sabato 23 giugno 2012

MATERIALI A MATRICE RINNOVABILE

La natura ci regala risorse grandissimo valore....dobbiamo imparare a sfruttarle meglio!!!








MATERIALI A MATRICE RINNOVABILE
Nei paesi dell’Unione Europea, il settore dell’edilizia contribuisce in media per il 12% circa alla formazione del Prodotto Interno Lordo, ma consuma risorse non rinnovabili e produce impatti ambientali in misura molto superiore rispetto alla sua importanza economica.
Ogni giorno si spera che il settore edile impieghi esclusivamente le pratiche produttive, i materiali e le soluzioni che comportano un minor impatto ambientale possibile e che fornisca quindi anche quegli strumenti atti alla valutazione della sostenibilità dei prodotti e dei loro processi di produzione, di messa in opera, di uso e di dismissione.
Infatti l’introduzione di materiali non derivati dal petrolio, definiti “a matrice rinnovabile”, è stata una fase fondamentale nel campo dell’edilizia poiché permette una notevole riduzione del consumo di CO2 (anidride carbonica) e di energia primaria impiegati per la produzione di materiali da costruzione.
Per materiali a matrice rinnovabile si intendono, quindi, quei prodotti costituiti (totalmente o parzialmente) da materie prime di origine organica, come ad esempio le fibre organiche (fibra di canapa, di cocco, di cotone, di legno, di sughero) che per la loro stessa composizione derivano da fonti non esauribili.
Questa politica che sostiene lo sviluppo dei materiali e dei componenti a matrice rinnovabile può essere inserita nel complesso di azioni che la Comunità Europea sta cercando di mettere in atto nel rispetto degli impegni assunti con il protocollo di Kyoto (1997).
Il settore edile ha la reputazione di essere lento nell’adozione delle innovazioni a causa delle sue pratiche operative e della sua frammentarietà che rappresenta proprio una barriera all’innovazione.
Gran parte delle piccole imprese hanno un mercato orientato alla sopravvivenza, non hanno risorse da dedicare all’innovazione che diventa quindi, anziché una priorità, un elemento secondario a cui dare relativamente importanza.
 Questo è determinato anche dalla mancanza di dialogo e cooperazione tra i diversi operatori del settore edile stesso e dall’eccessiva concorrenza sui prezzi.
Nonostante tutti questi fattori svantaggiosi, l’attività innovativa però cerca di inserirsi il più possibile e, spinto da giuste motivazione, anche l’imprenditore appare favorevole a questo nuova formazione personale e professionale; basta pensare che negli ultimi anni, grazie anche a direttive europee, vengono progettati edifici sempre più intelligenti con materiali, sistemi e componenti in grado di reagire in modo autonomo alle diverse condizioni climatiche.
Una delle ricerche più approfondite e sviluppate è stata messa a punto dal Laboratorio LaRco ICOS (Laboratorio Ricerca e costruzioni) in collaborazione con l’Università di Ferrara e si pone come obiettivo quello di creare un sistema di valutazione prestazionale destinato a servire come documentazione di supporto i progettisti, le imprese e i soggetti che intendono sviluppare la produzione di materiali rinnovabili.
Tra gli obiettivi raggiunti da questa ricerca, i principali sono due:
-      Realizzazione di un repertorio di prodotti e tecnologie innovative a matrice rinnovabile, reperibile sia in Europa che negli Stati Uniti;
-      Elaborazione di una procedura di valutazione delle prestazioni, per la verifica della sostenibilità, degli impatti ambientali e delle “best performance” (valutate sull’intero ciclo di vita del componente).

Questo repertorio  di prodotti e tecnologie ha come obiettivi principali:
-      Favorire un utilizzo sempre più diffuso di prodotti a basso impatto ambientale;
-      Rappresentare un valido strumento di riferimento per gli imprenditori che intendono sviluppare nuovi prodotti;
-      Aumentare il grado di conoscenza dei prodotti a matrice rinnovabile da parte di progettisti, costruttori, imprese utenti finali.

Nello specifico il repertorio è composto di circa 90 schede-prodotto ed è suddiviso in 7 categorie:
-      Isolanti a matrice rinnovabile: canapa, kenaf, cocco, lino, legno, carta riciclata, paglia, mais, sughero;
-      Polimeri a matrice rinnovabile: canapa, lino, legno, mais;
-      Argille fibrorinforzate: legno, paglia;
-      Malte fibrorinforzate: canapa, sisal, legno, sughero;
-      Plastiche fibrorinforzate: canapa, lino, juta, carta riciclata, legno, paglia;
-      Componenti e sistemi: canapa, lino, juta, carta riciclata, legno, paglia;
-      Geogriglie: sisal, cocco, juta, legno, paglia.

