Il progetto europeo CARBCOMN (CARBon-negative COMpression-dominant structures for decarbonised and deconstructable CONcrete buildings) sviluppa un calcestruzzo a bilancio di carbonio negativo pensato per strutture portanti stampate in 3D, combinando sequestro di CO₂, uso di sottoprodotti industriali e geometrie strutturali a prevalenza compressiva. L’obiettivo è creare un sistema costruttivo in cui il materiale non solo riduca le emissioni incorporate rispetto al calcestruzzo tradizionale, ma utilizzi la CO₂ come vera e propria materia prima di indurimento, integrando l’intero processo in una pipeline digitale che va dalla progettazione alla fabbricazione additiva.
Un mix cement-free da rifiuti industriali e sottoprodotti
Alla base del lavoro del consorzio CARBCOMN vi è lo sviluppo di una miscela cement-free, formulata a partire da rifiuti industriali e sottoprodotti minerali, in grado di indurire attraverso un processo di carbonatazione controllata, trasformando la CO₂ in composti stabili all’interno della matrice del materiale. Questo approccio riduce l’uso di clinker e materie prime vergini e mira a contenere in modo significativo le emissioni di gas serra legate sia alla produzione di leganti sia allo smaltimento di scarti industriali, allineandosi alle strategie europee di decarbonizzazione dell’edilizia.
Il materiale sviluppato nel progetto è pensato per essere stampabile in 3D, con reologia e tempi di presa adeguati alla deposizione strato su strato, ma anche per mantenere prestazioni meccaniche compatibili con elementi portanti soggetti principalmente a sforzi di compressione. L’assenza di armature in acciaio all’interno degli elementi stampati elimina il rischio di corrosione indotta dalla CO₂, rendendo il sistema più adatto a cicli di carbonatazione prolungati senza compromissioni della durabilità.
Stampa 3D del calcestruzzo e sequestro di CO₂
Nel quadro di CARBCOMN, la stampa 3D del calcestruzzo viene utilizzata come piattaforma per implementare il calcestruzzo carbon-negative, consentendo la creazione di elementi complessi ottimizzati dal punto di vista strutturale e ambientale. Dopo la stampa, i componenti vengono trattati in camere di carbonatazione controllata, dove la CO₂ penetra nella matrice e viene sequestrata sotto forma di carbonati, contribuendo a migliorare le proprietà meccaniche e a ridurre l’impronta di carbonio complessiva del sistema.
L’impiego della stampa 3D permette di realizzare geometrie che seguono flussi di carico principalmente compressivi, riducendo gli sprechi di materiale e sfruttando al meglio la capacità portante del calcestruzzo sviluppato nel progetto. Questo approccio segue una logica simile ad altre ricerche sulla cattura di CO₂ nel calcestruzzo stampato in 3D, che hanno mostrato come l’iniezione o l’uso mirato di CO₂ nei mix cementizi possa migliorare stampabilità, resistenza e capacità di assorbimento di anidride carbonica.
Strutture a prevalenza compressiva e logica “compression-only”
Un elemento chiave del progetto CARBCOMN è l’adozione di una logica “compression-only”, cioè di strutture che lavorano principalmente a compressione, riducendo o eliminando i momenti flettenti e gli sforzi di trazione nelle parti critiche. Questo consente di sfruttare meglio la natura del calcestruzzo, massimizzando la capacità portante del materiale carbon-negative sviluppato e riducendo la necessità di armature tradizionali o di rinforzi aggiuntivi.
La progettazione di queste strutture avviene tramite strumenti digitali avanzati che combinano ottimizzazione topologica, simulazioni strutturali e vincoli legati all’efficienza ambientale, con l’obiettivo di ottenere forme che minimizzino l’uso di materiale e massimizzino la capacità di sequestro di CO₂. In prospettiva, questo paradigma progettuale può portare alla diffusione di elementi architettonici e strutturali che integrano già in fase di concept le logiche di circolarità, smontabilità e recupero dei componenti stampati.
Smontabilità, riuso e circolarità nel sistema costruttivo
Oltre al materiale e alla stampa 3D, CARBCOMN introduce una concezione modulare delle strutture, basata su blocchi discreti smontabili che possono essere assemblati a secco per formare sistemi portanti e successivamente disassemblati, riutilizzati o riorganizzati in nuove configurazioni. Questo approccio riduce la dipendenza da connessioni permanenti e consente, alla fine del ciclo di vita di un edificio, di recuperare componenti stampati con calcestruzzo carbon-negative, mantenendo il valore del materiale e della CO₂ sequestrata.
La combinazione tra progetto digitale, stampa 3D, calcestruzzo carbon-negative e assemblaggi a secco punta a un modello di edilizia più circolare, dove gli elementi strutturali possono essere concepiti come “prodotti” riutilizzabili e non semplicemente come materiale da demolire. Secondo la descrizione del progetto, l’obiettivo finale è dimostrare, tramite un prototipo in scala reale, che è possibile realizzare telai stampati in 3D, portanti e smontabili, che integrano fin dall’inizio criteri di performance strutturale e ambientale.
Consorzio, partner e applicazioni previste
Il progetto CARBCOMN è coordinato da un consorzio che coinvolge undici partner, tra cui università e centri di ricerca come Ghent University, TU Darmstadt, EMPA e University of Patras, oltre a partner industriali come Tesis s.r.l. e altre aziende attive nella progettazione digitale, nei materiali e nella costruzione. Questa collaborazione consente di integrare competenze che vanno dalla scienza dei materiali alla progettazione architettonica e strutturale, fino alle tecnologie di stampa 3D su scala edilizia.
Nel corso del progetto, il consorzio prevede di realizzare un prototipo dimostrativo, sotto forma di telaio strutturale stampato in 3D, che metta in evidenza la capacità del sistema di combinare prestazioni meccaniche, sequestro di CO₂ e possibilità di smontaggio e riuso. Le soluzioni sviluppate mirano a essere trasferibili a contesti reali di edilizia, soprattutto dove esiste pressione normativa e di mercato per ridurre le emissioni incorporate e aumentare la circolarità dei materiali da costruzione.
