Il calcestruzzo è il fondamento del mondo moderno. Quasi ogni progetto di costruzione al pianeta utilizza questo materiale in qualche forma. C'è però un problema tutt'altro che marginale: la produzione di uno dei suoi ingredienti principali, il cemento, è terribilmente dannosa per l'ambiente. Il processo di riscaldamento e lavorazione del calcare necessario a produrlo è infatti una delle principali fonti mondiali di emissioni di anidride carbonica, ed è per questo che da anni gli scienziati cercano il modo di mitigarne l'impatto. Un gruppo di ricercatori guidato dall'ingegnere civile Raghuvesh Tiwari, della Manipal University di Jaipur, in India, potrebbe aver trovato una soluzione capace di centrare due obiettivi ambientali con un solo colpo. Il segreto sta nel biochar ricavato dai fanghi fecali umani trattati negli impianti di depurazione: mescolato al calcestruzzo, questo materiale "presenta miglioramenti significativi nelle proprietà del materiale", scrivono gli autori in uno studio accettato per la pubblicazione su Scientific Reports.. Un equilibrio delicato Il calcestruzzo deve la sua straordinaria utilità a una combinazione unica di proprietà: è malleabile quando è bagnato, tanto da poter essere colato in quasi ogni forma, ma una volta indurito diventa abbastanza resistente da sopportare carichi enormi e abbastanza durevole da durare decenni, se non addirittura millenni. La sua composizione è però complessa, anche se l'abitudine non lo fa più pensare: sabbia, ghiaia, acqua e cemento — prodotto principalmente a partire dal calcare — devono rispettare proporzioni precise. Alterarle, o sostituire una parte del cemento con qualcos'altro, rischia di produrre un materiale meno resistente e durevole. Tra i sostituti del cemento più promettenti c'è proprio il biochar, un materiale ricco di carbonio ottenuto riscaldando materia organica in un ambiente povero di ossigeno. Il suo punto di forza è la versatilità: può essere ricavato da moltissimi tipi di scarti organici, compresi quelli meno convenzionali.. Un flusso di rifiuti inesauribile Gli esseri umani producono ogni giorno un'enorme quantità di materia organica: fino a circa 400 grammi di feci a persona. Poco a livello individuale, ma moltiplicato per miliardi di persone diventa un flusso di rifiuti imponente, che deve pur finire da qualche parte — ed è qui che i pezzi del puzzle hanno iniziato a combaciare. In India, gli impianti di trattamento dei fanghi fecali gestiscono in sicurezza i rifiuti umani, che tramite pirolisi possono essere trasformati in biochar. Se segatura, legno e lolla di riso funzionano già come sostituti parziali del cemento, si sono chiesti i ricercatori, perché non provare anche con gli escrementi?. L'esperimento Per verificarlo, il team di Tiwari ha ottenuto biochar dai fanghi fecali di un impianto di trattamento a Warangal, in India. Il processo prevede l'essiccazione dei fanghi, seguita da un riscaldamento in ambiente povero di ossigeno a temperature comprese tra 350 e 450 gradi Celsius; il materiale ottenuto viene poi macinato e setacciato fino a diventare una polvere fine.. Questa polvere è stata usata per sostituire quantità variabili di cemento — il 5, il 10 e il 15 percento — nelle miscele di calcestruzzo tradizionale, sottoposte poi a una serie di test di resistenza: gli escrementi hanno migliorato le prestazioni del cemento. I ricercatori hanno misurato ritiro, resistenza alla compressione, resistenza alla flessione, assorbimento d'acqua e porosità delle diverse miscele. Il calcestruzzo più performante, nel complesso, è risultato quello con il 5% di cemento sostituito da biochar fecale.. I test: fino al 42% di resistenza in più Il "cemento di escrementi" ha rivelato un'altra caratteristica notevole: continuava a guadagnare resistenza durante tutto il processo di indurimento. Dopo 91 giorni, la miscela al 5% mostrava un aumento medio del 20% nella resistenza alla compressione e del 36% in quella alla flessione. Con una sostituzione del 10%, i risultati sono stati ancora migliori: +21% di resistenza alla compressione e +42% di resistenza alla flessione.. Anche sulle altre proprietà il "poopcrete" non ha sfigurato: con il 5% di sostituzione assorbiva meno acqua, presentava una porosità inferiore e un ritiro da essiccazione minore rispetto al calcestruzzo convenzionale; con il 10%, le prestazioni restavano sostanzialmente in linea con quelle standard. Esiste però il rischio di esagerare: con una sostituzione del 15% il calcestruzzo continuava ad acquisire resistenza in fase di stagionatura, ma le sue prestazioni complessive risultavano inferiori rispetto alle versioni al 5% e al 10%.. Perché funziona Il biochar ricavato dalle feci è poroso, ricco di minuscole cavità capaci di assorbire acqua e rilasciarla gradualmente durante l'indurimento del calcestruzzo: le particelle di biochar si comportano così come piccoli serbatoi interni, mantenendo l'umidità necessaria alle reazioni chimiche che rafforzano il materiale. Inoltre il biochar: essendo ricco di silice, può reagire con i composti prodotti durante la stagionatura del cemento formando ulteriori silicati di calcio, che contribuiscono a rinforzare il materiale. In altre parole, il processo è pozzolanico — la stessa famiglia di reazioni chimiche che rendeva così duraturo il calcestruzzo dell'antica Roma, solo che al posto della cenere vulcanica usata dai Romani ci sono, appunto, escrementi umani.. Infine, le particelle fini di biochar riempiono i piccoli vuoti presenti nel calcestruzzo, migliorando la compattazione e il legame tra i suoi ingredienti. Al microscopio, il calcestruzzo con il 5% di biochar mostrava infatti una struttura più densa e compatta rispetto a quello convenzionale; al 15%, invece, la struttura iniziava a deteriorarsi, con più pori, crepe e zone di legame debole.. Non ancora pronti per i grattacieli Nessuno costruirà grattacieli con il cemento agli escrementi da domani. Gli stessi autori dello studio sottolineano che servono ulteriori ricerche per valutarne le prestazioni in condizioni reali — cicli di gelo e disgelo, salinità, temperature estreme. Resta aperta anche la questione dell'accumulo di metalli pesanti, un problema noto legato ai fanghi di depurazione: intrappolarli nel calcestruzzo potrebbe essere un vantaggio, ma non è ancora chiaro per quanto tempo resterebbero bloccati né se, col tempo, potrebbero disperdersi nell'ambiente.. Lo studio, inoltre, non ha valutato l'impatto del metodo sulle emissioni di carbonio. Detto questo, sostituire anche solo una frazione del cemento con un materiale ricavato da un flusso di rifiuti che l'umanità produce in quantità pressoché inesauribile potrebbe rappresentare una soluzione capace di affrontare due problemi in un colpo solo..