Basta cemento: l’impatto climatico delle grandi opere

Produce nell’immediato l’8% delle emissioni di CO2; se fosse un paese, questa industria sarebbe il terzo emettitore mondiale, davanti all’India.

Di Dario Zampieri

Foto di Anthony By Flickr

Sul sito di ASPO Italia è stato pubblicato un articolo di Dario Zampieri intitolato “Le conseguenze della produzione di cemento” che fa il punto della letteratura scientifica sugli impatti climatici dei manufatti civili.

Di seguito, ne riportiamo un’estratto.


UN BRUTTO CLIMA

Non c’è dubbio che l’emergenza climatica sia reale, prodotta dall’uomo, pericolosa e ci lasci pochi anni per agire. Chi avesse dubbi può comunque leggere la nota [1].

Lo studio più completo sull’argomento emissioni climalteranti di biossido di carbonio (CO2)  (Friedlingstein et al., 2019) dimostra che nel 2018 quelle antropogeniche sono state di 42,16 Gt (gigatonnellate o miliardi di tonnellate), un tasso annuale raggiunto per la prima volta nella storia, così ripartite (Fig. 1):

1) combustione dei fossili ed industria 36,664 Gt, a loro volta suddivisibili in carbone (40%), petrolio (34%), gas (20%), cemento (4%), altro (1,3%); vedremo più avanti perché la stima per il cemento è parziale;

2) cambio dell’uso del suolo tramite deforestazione ed agricoltura 5,49 Gt.

Fig. 1. Emissioni di CO2: emissioni mondiali da fossili (sopra) ed emissioni per tipo di combustibile più quelle dalla produzione di clinker (sotto). Le emissioni del cemento sono quelle di “processo” ed escludono quelle della produzione, del trasporto e della combustione di fossili per il riscaldamento dei forni a temperature di 1400-1500°C (Friedlingstein et al., 2019 [3]).

 

I maggiori paesi o gruppi di paesi emettitori sono stati Cina (28%), USA (15%), EU (9%) e India (7%), che insieme hanno contribuito per circa il 59% delle emissioni di CO2.

 

IL CEMENTO CHE NON POSSIAMO PERMETTERCI

Tralasciando le ben note conseguenze dell’uso del cemento (e di tutti i materiali che vanno a sostituire i suoli naturali e agricoli) sul regime idraulico dei territori, si vuol qui porre l’attenzione su un impatto poco o affatto noto del cemento, che riguarda la fase di produzione.

La produzione di cemento rappresenta un importante contributo al cambiamento climatico antropogenico, essendo la terza più importante sorgente di emissione di CO2 dopo l’uso dei fossili e il cambio dell’uso del suolo. Come tale viene sempre riportato nei grafici delle emissioni di CO2 (vedi Fig. 1), in quanto questa sorgente rappresenta il 90% delle emissioni globali di tutti i processi industriali. Il cemento viene usato nelle costruzioni per legare assieme altri materiali. Ogni anno vengono prodotti più di 10 miliardi di tonnellate di calcestruzzo, ottenuto mescolando il cemento con ghiaia, sabbia ed acqua.

Lo standard industriale di base viene chiamato cemento Portland, inventato nei primi dell’800 con il nome della pietra da costruzione a quel tempo più usata in Inghilterra. Ai nostri giorni ne vengono prodotte 4 miliardi di tonnellate all’anno. I principali produttori sono attualmente la Cina (57%), l’India e gli USA (Fig. 2).

Fig. 2. Produzione di cemento dei principali paesi produttori (Andrew, 2019 [2]).

 

Una fase cruciale nella produzione di cemento Portland è l’ottenimento di clinker, che agisce da legante. Il calcare o carbonato di calcio (CaCO3) viene decomposto ad elevata temperatura nel forno (calcinazione) producendo calce viva (CaO) e come scarto CO2 (emissioni di “processo”), che viene ovviamente liberato nell’atmosfera, usata come una discarica. La produzione di CO2 è un fattore intrinseco a questo tipo di processo industriale. Circa il 50% delle emissioni sono dovute al processo della reazione chimica di dissociazione del calcare e non possono essere eliminate aumentando l’efficienza o cambiando combustibile. Un altro 40% deriva dalla combustione di fonti fossili per riscaldare le fornaci; il rimanente 10% deriva dalle attività di estrazione dei fossili e dal loro trasporto. Queste emissioni sono calcolate separatamente, ma globalmente l’industria del cemento contribuisce per l’8% delle emissioni di CO2. Se fosse un paese, questa industria sarebbe il terzo emettitore mondiale.

Sul cemento, i report IPCC fanno riferimento esclusivamente all’emissione di carbonio. Tuttavia, bisogna anche ricordare che l’ossido di calcio nei materiali cementizi non è stabile nel tempo e gradualmente riassorbe la CO2 atmosferica tramite un processo fisico-chimico detto carbonatazione, che coinvolge la presenza di acqua e procede dalla superficie del manufatto verso l’interno. Diversamente dalla calcinazione, che comporta l’emissione istantanea durante il processo di produzione, la carbonatazione è un processo lento che coinvolge tutto il ciclo di vita dei materiali cementizi, inclusa la demolizione dei manufatti, che riducendoli a frammenti di piccole dimensioni espone una superficie enorme al processo di carbonatazione.