Questa classificazione unisce categorie funzionali con categorie materiche ed è stata formulata sulla base di una serie di linee-guida ideate dallo stesso Laboratorio LaRco per determinare, in modo logico, l’appartenenza di un prodotto ad una determinata categoria.




 Fig. 1 – schematizzazione del repertorio di prodotti e tecnologie 


Analizziamo in dettaglio queste sette categorie:

1 – ISOLANTI A MATRICE RINNOVABILE
Nella categorie degli isolanti possiamo trovare la maggior parte delle fibre rinnovabili utilizzate in edilizia. Questi materiali innovativi sono solitamente composti dall’85% di fibra rinnovabile (del componente che si sta lavorando) e per il restante 15% da fibra di sostegno in poliestere; sono trattati poi con sali di boro per migliorare le prestazioni antincendio e la refrattarietà alle muffe.
Alcuni di questi isolanti però non necessitano della fibra di sostegno in poliestere: ad esempio negli isolanti in fibra di legno o in fibra di cocco viene sfruttata la lignina come legante naturale, cosi come gli isolanti in sughero bruno tostato sono termo legati dalle sostanze cerose contenute nei granuli di sughero e che si liberano nel processo di tostatura.
Questi isolanti hanno prestazioni paragonabili a quelli di origine sintetica e minerale per quasi tutte le esigenze di isolamento termico (sia nel periodo estivo che invernale, ad eccezione di contesti con alti livelli di umidità) e di isolamento acustico. Altra caratteristica di questi isolanti è che sono altamente permeabili al vapore acqueo e, all’interno di un involucro traspirante, impediscono la formazione di muffa e condensa migliorando cosi il comfort climatico interno.
In commercio possiamo trovare gli isolanti a matrice rinnovabile sottoforma di pannelli o di rotoli e possono essere impiegati sia per l’isolamento di pareti verticali sia per le partizioni orizzontali; è importante specificare che l’isolante in carta riciclata viene posato per insufflaggio nelle intercapedini (o nei mattoni in legno) attraverso un tubo flessibile terminante in un becco che viene infilato nella parete mediante dei fori.
La durata di questi isolanti varia in base alla durata delle componenti ma in particolare per quelli in cotone, lino e canapa è stata stimata una vita di 50 anni circa (sempre se vengono rispettate tutte le prescrizione per una buona messa in opera).
Grande importanza riveste l’aspetto sostenibile di questi isolanti che, durante la fase di produzione della materia prima, cedono anidride carbonica all’ambiente mentre, durante la fase produttiva e di messa in opera, riescono a generare un equilibrio tra anidride carbonica ceduta e quella utilizzata; inoltre se non vengono usate fibre di rinforzo in poliestere o leganti sintetici possono essere riciclati e destinati al compostaggio. 
Infine, un’ultima nota da considerare è l’integrazione degli isolanti con materiali e tecnologie innovative per potenziarne le capacità isolanti  (un esempio è il pannello di legno con i materiali a cambiamento di fase – PMC, Phase Change Materials).

 Fig. 2 - isolante in fibra di legno 


 Fig. 3 - isolante in fibra di cocco 



 Fig. 4 - isolante in fibra di canapa 

 Fig. 5 - isolante in carta riciclata 



2 – POLIMERI A MATRICE RINNOVABILE
La denominazione si riferisce a quei materiali composti totalmente da materiale organico o da fibre rinnovabili presenti in quantità superiore al 50%. Questi materiali possono essere lavorati per estrusione o per iniezione all’interno di stampi utilizzando processi produttivi tradizionali.
Tra i principali polimeri costituiti al 100% da componenti rinnovabili abbiamo quelli a base di acido polilattico (PLA) che derivano dalla fermentazione dell’amido del mais e hanno prestazioni paragonabili alle resine termoplastiche. Per questo motivo sono impiegate nella grande distribuzione come elementi espansi per l’imballaggio o riempitivi.
I bio-polimeri derivati al 100% da fibre rinnovabili e costituiti di lignina, fibre rinnovabili (canapa, lino, ecc) e additivi, sono invece utilizzati principalmente per la realizzazione di oggetti di piccole dimensioni.
Infine possono essere mescolate le componenti rinnovabili con resine termoplastiche ottenendo dei profili estrusi di forma complessa con caratteristiche estetiche simili al legno e con proprietà meccaniche simili alla plastica (risultano più resistenti agli agenti atmosferici e agli attacchi biologici e necessitano di minor manutenzione rispetto al legno).

