Cemento Verde

Proteggere l'ambiente costruito dalle forze del mondo naturale con dighe e dighe è un lavoro importante (vedi Salvare l'Olanda ) , così come proteggere l'ambiente naturale dal mondo ingegnerizzato. Ma l'ingegnere del 21° secolo dovrebbe anche considerare il mondo naturale come un potente partner di progettazione e una fonte di soluzioni sostenibili. Un buon punto di partenza è studiare il modo in cui i materiali naturali sono costruiti su scala nanometrica e trarne ispirazione mentre progettiamo i nostri materiali. Prendiamo, ad esempio, il materiale da costruzione preferito dall'ingegnere civile: il cemento, il materiale da costruzione ingegnerizzato più antico e uno dei materiali più consumati sulla terra, secondo solo all'acqua.

Ogni anno vengono prodotti 1,89 miliardi di tonnellate di cemento, il componente principale del calcestruzzo, sufficienti per produrre un metro cubo di calcestruzzo per ogni persona viva. Sfortunatamente, il cemento è una delle principali fonti di anidride carbonica atmosferica, in gran parte perché è prodotto bruciando combustibili fossili per riscaldare una polvere di calcare e argilla a 1.500 ° C, che cambia la sua struttura molecolare. Quando la polvere di cemento viene successivamente miscelata con acqua e ghiaia, l'energia investita viene rilasciata in legami chimici che formano idrati di silicato di calcio, la colla che lega la ghiaia per fare cemento. Si stima che la produzione di cemento rappresenti dal 7 all'8% di tutte le emissioni di anidride carbonica generate dall'uomo.

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2007

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Se riusciamo a progettare un nuovo cemento la cui produzione produce solo la metà dell'anidride carbonica, otterremo una riduzione significativa delle emissioni totali di anidride carbonica. E l'osso umano potrebbe mostrarci come farlo.

La forza del cemento deriva in gran parte dal modo in cui il silicato di calcio si autoassembla in particelle che si uniscono con la massima densità possibile per oggetti sferici. L'osso umano, o, più precisamente, i minerali di apatite nell'osso, raggiunge una densità di impaccamento molto simile su scala nanometrica, eppure è prodotto a temperatura corporea senza rilascio apprezzabile di anidride carbonica. Su scala nanometrica, l'osso ha molto in comune con il cemento: è costituito in gran parte da calcio; la sua forza mostra una significativa componente di attrito; e le proteine ​​del collagene aiutano a rinforzarlo, proprio come le barre d'acciaio rinforzano il cemento.

Naturalmente, con l'osso, l'idratazione e l'indurimento dei minerali di apatite richiede circa un mese, più tempo di quanto possiamo permetterci nei cantieri. Ma se riusciamo a trovare un modo per imitare il processo e velocizzarlo, potremmo replicarlo per creare un nuovo materiale da costruzione.

Questo è solo un esempio di ricerca che si basa sugli illimitati progetti offerti dal mondo naturale e ne estrae i principi ingegneristici fondamentali.

Franz-Josef Ulm, esperto di materiali, è professore al Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale del MIT.

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