Ricercatori dell'Università della Pennsylvania hanno sviluppato un nuovo tipo di calcestruzzo stampabile in 3D che promette di rivoluzionare il settore delle costruzioni, offrendo un'alternativa più sostenibile al calcestruzzo tradizionale. Questo materiale innovativo, che incorpora terra di diatomee e strutture TPMS (Triply Periodic Minimal Surfaces), non solo migliora le prestazioni strutturali ma è anche in grado di assorbire anidride carbonica (CO₂).
Il calcestruzzo convenzionale è responsabile di circa il 9% delle emissioni globali di gas serra. Il team della Penn University ha creato una miscela che assorbe fino al 142% in più di CO₂ rispetto alle formulazioni standard, riducendo al contempo il contenuto di cemento. La terra di diatomee, un materiale poroso derivato da alghe microscopiche fossilizzate, è fondamentale per questa innovazione, poiché la sua struttura a spugna intrappola la CO₂ e migliora la stabilità del calcestruzzo durante la stampa 3D. Sorprendentemente, i ricercatori hanno osservato che la struttura diventava più forte nel tempo, contrariamente all'aspettativa che un aumento della porosità potesse diminuire la resistenza.
Per ottimizzare ulteriormente le prestazioni, sono state integrate strutture TPMS, forme geometriche complesse ispirate a elementi naturali come ossa e coralli. Questo approccio massimizza la superficie interna e la rigidità, riducendo al minimo l'uso di materiale. Le prove hanno dimostrato che i componenti stampati in 3D utilizzavano il 68% in meno di materiale rispetto ai blocchi di calcestruzzo tradizionali, aumentando il loro rapporto superficie-volume di oltre il 500%. Il calcestruzzo TPMS a cubo ha mantenuto il 90% della resistenza a compressione della versione solida, raggiungendo un assorbimento di CO₂ superiore del 32% per unità di cemento.
Questa tecnologia apre nuove prospettive per la costruzione di infrastrutture critiche come grattacieli e ponti, contribuendo attivamente alla mitigazione del cambiamento climatico. Il team sta lavorando per ampliare la scala di questa tecnologia per elementi strutturali di dimensioni reali, come pavimenti, facciate e pannelli portanti. Si stanno inoltre esplorando applicazioni nell'ambito delle infrastrutture marine, come la creazione di barriere coralline artificiali, grazie alla porosità e alla compatibilità ecologica del calcestruzzo DE-TPMS, che favorisce l'adesione degli organismi marini e assorbe passivamente la CO₂ dall'acqua circostante.
L'innovazione della Penn University si inserisce in un contesto più ampio di ricerca di materiali da costruzione sostenibili, evidenziando una tendenza crescente verso pratiche edilizie più ecologiche. La capacità di questo nuovo calcestruzzo di catturare CO₂ non solo riduce l'impronta di carbonio della produzione, ma offre anche la possibilità di creare strutture che migliorano attivamente la qualità dell'aria.