 Fig. 6 - isolante in fibra di mais 


3 – ARGILLA FIBRORINFORZATA
L’argilla viene usata tradizionalmente per la realizzazione degli edifici in terra cruda e viene mescolata con fibre di legno, paglia o fibre miste.
Nella categoria delle argille rinforzate troviamo mattoni e blocchi prefabbricati in terra pressata miscelata con paglia e sabbia, pannelli in fibra di legno e terra cruda, componenti sfusi per realizzazione di intonaci e riempimento di pareti o solai. I componenti in argilla fibrorinforzata rappresentano un buon isolamento acustico e hanno una buona capacità di accumulo termico e di regolazione di umidità e temperatura dell’aria.

 Fig. 7 - diverse tipologie di argilla in polvere 


4 – MALTE FIBRORINFORZATE
Alcune fibre rinnovabili (canapa, sughero, sisal, ecc) sono utilizzate per rinforzare le malte da impiegare poi in intonaci e massetti caratterizzati da un ridotto ritiro  a maturazione e da una buona resistenza a compressione. La porosità delle malte fibrorinforzate mantiene un ottimo confort ambientale interno, evitando quindi un eccesso di umidità interna e la formazione di muffe e condensa.

 Fig. 8 - malta fibrorinforzata 


5 – PLASTICHE FIBRORINFORZATE
La componente principale è la plastica che viene poi rinforzata con fibre rinnovabili, quali fibra di canapa, juta, kenaf, sisal e paglia. Le fibre a matrice rinnovabile miscelate con resine termoplastiche vengono impiegate al posto delle fibre di vetro nell’industria automobilistica e dei trasporti per la realizzazione di scocche di automobili e rivestimenti interni di treni e navi.
La composizione del materiale varia in base alle necessità e all’applicazione: la maggior presenza di fibre naturali comporta una maggiore resistenza a trazione e un basso costo, mentre il maggior numero di polimeri aumenta la plasticità del componente.
Nel settore dell’edilizia, la plastica fibrorinforzata viene impiegata per la realizzazione di arredi (per interni ed esterni), per componenti edili (manti di copertura, rivestimenti di facciata e tapparelle), componenti per impianti (griglie di aerazione) e imballaggi. La durata e la riciclabilità sono analoghe ai materiali plastici.



 Fig. 9 - plastica fibrorinforzata 


6 – COMPONENTI E SISTEMI
Si intendono i sistemi costruttivi innovativi e i componenti di ultima generazione quali pannelli ad alta, media e bassa densità per la realizzazione di pareti e rivestimenti, blocchi e blocchi fibrorinforzati per la realizzazione di solai e casseri. In questi casi le fibre principalmente impiegate sono il legno, la canapa, la paglia e la carta riciclata.
Il legno è sicuramente il materiale più usato sia a livello strutturale che a livello isolante: nel repertorio possiamo riscontrare pannelli portanti multistrato, blocchi in trucioli di legno mineralizzato (per un sistema costruttivo completo), pannelli stratificati per arredi interni e pannelli per rivestimenti esterni.
I componenti in fibra di canapa e lino sono invece impiegati per la realizzazione di pannelli portanti a media e bassa densità per realizzare tramezzi o elementi di arredo.
Le fibre di paglia vengono invece impiegate per realizzare pannelli strutturali portanti in cui le fibre sono termo pressate con resine sintetiche e amidi naturali all’interno di una struttura in OBS (Oriented Strand Board – pannelli a particelle orientate a base legnosa) impiegate per la pareti esterne, tramezzi, solai e coperture. Quest’ultima tipologia ha costi analoghi ai pannelli prefabbricati in cemento e alle murature convenzionali ma hanno migliori prestazioni di isolamento termo-acustico. 
Uno degli ultimi sistemi costruttivi a base di fibre di paglia è il “ModCell” che impiega balle di paglia e canapa all’interno di una struttura modulare in legno ottenendo risultati di alta efficienza energetica.  

