Produzione additiva
Polimero di Argilla e Canapa Stampato in 3D a Asciugatura Rapida per Sostituire il Calcestruzzo
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Limiti ambientali del calcestruzzo: Uso della sabbia e emissioni di CO₂
Negli ultimi decenni il calcestruzzo è diventato il materiale centrale dell’edilizia, soprattutto negli ambienti urbani ad alta densità. Ha progressivamente sostituito mattoni, pietra e legno grazie al basso costo, alla facilità d’uso e alla possibilità di impiego su vasta scala.
Non è però privo di problemi.
Innanzitutto, dal punto di vista del consumo di risorse è tutt’altro che sostenibile. Utilizza enormi quantità di sabbia, al punto che alcuni rapporti sostengono che il mondo stia “esaurendo la sabbia”.
Fonte: Visual Capitalist
Anche la produzione di cemento è un’attività ad altissimo consumo energetico. È alimentata quasi esclusivamente da combustibili fossili, con il risultato che la produzione di cemento è responsabile dell’8% delle emissioni mondiali di CO₂.
È un valore paragonabile alle emissioni di auto e furgoni, responsabili del 10% delle emissioni globali. Rendere il calcestruzzo più sostenibile avrebbe quindi un impatto simile alla conversione di tutte le automobili del mondo in veicoli elettrici alimentati esclusivamente da energia verde.
Come la stampa 3D in argilla-canapa crea un’alternativa al calcestruzzo a basse emissioni di carbonio
Parallelamente alla ricerca di alternative più ecologiche al calcestruzzo tradizionale, è nata l’idea di applicare i principi della stampa 3D alla costruzione di abitazioni.
Invece di ricorrere a metodi ad alta intensità di manodopera, come la posa dei mattoni, una stampante 3D automatizzata può assemblare rapidamente le pareti.
La stampa delle pareti non elimina però il lungo tempo di indurimento del calcestruzzo: occorrono comunque 28 giorni prima che la struttura raggiunga la piena resistenza.
I ricercatori dell’Oregon State University hanno ora sviluppato un sostituto del calcestruzzo con un’intensità di carbonio molto inferiore, ma compatibile con la tecnologia di stampa 3D.
I risultati sono stati pubblicati su Advanced Composites and Hybrid Materials1 con il titolo “Stampa 3D di infrastrutture sostenibili mediante calcestruzzo di argilla a presa rapida con additivi di origine biologica”.
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| Proprietà | Calcestruzzo tradizionale a base di cemento | Polimero di argilla‑canapa (OSU) | Cemento elettrolitico a basse emissioni (Sublime) |
|---|---|---|---|
| Legante | Cemento Portland, clinker cotto in forno | Legante polimerico a base di acrilammide con RICFP | Cemento basato su elettrolizzatore prodotto a temperature ambiente |
| Contenuto bio‑based / in‑situ | Basso; principalmente aggregati estratti da cava | ≈75% argilla, sabbia, fibre di canapa, biochar in peso | Dipende da fonti locali di calcio (sottoprodotti industriali, rocce) |
| Resistenza subito dopo la posa | Effettivamente 0 MPa; richiede casseri | ≈3 MPa subito dopo la stampa 3D | Profilo di resistenza precoce ancora in fase di scala e test |
| Giorni per raggiungere una resistenza strutturale di 17–24 MPa | Tipicamente fino a 28 giorni | ≈3 giorni per superare i 17 MPa | Obiettivo simile o migliore, varia in base al mix e allo stabilimento |
| Tempo di indurimento completo | ≈28 giorni | ≈8–14 giorni (oltre 40 MPa) | Specifico per impianto; progettato per evitare il processo di forno |
| Impronta di CO₂ rispetto al cemento Portland ordinario | Alta (forni e emissioni di processo) | Inferiore, grazie agli aggregati bio‑based e all’assenza di forno per il cemento | Progettato per essere sostanzialmente più basso evitando la calcinazione del calcare |
| Capacità di stampa 3D | Richiede supporti, indurimento più lento, sporgenze limitate | Può stampare sporgenze autoportanti e aperture senza supporti | Stadio precoce; focus sulla produzione batch di cemento a basse emissioni |
All’interno del polimero argilla‑canapa: RICFP e aggregati bio‑based
Il cemento è normalmente composto da calcio, silicio, alluminio e ferro, che vengono riscaldati in un forno e macinati fino a ottenere una polvere fine.
