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Il processo per produrre calcare per fare il cemento causa ingenti emissioni di CO2. Ma un team di scienziati ha trovato il modo di farlo con microrganismi a zero emissioni e in modo economico.
La produzione globale di cemento rappresenta il 7% delle emissioni annuali di gas serra in gran parte attraverso la combustione di calcare estratto. Ora, un team di ricerca guidato da CU Boulder ha trovato un modo per rendere la produzione di cemento a zero emissioni, estraendo l’anidride carbonica dall’aria con l’aiuto di microalghe.
Gli ingegneri della CU Boulder e i loro colleghi della Algal Resources Collection dell’Università del North Carolina Wilmington (UNCW) e del National Renewable Energy Laboratory (NREL) sono stati premiati per il loro lavoro innovativo con una sovvenzione di 3,2 milioni di dollari dall’Advanced Research Projects Agency – Energy (ARPA-E) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE).
Il team di ricerca è stato recentemente selezionato dal programma HESTIA (Harnessing Emissions into Structures Taking Inputs from the Atmosphere) per sviluppare e aumentare la produzione di cemento biogenico a base di calcare e contribuire a costruire un futuro a zero emissioni di carbonio.
Il calcestruzzo è uno dei materiali più onnipresenti sul pianeta, un punto fermo della costruzione in tutto il mondo. Inizia come una miscela di acqua e cemento, che forma una pasta a cui vengono aggiunti materiali come sabbia, ghiaia o pietrisco. La pasta lega insieme gli aggregati e la miscela si indurisce in calcestruzzo.
Per produrre il tipo più comune di cemento, il calcare viene estratto da grandi cave e bruciato ad alte temperature, rilasciando grandi quantità di anidride carbonica.
Il team di ricerca ha scoperto che la sostituzione del calcare estratto con calcare coltivato biologicamente, un processo naturale che alcune specie di microalghe calcaree completano attraverso la fotosintesi (proprio come le barriere coralline in crescita), crea un modo a zero emissioni di carbonio per produrre cemento. In breve, l’anidride carbonica rilasciata nell’atmosfera è uguale a quella già catturata dalle microalghe.
Il calcare macinato è anche spesso usato come materiale di riempimento nel cemento, in genere sostituendo il 15% della miscela. Utilizzando calcare biogenico invece di calcare estratto come riempitivo, il cemento potrebbe diventare non solo a zero emissioni, ma anche estrarre l’anidride carbonica dall’atmosfera e immagazzinandola permanentemente nel calcestruzzo.
Se tutte le costruzioni a base di cemento in tutto il mondo fossero sostituite con cemento calcareo biogenico, ogni anno, ben 2 gigatonnellate di anidride carbonica non verrebbero più pompate nell’atmosfera e più di 250 milioni di tonnellate aggiuntive di anidride carbonica verrebbero estratte dall’atmosfera e immagazzinate in questi materiali.
”Vediamo un mondo in cui l’uso del calcestruzzo come lo conosciamo è un meccanismo per guarire il pianeta”, ha detto Srubar. “Abbiamo gli strumenti e la tecnologia per farlo oggi.”
Wil Srubar, ricercatore principale del progetto e professore associato in Ingegneria Civile, Ambientale e Architettonica e CU Boulder’s Materials Science and Engineering Program, che dirige il Living Materials Laboratory presso CU Boulder, ha ricevuto un premio CAREER della National Science Foundation nel 2020 per esplorare come far crescere particelle di calcare utilizzando microalghe per produrre calcestruzzo con benefici ambientali positivi. L’idea gli è venuta mentre faceva snorkeling durante la sua luna di miele in Thailandia nel 2017.
Ha visto in prima persona nelle barriere coralline come la natura coltiva le proprie strutture durevoli e durature dal carbonato di calcio, un componente principale del calcare. Se la natura può coltivare calcare, perché non possiamo farlo noi? pensò.
Lui e il suo team hanno iniziato a coltivare coccolitofori, microalghe bianche torbide che sequestrano e immagazzinano anidride carbonica in forma minerale attraverso la fotosintesi. L’unica differenza tra il calcare e ciò che questi organismi creano in tempo reale è di qualche milione di anni.
Con solo luce solare, acqua di mare e anidride carbonica disciolta, questi piccoli organismi producono le maggiori quantità di nuovo carbonato di calcio sul pianeta e ad un ritmo più veloce rispetto alle barriere coralline.
Le fioriture di coccolitoforo negli oceani del mondo sono così grandi che possono essere viste dallo spazio.
”In superficie, creano questi gusci di carbonato di calcio molto intricati e belli. È fondamentalmente un’armatura di calcare che circonda le cellule “, ha detto Srubar.
Queste microalghe sono piccole creature resistenti, che vivono sia in acque calde che fredde, salate e fresche in tutto il mondo, rendendole grandi candidate per la coltivazione quasi ovunque: in città, a terra o in mare.
Secondo le stime del team, basterebbe un milione di ettari di stagni per produrre tutto il cemento di cui gli Stati Uniti hanno bisogno: lo 0,5% di tutta la superficie terrestre negli Stati Uniti e solo l’1% della terra utilizzata per coltivare il mais.
E il calcare non è l’unico prodotto che le microalghe possono creare: i lipidi, le proteine, gli zuccheri e i carboidrati delle microalghe possono essere utilizzati per produrre biocarburanti, alimenti e cosmetici, il che significa che queste microalghe potrebbero anche essere una fonte di altri co-prodotti più costosi, contribuendo a compensare i costi di produzione di calcare.
Immagine: Wikimedia Commons / Alison R. Taylor, University of North Carolina Wilmington Microscopy Facility
