leganti cementizi a ridotta emissione di CO2. Particolare attenzione è rivolta alla caratterizzazione di residui di estrazione di cava e di sottoprodotti di lavorazione industriale, con l’obiettivo di favorire sistemi di de-produzione sostenibile e di economia circolare nell’ambito della produzione del cemento.
Parallelamente, l’Istituto sta sviluppando nuovi leganti geopolimerici, prodotti a partire da rocce alluminosilicatiche, che rappresentano una possibile alternativa ai cementi convenzionali contenenti clinker. Questa attività è stata avviata alla luce del fatto che i geopolimeri mostrano buone proprietà meccaniche ed elevatissima resistenza termica, e, dunque, possono trovare applicazioni avanzate nei campi dell’edilizia, dell’ingegneria ambientale, dell’aerospazio e del restauro di Beni Culturali.

Immagine AFM (a sinistra) e SEM (a destra) della superficie di un legante geopolimerico

TRL dei prodotti ottenuti

I prodotti ottenuti dalle attività di questa linea di ricerca hanno maturato sinora un Technology Readiness Level pari a 4.

Personale di ricerca coinvolto
Piero Ciccioli
Donatella Capitani
Noemi Proietti
Pietro Ragni
Paolo Ciccioli (associato)

 

Progetti in corso
Progetto Bandiera CNR “Fabbrica del Futuro” MECAGEOPOLY
Progetto “Sustainable Manufacturing” del Cluster Tecnologico Nazionale “Fabbrica Intelligente”

 

Partner

Principali collaborazioni scientifiche con università ed enti di ricerca pubblici
CNR-IGAG
CNR-ISTEC
CNR-ISM
CNR-ITIA
Dipartimento di Fisica e Geologia dell’Università degli Studi di Perugia

 

Principali collaborazioni scientifiche con imprese, enti di ricerca privati e pubblico-privati
Cluster Tecnologico Nazionale Fabbrica Intelligente
Colacem S.p.A.

 

Pubblicazioni rilevanti

  • Ciccioli P., Plescia P., Capitani D.
    1H, 29Si, and 27Al MAS NMR as a tool to characterize volcanic tuffs and assess their suitability for industrial applications.
    J. Phys. Chem. C, 114, 9328–9343, 2010.
  • Ciccioli P., Capitani D., Proietti N., Gualtieri S., Soragni E., Belardi G., Plescia P., Contini G.
    Mechano-chemical processing of kaolins for the synthesis of potassium-based poly-siloxo sialate (K-PSS) geopolymeric binders.
    Proceedings of 1st European Symposium on Surface Science, 26th-28th November 2014, Rome, Italy, 2014.