27 feb 2019

Un cemento “al grafene” per riscaldare le case

Pareti e pavimenti che si riscaldano e conducono l’elettricità grazie al cemento: dalla ricerca italiana arriva nelle nostre case la rivoluzione del grafene.

Italcementi porta al Mobile World Congress 2019 di Barcellona, la più importante fiera mondiale dedicata alla telefonia mobile e all’innovazione, un mock-up che mostra il funzionamento di un riscaldamento a pavimento grazie ai calcestruzzi intelligenti (smart concrete) e all’uso di un sottile strato di composito cementizio al grafene posto tra il massetto e la superficie della pavimentazione. Il modello è esposto all’interno del padiglione dedicato al grafene che racchiude i più importanti progressi tecnologici nati nell’ambito dell’iniziativa Graphene Flagship.


Fig. 1 Il mock-up in mostra al MWC 2019

Da sempre riconosciuta per la sua spiccata propensione all’innovazione e alla ricerca sulle applicazioni in cemento e calcestruzzo, oggi Italcementi partecipa da protagonista a livello mondiale anche alla ricerca sull’uso del grafene, il materiale che fin dalla sua scoperta ha promesso di rivoluzionare il nostro futuro ed è stato rinominato il “materiale delle meraviglie” per le sue eccezionali proprietà: incredibilmente forte e leggero, eccellente nel condurre elettricità e calore, dalle straordinarie proprietà meccaniche di resistenza e flessibilità.

Lo studio delle sue proprietà e delle sue possibili applicazioni nei laboratori Italcementi è iniziato nel 2014, da quando l’Azienda è entrata a far parte del Consorzio Graphene Flagship, una delle più importanti iniziative di ricerca mai avviate dall’Unione Europea sullo sviluppo di nuove tecnologie legate ai materiali. Il progetto, che prevede dieci anni di ricerca e un finanziamento complessivo di un miliardo di euro, è nato per coordinare la ricerca scientifica sul grafene e su altri materiali bidimensionali di recente scoperta e favorire la crescita di nuove tecnologie in numerosi settori industriali.

Da allora nei laboratori Italcementi sono stati avviati diversi progetti di ricerca sulle applicazioni con calcestruzzi intelligenti, dedicando più di 15.000 ore di studi e approfondimenti. L’ultimo si è concentrato sulla possibilità di combinare l’eccezionale proprietà conduttiva del grafene con le potenzialità di un materiale di uso comune e largamente diffuso come il calcestruzzo. Il risultato è stata la creazione di un composito cementizio elettricamente conduttivo, uno smart concrete che apre la strada ad applicazioni rivoluzionarie nel settore dell’edilizia e a molteplici soluzioni intelligenti per le abitazioni, le infrastrutture e la mobilità del futuro, in grado di accrescere efficienza e sicurezza nella vita quotidiana delle persone.


Fig. 2 Ingrandimento del grafene al microscopio

Incorporando il grafene nel calcestruzzo, i ricercatori Italcementi sono riusciti a modificare il tipico comportamento isolante dei composti cementizi, permettendo il passaggio della corrente elettrica senza comprometterne le performance. Grazie al know how dell’Azienda sui materiali e le loro possibili formulazioni, infatti, Italcementi è stata in grado di ottimizzare il comportamento del composito e mantenere di fatto le caratteristiche di resistenza e fluidità del calcestruzzo.

Le possibili applicazioni e i vantaggi di un composito cementizio altamente conduttivo sono molte, soprattutto se si considera che il calcestruzzo è il materiale da costruzione più utilizzato al mondo. Il calcestruzzo al grafene potrà essere impiegato nel riscaldamento a pavimento o a parete. Grazie alla trasformazione dell’energia elettrica in energia termica, un sottilissimo strato di composto cementizio altamente conduttivo posto al di sotto della pavimentazione o dell’intonaco sarà in grado di offrire un sistema di riscaldamento poco invasivo ed efficace, accrescendo il comfort abitativo e ottimizzando gli spazi. Una soluzione duratura, che richiede poca manutenzione e contribuisce al risparmio energetico, con vantaggi anche dal punto di vista economico.

La ricerca sta andando ancora più avanti e Italcementi sta studiando anche altre interessanti applicazioni di questi smart concrete. Il composito cementizio potrà essere utilizzato per riscaldare superfici esterne, offrendo una soluzione anti-neve e anti-ghiaccio sicura ed eco-friendly. Nel prossimo futuro, strade e piste ciclabili, rampe del garage di casa, moli e piste aeroportuali potranno essere ripulite da ghiaccio e neve senza bisogno di sale corrosivo e prodotti chimici antigelo, salvaguardando la sicurezza delle persone, la durabilità dei materiali e l’impatto sull’ambiente.

Guardando al medio termine, si potranno realizzare ulteriori importanti applicazioni per il monitoraggio strutturale delle costruzioni: la conduttività rende possibili soluzioni “self-sensing” in grado di monitorare sforzi, deformazioni e stati fessurativi del calcestruzzo in tempo reale senza la necessità di appositi sensori aggiuntivi (o integrandoli in maniera efficiente). Si tratta di soluzioni che permetteranno di intervenire tempestivamente nel caso di iniziali fenomeni di degrado delle infrastrutture, con grandi vantaggi dal punto di vista della durabilità delle opere. Altre possibili applicazioni riguardano le pavimentazioni antistatiche, la schermatura degli edifici dalle interferenze elettromagnetiche (EMI) e la dissipazione delle cariche elettrostatiche, tutte soluzioni non solo all’avanguardia ma anche ottimizzabili in un vicino futuro.

In un futuro più a lungo termine, invece, il calcestruzzo elettricamente conduttivo potrà portare grandi novità anche nella mobilità, permettendo per esempio di ricaricare i veicoli elettrici direttamente in movimento durante la guida, settore nel quale la ricerca Italcementi è già attiva da tempo. Dal 2014 Italcementi è inoltre a capo di un progetto internazionale (all’interno del Consorzio Graphene Flagship) nato per sviluppare ulteriormente la proprietà disinquinante dei cementi fotocatalitici grazie al grafene, in grado di aumentare l’efficacia del principio catalitico ed estenderne la sensibilità in condizioni di scarsa illuminazione. La ricerca ha portato nel 2017 alla registrazione di un brevetto per una nuova formulazione di cemento fotocatalitico al grafene al quale hanno collaborato l’Università di Bologna e il Technion – Israel Institute of Technology (TRDF), partner di Italcementi nel progetto iniziale insieme all’Eindhoven University of Technology (TU/e).

Oggi fanno parte del team di ricerca anche il Cambridge Graphene Center dell’Università di Cambridge (UCAM) e la Technische Universität Dresden (TUD).

Enrico Borgarello, Direttore Innovazione di Prodotto Italcementi – HeidelbergCement Group «Italcementi, innovativa per tradizione nel settore dei materiali per le costruzioni, oggi è protagonista a livello mondiale anche sulla frontiera del grafene. Dopo aver offerto al mercato il know-how, le competenze tecniche e il materiale per la stampa 3D e gettato le basi per una nuova “cultura del costruire”, in i.lab, il centro innovazione di prodotto di Italcementi, continua la ricerca sui materiali per il futuro. Al Mobile World Congress 2019 di Barcellona Italcementi porta i risultati di un importante progetto di ricerca in corso dal 2014 sulle possibilità che le straordinarie proprietà del grafene aprono anche nel settore dell’edilizia, verso soluzioni sempre più durevoli, sostenibili e smart per le infrastrutture, le città e la mobilità del futuro».