Scienziati creano un super cemento con escrementi umani: “Calcestruzzo più resistente del 42%”

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo tipo di cemento a base di escrementi umani che è in grado di rendere il calcestruzzo fino al 42 percento più resistente. Si tratta di un risultato straordinario per due ragioni: da una parte si basa su un materiale biologico ampiamente disponibile, di cui ne vengono prodotte tonnellate ogni giorno, dall'altro migliora la sostenibilità perché la produzione del normale cemento è tra le principali fonti di immissione di anidride carbonica in atmosfera. Il cemento, infatti, si ottiene riscaldando a una temperatura di poco inferiore ai 1.500 °C una miscela contenente calcare (CaCO₃) e altro materiale come l'argilla; la calcinazione è il processo attraverso il quale, grazie al calore, si rompe il carbonato di calcio e viene liberata CO₂ in atmosfera. E quelle temperature vengono raggiunte bruciando combustibili fossili. Non c'è dunque da stupirsi che quello edile si uno dei settori maggiormente coinvolti nella crisi climatica che stiamo vivendo. Usare nuovi materiali più sostenibili come appunto un cemento a base di escrementi umani – formalmente un biochar – può ridurre sensibilmente le emissioni e limitare l'impatto del riscaldamento globale.

A sviluppare il nuovo materiale sostenibile a base di escrementi umani è stato un team di ricerca internazionale guidato da scienziati indiani del Dipartimento di Ingegneria Civile dell'Università di Manipal Jaipur, che hanno collaborato a stretto contatto con i colleghi del Trenchless Technology Center presso l'Università Tecnologica della Louisiana. I ricercatori coordinati dai professori Raghuvesh Tiwari e Priyansha Mehra si sono concentrati sui fanghi fecali umani raccolti negli impianti di trattamento dei fanghi fecali (FSTP), strutture dove vengono raccolti i rifiuti provenienti da latrine, fosse, bagni pubblici e altri sistemi che non sono collegati alle classiche reti fognarie. Sono molto diffusi nei Paesi in via di sviluppo, come l'India. Qui le feci vengono stabilizzate, igienizzate ed elaborate per ottenere prodotti utili.

I ricercatori hanno prelevato questi fanghi fecali da un impianto di trattamento a Warangal (India) e li hanno trasformati in un biochar, ovvero un materiale a base di carbonio ottenuto dalla pirolisi di biomasse, come legno e altri scarti organici. In parole semplici, i materiali dopo essere stati essiccati vengono riscaldati in condizioni di bassa concentrazione di ossigeno (ipossiche) o senza ossigeno (anossiche) fino a ottenerne una polvere. Le feci sono state riscaldate a 350 – 450 °C, molto meno rispetto alla temperatura necessaria per il cemento standard.  Il materiale ottenuto è stato utilizzato per creare un calcestruzzo ad hoc, che normalmente si produce unendo materiali come sabbia, ghiaia e cemento in percentuali specifiche.

Il professor Tiwari e colleghi hanno provato varie concentrazioni del biochar a base di escrementi umani, ottenendo risultati piuttosto promettenti. A circa 3 mesi dallo sviluppo, i blocchi di calcestruzzo sviluppati con la miscela di biochar al 5 percento, rispetto al calcestruzzo normale raggiungevano un aumento del 20 percento nella resistenza alla compressione e del 36 percento nella resistenza alla flessione. Con un biochar al 10 percento si arrivava al 21 percento in più per il primo parametro e ben al 42 percento in più per il secondo. La formulazione al 15 percento è risultata ancor più resistente all'inizio del processo, ma poi ha perso in efficacia dopo la “stagionatura”, quando invece il calcestruzzo tende a migliorare nel tempo con l'esposizione all'acqua.

Secondo i ricercatori la maggiore efficacia del biochar a base di escrementi umani rispetto al comune cemento risiede nella porosità del materiale, che assorbe più acqua e la rilascia col tempo, determinando l'indurimento del calcestruzzo. Inoltre il biochar è ricco di silice che, durante il processo di stagionatura, dà vita a silicati di calcio che migliorano ulteriormente la resistenza.

Sebbene questi risultati siano molto promettenti, vanno ancora indagate le proprietà a lungo termine e il possibile rilascio di metalli pesanti associati ai fanghi fecali prelevati dai centri di depurazione. Va anche valutato l'impatto del gelo, delle temperature elevate e della salinità, tutti fattori che potrebbero rendere il biochar meno efficace del cemento già disponibile. I ricercatori stanno progettando studi più approfonditi per verificare tutto questo. Forse siamo innanzi a un nuovo materiale così resistente da eguagliare il calcestruzzo pozzolanico degli Antichi Romani. I dettagli della ricerca “Mechanical, durability, and microstructural performance of biochar-modified concrete using faecal sludge–derived biochar” sono stati pubblicati su Scientific Reports.