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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