Benché non sia stata studiata sufficientemente, la carbonatazione del ciclo di vita del cemento, incluse la demolizione e la macinazione, è stata stimata per l’anno 2013 in circa 0,9 GtCO2 (Xi et al. 2016 [6]). Il 43% delle emissioni cumulative di CO2 di processo prodotte tra il 1930 e il 2013 sono state riassorbite nello stesso periodo, con un sensibile aumento annuale a partire dal 1982, a causa del contributo della produzione cinese. Non va però dimenticato che il processo di demolizione è molto energivoro, richiede macchine alimentate a fossili e dunque contribuisce alle emissioni, limitando il beneficio prodotto dalla carbonatazione. Inoltre, dati i tempi strettissimi a disposizione per tentare di limitare i danni dell’emergenza climatica, è necessario ridurre immediatamente le emissioni, senza dover aspettare che i processi di carbonatazione sulle crescenti quantità cumulative di cemento agiscano durante l’intero ciclo di vita del calcestruzzo, che è di svariate decine di anni.

Una riduzione della produzione del cemento rappresenta pertanto un obiettivo da perseguire in tempi rapidissimi, ovviamente insieme alla riduzione dell’uso dei fossili.

 

ALTERNATIVE AL CEMENTO

Nel settore delle costruzioni, dove possibile, materiali con produzione ad alta emissione di carbonio come il cemento e l’acciaio (responsabile del 5% delle emissioni) dovrebbero essere sostituiti da quelli rinnovabili, come il legno. Dopo il Grande incendio di Chicago del 1871 il legno è stato ritenuto insicuro e instabile, quindi sostituito in tutto il mondo da cemento e acciaio. Recentemente il pannello di legno a strati incrociati (cross-laminated timber o CLT), sviluppato dapprima in Austria nei primi anni 90, ha aperto scenari insospettati, capaci di eguagliare o di superare le performance di cemento e acciaio nelle costruzioni, con enormi vantaggi nella velocità di costruzione, nei costi, nel comportamento antisismico, nelle emissioni di carbonio, nell’isolamento termico e persino nella sensazione di benessere psichico di chi ci vive. Recentemente, in Norvegia è stato costruito un edificio a 18 piani con struttura in legno (Fig. 3), mentre a Chicago è in progetto un edificio di ben 80 piani.

Fig. 3. Mjøstårnet in Norvegia, attualmente il più alto edificio al mondo (85 m) in pannelli di legno a laminazione incrociata, completato nel marzo 2019 (da Roberts, 2020 [5]).

IL SOLO CEMENTO CHE CI SERVE

Per concludere, le grandi opere da molti invocate richiedono molto calcestruzzo (quindi cemento) e questo dovrebbe far riflettere ed entrare come fattore determinante nelle scelte politiche, che purtroppo si rifanno quasi sempre a modelli economici del secolo scorso, quando i segnali del cambiamento climatico erano evidenti solo agli addetti ai lavori. Nei paesi di più antica industrializzazione, come l’Italia, la produzione di cemento dovrebbe invece servire principalmente per ristrutturare le opere costruite nel passato, oramai non più sicure perché il calcestruzzo non è eterno, ma va incontro a vari processi di degradazione (vedi ad esempio il ponte Morandi di Genova).

Leggi l’articolo completo in PDF sul sito di ASPO Italia.

 

Note

[1] Lo Special Report 2018 dell’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)[4], che deriva dall’esame di oltre 6000 articoli scientifici frutto del lavoro di migliaia di scienziati del clima e della revisione da parte dei governi di tutto il mondo (IPCC, 2018) prevede che per cercare di limitare il riscaldamento del pianeta entro +1,5°C rispetto l’inizio dell’era pre-industriale (generalmente riferito al 1750), nei prossimi 12 anni (oramai 10) dovremo abbassare le emissioni climalteranti annuali al livello in cui erano 43 anni fa. Non solo, ma dopo il 2050 dovremo estrarre dall’aria parte dell’anidride carbonica emessa (emissioni negative), tentando di stoccarla nel sottosuolo. Nel mentre, le emissioni e le concentrazioni continuano a salire e la temperatura di conseguenza, alimentando la frequenza, la durata e l’intensità degli eventi meteorologici estremi.
Se l’obiettivo dei +1,5°C è oramai svanito, secondo molti anche il target successivo di +2°C si fa sempre più difficile da raggiungere. Se continua il trend attuale, l’aumento medio di temperatura che consegneremo ai nostri nipoti verso la fine del secolo sarà di +3 o +4°C. Cioè un valore che causerebbe all’umanità grandi sofferenze.

[2] Andrew R.M., 2019. Global CO2 emissions from cement production, 1928-2018. Earth Syst. Sci. Data, 11, 1675–1710, https://doi.org/10.5194/essd-11-1675-2019

[3] Friedlingstein et al., 2019. Global Carbon budget 2019, Earth Syst. Sci. Data, 11, 1783–1838, https://doi.org/10.5194/essd-11-1783-2019

[4] IPCC 2018, Summary for policymakers: Global Warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty, Masson-Delmotte V. et alii (eds.), Incheon 2018.

[5] Roberts D., 2020. The hottest new thing in sustainable building is, uh, wood. The many, many benefits of using wood in place of concrete and steel.Vox.com

[6] Xi F. et al., 2016. Substantial global carbon uptake by cement carbonation. Nature Geoscience, 9, 880-883, https://www.researchgate.net/publication/310607952

 

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