I ricercatori hanno invece sviluppato un materiale da costruzione a base di argilla e stampabile in 3D mediante un metodo noto come polimerizzazione frontale cationica indotta da radicali (RICFP).
Il processo si basa su tre componenti chimici fondamentali:
- Un monomero che polimerizza in presenza di un radicale libero.
- Un agente reticolante che collega tra loro le catene polimeriche.
- Un iniziatore che, ad alta temperatura, libera i radicali necessari ad avviare la polimerizzazione.
I ricercatori hanno combinato il legante RICFP con aggregato di argilla, sabbia, biochar e fibra di canapa per migliorare la resistenza alla compressione, l’isolamento e la sostenibilità. È stato poi aggiunto un legante formato da monomero di acrilammide (ACR), reticolante metilenbisacrilammide (MBA) e persolfato di ammonio (APS).
Nel complesso, la miscela ha permesso di utilizzare tra il 70% e l’80% in peso di materiali di origine biologica.
Resistenza superiore e indurimento più rapido rispetto al calcestruzzo tradizionale
Il principale miglioramento rispetto al calcestruzzo è la maggiore resistenza, soprattutto immediatamente dopo la stampa 3D.
Con una resistenza costruttiva di 3 megapascal (MPa), il materiale consente di realizzare pareti multistrato e sporgenze autoportanti, come i tetti.
La resistenza aumenta nel tempo, producendo una struttura finale molto solida.
“Supera 17 megapascal, la resistenza richiesta per il calcestruzzo strutturale residenziale, in soli tre giorni, rispetto ai 28 giorni che possono essere necessari al calcestruzzo tradizionale a base di cemento.”
Devin Roach — professore associato di ingegneria meccanica presso l’OSU College of Engineering
Un altro vantaggio è il tempo di indurimento: il materiale raggiunge in soli tre giorni i 17 MPa richiesti per il calcestruzzo strutturale residenziale e completa la cura in meno di due settimane, rispetto ai circa 28 giorni del calcestruzzo tradizionale.
I ricercatori hanno inoltre testato diversi metodi costruttivi di stampa 3D. Hanno dimostrato che la maggiore resistenza e la rapida polimerizzazione consentono di stampare la nuova miscela senza una struttura di sostegno sottostante.
Il nuovo metodo potrebbe essere utilizzato anche per stampare porte e finestre dalle forme tradizionali, elementi che nella stampa 3D del calcestruzzo richiedono normalmente materiali aggiuntivi o tecniche speciali.
“Il materiale può stampare strutture autoportanti senza sostegni e offre capacità varie e peculiari grazie al calcestruzzo a polimerizzazione frontale.”
Cosa potrebbe significare la stampa 3D in argilla‑canapa per gli edifici futuri
Sebbene le prime abitazioni e i primi materiali da costruzione stampati in 3D utilizzassero il calcestruzzo, è probabile che questo nuovo metodo costruttivo tragga vantaggio da materiali innovativi.
Per ora il materiale a base di argilla, canapa e biochar è più costoso del calcestruzzo, poiché si trova ancora in fase sperimentale.
Ulteriori perfezionamenti e la riduzione dei costi di costruzione resa possibile dall’efficienza della stampa 3D dovrebbero però portarlo, col tempo, alla parità con i materiali tradizionali.
Inoltre, l’impronta di carbonio molto più bassa potrebbe diventare decisiva se le tasse sul carbonio cominciassero a incidere pesantemente sul costo del cemento.
Investire nella produzione di cemento
Considerazione per gli investitori – Stampa 3D in argilla‑canapa & CRH
Il polimero di argilla‑canapa è ancora in fase di laboratorio e pilota, ma si colloca nel flusso di tre forze potenti: decarbonizzazione delle costruzioni, edifici stampati in 3D automatizzati e materiali a rapida indurimento che comprimono i tempi di progetto. Il mix dell’Oregon State University dimostra come gli aggregati bio‑based e la chimica dei polimeri possano fornire resistenza strutturale in giorni anziché settimane, con un’impronta di CO₂ molto più bassa rispetto al cemento tradizionale. Per gli investitori dei mercati pubblici, CRH è uno dei modi più chiari per ottenere esposizione a questa transizione. L’azienda è il più grande riciclatore in Nord America, ha già iniziato a ridurre le emissioni di cemento con combustibili alternativi, e sta investendo in innovatori del cemento a basse emissioni come Sublime Systems, tecnologie di cattura del carbonio e ottimizzazione dei mix guidata dall’IA. Se il cemento basato su elettrolizzatori e i mix avanzati stampati in 3D dovessero scalare commercialmente, gli incumbent con distribuzione globale, capitale e relazioni regolamentari—come CRH—sono meglio posizionati per possedere la transizione piuttosto che subirla.
