L’uso del grafene in edilizia

Non è certo un materiale classico, dato che il grafene è stato isolato solo nel 2004 dai fisici anglo-russi Andrei Geim e Kostantin Novosëlov. È una vera novità per il nostro futuro.

Tecnicamente è un monostrato atomico di carbonio, che viene estratto dai blocchi di grafite oppure prodotto in laboratorio.

Per questa scoperta i due scienziati sono stati premiati diversi anni dopo con il Nobel per la fisica, e da allora molti settori hanno iniziato ad applicare il grafene a loro vantaggio – compresa l’edilizia.

Nasce con aspettative alte, per le sue proprietà straordinarie: è resistente come il diamante e la flessibilità della plastica.

Viene considerato il materiale del domani nel settore costruzioni, scopriamone potenzialità ed eventuali rischi – perché nulla è perfetto!

Come si applica il grafene nelle costruzioni

È un materiale che rende il calcestruzzo ancora più resistente e duraturo nel tempo. Come in una piccola formula magica, basta lo 0,1% di grafene per fortificare le costruzioni. Dopotutto, è stato stimato circa 200 volte più forte dell’acciaio!

Come se non bastasse, agisce creando un sistema protettivo dalle infiltrazioni d’acqua, riducendo l’ossidazione dei tondini in ferro inseriti durante le colate di cemento.

Tra le caratteristiche fisiche e meccaniche di questo strato monoatomico di atomi di carbonio, certamente la robustezza è quella che attrae di più, dato che si accompagna ad una grande duttilità e ad una leggerezza straordinaria.

Calcoliamo che un foglio di grafene (se potessimo ridurlo a tale forma) grande quanto un campo di calcio, peserebbe meno di un grammo.

Il grafene e l’edilizia sembrano andare d’accordo e si pensa che l’applicazione possa avvenire in diversi ambiti.

Le potenzialità del Grafene

Le possibilità applicative di questo “wonder material” sono tante, e molti istituti di ricerca sono impegnati a scoprirne tutti i possibili sviluppi.

• Dalle sue caratteristiche (forza, leggerezza, flessibilità) è nato un prodotto definito Concretene, con piccole quantità di grafene ma il 30% più forte rispetto al cemento standard. È stato lanciato dalla società inglese Nationwide Engineering – collegata al GEIC (Graphene Engineering Innovation Centre) dell’Università di Manchester, dove è stato scoperto il grafene.
• In Italia, l’edilizia si è attivata con la Italcementi, che studia i cementi “mangiasmog”, che sono foto-catalitici e basati sul grafene. Ne è nata una linea di prodotti brevettati dal nomeactive, che si affiancheranno presto a diverse altre soluzioni che stanno nascendo nel settore costruttivo.
• La sua notevole capacità come ottimo conduttore elettrico, rende il grafene perfetto per introdursi nella produzione di pannelli solari fotovoltaici, illuminazioni a LED, batterie e generatori.
• Come materiale impermeabile, il grafene si candida anche per la creazione di vernici impermeabili. L’ossido di grafene, che si sviluppa in presenza di ossigeno, può diventare un elemento che dona una patina resistente alla corrosione e durevole nel tempo.
• La capacità di resistere agli agenti atmosferici e a quelli inquinanti corrosivi, sarà una caratteristica sempre più interessante nei rivestimenti edilizi al grafene. Legando con l’ossido di calcio, il grafene potrebbe dare risultati sorprendenti nelle vernici anti-deterioramento.
• Insieme all’acciaio, il grafene può creare un materiale a prova di corrosione. Dato che può essere prodotto in laboratorio, sarà possibile ottenerlo sempre più puro, per applicarlo nella produzione di acciaio non deteriorabile, resistente, flessibile, molto più potente di quelli finora adoperati nell’edilizia per travi e cavi.
• Un’altra frontiera è quella dei cementi auto-pulenti. Il grafene si potrebbe aggiungere alla composizione del cemento, non solo per renderlo durevole e resistente. La presenza del grafene riesce a rendere i materiali cementizi impermeabili, che difficilmente vengono sporcati dagli agenti esterni.
• Le proprietà che evitano lo sporco dello smog, sono ottime per edifici storici da restaurare e tutelare. Una malta di calce e grafene, con vari elementi (rocce, pigmenti inorganici, etc.) è allo studio, per evitare fenomeni di degrado delle facciate degli edifici dal valore storico-architettonico.
• L’ambiente esterno (luce, aria) potrebbe portare un particolare cemento con grafene ad un processo catalitico, che scinde le molecole dei composti sospesi. Grafene e biossido di titanio riuscirebbero a degradare gli ossidi di azoto atmosferici, rendendoli elementi non dannosi. Un effetto non solo auto-pulente ma addirittura con un’attività anti-inquinamento.

Questo “piccolo” strato monoatomico di carbonio sembra promettere applicazioni rivoluzionarie, ma ci sono sempre dei pro e dei contro…

Vantaggi nell’uso del grafene

Ricapitolando i benefici già citati, e inserendo altri da valutare.

• Il grafene sembra essere una materia prima in grado di ridurre l’impatto ambientale della produzione di cemento e calcestruzzo. Dona minori emissioni atmosferiche di anidride carbonica, rispetto al processo di produzione tradizionale (in cui si scalda la roccia calcarea).

Si deve sottolineare, infatti, che la mole annuale di cemento (5 miliardi di tonnellate), ha un impatto notevole sull’immissione di CO2 (8%).

• Ad altri livelli, può rivelarsi un ottimo conduttore di calore e di corrente elettrica – permettendo la creazione di superconduttori senza resistenza.
• Il suo spessore è pari alla dimensione di un solo atomo, milioni di volte più sottile di un nostro capello. In compenso, è 200 volte più forte dell’acciaio. Basta questo per suscitare enorme interesse e stupore…
• La ricerca si orienta sulla possibilità di combinare le doti conduttive del grafene (calore ed elettricità) con il calcestruzzo. Obiettivo? Un composito cementizio con proprietà di conduttore elettrico: un materiale innovativo per il riscaldamento a pavimento o a parete.

I rischi del grafene negli edifici e territori

• I costi elevati di produzione, per ora lo rendono un materiale “elitario”. I materiali con più strati (fino a 10 atomi di carbonio) sono meno cari, mentre la purezza fa salire il prezzo.
• La produzione deve migliorare, dato che le tecniche impiegate non sempre consentono di ottenere grafene vero e proprio. Il risultato è meno puro, con strati più spessi del singolo atomo (in cui le proprietà del materiale si riducono).
• Eventuali rischi connessi alla sua inalazione o ingestione sono in fase di studio: il grafene è un materiale sotto stretta osservazione. È importante che non si riveli come l’amianto, un materiale largamente applicato ma con dei risvolti nocivi sulla salute umana.