 Fig. 10 - pannelli strutturali in legno 

 Fig. 11 - pannelli in fibra di legno OSB 

 Fig. 12 - prima casa in legno e paglia a Roma (zona Quadraro) 


7 – GEOGRIGLIE
Le geogriglie in fibra rinnovabile vengono impiegate come biostuoie per la protezione anticorrosiva dei suoli e per permettere anche la semina nei terreni con forti pendii. Le fibre rinnovabili solitamente usate sono quella di cocco, di paglia, di legno e reti di juta. Le biostuoie sono composte da uno strato di materiale biodegradabile sciolto racchiuso tra due reti in polipropilene al di sotto della quale viene interposto uno strato sottile di cellulosa con funzione di ritentore di semi e drenante. La  durata del materiale è di 2 stagioni vegetative.


 Fig. 13 - diverse tipologie di biostuoie 


PROCEDURA DI VALUTAZIONE
Come precedentemente accennato, la ricerca del Laboratorio LaRco verte su due punti fondamentali di cui il primo è la definizione di un repertorio di riferimento dei materiali a matrice rinnovabile e il secondo è la definizione di un sistema di valutazione della sostenibilità, in particolare degli isolanti a matrice rinnovabile poiché è la categoria che riveste maggior importanza attualmente nel settore delle costruzioni, è caratterizzata da un mercato in forte espansione e di conseguenza soggetta alle normative sul risparmio energetico che recepiscono le indicazioni contenute nella 2002/91/CE (Rendimento energetico degli edifici).
Questo sistema di valutazione ovviamente non rappresenta una certificazione del prodotto ma è semplicemente uno strumento di supporto per valutare la sostenibilità ambientale dell’isolante in tutte le fasi del suo ciclo di vita.
La procedura di valutazione degli isolanti a matrice rinnovabile si divide in quattro fasi principali:


Valutazione della sostenibilità del processo produttivo
Si analizzano tutte le fasi del processo produttivo, quindi la pre-produzione della materia prima, la fase agricola, la fase di lavorazione delle fibre e del pannello, la fase del prodotto finito. I criteri di sostenibilità riguardano la qualità dell’acqua e dell’aria impiegate nella produzione, la protezione dei suoli, la riduzione dei rifiuti, la gestione delle risorse naturali, la sicurezza ambientale e della salute personale e il risparmio energetico.


Valutazione delle caratteristiche tecniche del prodotto
Le prestazioni tecniche secondo i requisiti previsti dalla marcatura CE (in Italia viene applicato il protocollo ITACA) e dalle normative europee e nazionali (EN ISO, UNI, ecc.). le caratteristiche tecniche del prodotto vengono quindi valutate in base alle certificazioni e alle prove di laboratorio fornite dal produttore stesso.


Valutazione della sostenibilità della messa in opera
Si tratta di valutare la qualità ecologica del prodotto nelle fasi di imballaggio, distribuzione e messa in opera. Gli aspetti da considerare sono la sicurezza ambientale, la sicurezza degli operatori e la riduzione dei rifiuti per cui al prodotto deve essere allegata una dettagliata documentazione relativa alle componenti del prodotto, la scheda di sicurezza, le indicazione per lo stoccaggio in cantiere, per la corretta messa in opera e per la gestione dei rifiuti.


Mantenimento delle caratteristiche nel tempo
La valutazione delle prestazioni in opera del componente viene effettuata mediante strumenti specifici, quali la termo camera, il fonometro e la strumentazione di rilievo delle condizioni igrotermiche dell’ambiente. Viene anche rilevata la presenza di anomali e difetti costruttivi, quali muffe, infiltrazioni, distaccamenti e altro.  

Tutte queste procedure di valutazione adottano un “sistema a punteggio” che prevede la definizione di indicatori organizzati per aree, criteri e fasi e ad ogni fase di valutazione corrisponde un punteggio (che va da -2 a +3) che andrà a comporre il giudizio finale.
Alla luce di tutte queste considerazioni, si può affermare che i materiali a matrice rinnovabile hanno un impatto ambientale molto meno marcato, in quanto il quantitativo di energia necessaria alla produzione è nettamente inferiore rispetto ad altri materiali artificiali e sintetici. Inoltre l’elevato grado di innovatività e di sviluppo tecnologico rendono questi prodotti ancora più importanti dal punto di vista dell’impatto  ambientale in quanto presentano prestazioni comparabili alle resine termoplastiche e sintetiche ma sono realizzati con sistemi produttivi molto più efficienti, più rapidi e meno inquinanti. 




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