CRH: Un leader sostenibile nel cemento e un’opportunità di decarbonizzazione
CRH Grafico dei prezzi
Essendo uno dei leader mondiali della produzione di cemento, CRH avrà un ruolo fondamentale nel rendere l’edilizia in calcestruzzo più sostenibile. È al primo posto per volume totale di materiali da costruzione forniti sia negli Stati Uniti sia in Europa.
L’azienda opera in 28 Paesi e 3.390 sedi, impiega 78.500 persone e nel 2023 ha realizzato il 65% delle vendite globali attraverso CRH Americas.
CRH prevede che i consistenti investimenti infrastrutturali dei governi occidentali sosterranno la crescita dell’attività. Anche le tendenze alla reindustrializzazione e al rientro della produzione tecnologica dovrebbero contribuire.
Fonte: CRH
CRH ha compiuto notevoli progressi nella sostenibilità attraverso diverse iniziative:
- È il maggiore operatore di riciclo del Nord America, con 43,9 milioni di tonnellate di rifiuti e sottoprodotti di altre industrie riciclate nel 2023.
- Nel 2023 ha ridotto le emissioni di CO₂ dell’8% grazie all’impiego del 36% di combustibili alternativi nei cementifici.
- Punta a ridurre le emissioni del 30% entro il 2030 rispetto ai livelli del 2021.
È un risultato lodevole, ma considerando le emissioni dell’industria del calcestruzzo potrebbe essere giudicato insufficiente e tardivo.
Fortunatamente, CRH promuove anche cambiamenti più profondi nel settore. Insieme al gigante europeo Holcim, ha investito 75 milioni di dollari nell’azienda di cemento a basse emissioni Sublime.
Sublime Systems è nata dal MIT nel 2020 per produrre cemento a temperatura ambiente mediante un elettrolizzatore, sostituendo i forni ad alto consumo di energia e combustibili fossili. Il processo consente inoltre di usare diverse fonti di calcio come materia prima, evitando le emissioni di CO₂ derivanti dal calcare.
Il primo impianto commerciale di Sublime a Holyoke dovrebbe aprire già nel 2026. Se avrà successo, potrebbe trasformare l’industria del cemento e aprire la strada a un calcestruzzo a basse emissioni prodotto su vasta scala.
CRH ha investito anche in altre startup dedicate a decarbonizzazione e sostenibilità:
- 23,7 milioni di euro in Cool Planet Technologies, che sviluppa soluzioni di cattura del carbonio per settori tradizionalmente difficili da decarbonizzare.
- 34,7 milioni di dollari, insieme ad altri investitori, in Carbon Upcycling Technologies, che utilizza una soluzione di mineralizzazione interamente elettrica per immagazzinare permanentemente la CO₂ in sottoprodotti industriali e minerali impiegati in cemento, plastica, beni di consumo, fertilizzanti e farmaci.
- AICrete, una piattaforma di “ricetta come servizio” che collabora con i produttori locali e usa analisi basate sull’IA per ottimizzare i materiali disponibili e ridurre al minimo la quantità di cemento, abbassando l’impronta di CO₂ e i costi di produzione.
- Il finanziamento di Serie B di FIDO AI sostiene una startup che usa l’IA per ridurre il consumo d’acqua e aumentarne il risparmio.
Infine, CRH investe anche nella stampa 3D del calcestruzzo (3DCP) tramite la controllata Amerimix.
Nel complesso, CRH è un leader redditizio dell’industria del calcestruzzo e delle costruzioni e si sta preparando attivamente alla decarbonizzazione del settore, intervenendo direttamente negli impianti esistenti e fornendo capitale alle startup innovative che sviluppano la prossima generazione di tecnologie per cemento e calcestruzzo, comprese la decarbonizzazione e la stampa 3D.
Ultime notizie e sviluppi sul titolo CRH (CRH)
Studio citato
1. Nicolas A. Gonsalves et al. Stampa 3D di infrastrutture sostenibili mediante calcestruzzo di argilla a presa rapida con additivi di origine biologica. Advanced Composites and Hybrid Materials. Volume 8. 1 ottobre 2025. https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-025-01456-1
