Un legante a base di silicati di magnesio mostra potenziale come via a emissioni zero per la produzione di cemento

Perché il cemento più pulito è importante

Il cemento è il collante che tiene insieme edifici, ponti e strade, ma la sua produzione libera grandi quantità di anidride carbonica nell’atmosfera. Questo articolo esplora un nuovo tipo di cemento ottenuto da rocce ricche di magnesio che potrebbe ridurre drasticamente queste emissioni che riscaldano il clima, pur garantendo la resistenza richiesta dalle costruzioni moderne.

Un nuovo sguardo sul collante da costruzione più usato al mondo

Il calcestruzzo è fatto di pietre, sabbia, acqua e una polvere chiamata cemento. Oggi quasi tutto il cemento è a base di calcare, che deve essere riscaldato a temperature molto elevate. Questo processo non solo consuma combustibile, ma decompone anche il calcare stesso, rilasciando anidride carbonica. Complessivamente gli impianti cementieri sono responsabili di circa l’8% delle emissioni globali di CO2, e queste emissioni “difficili da evitare” provenienti dal calcare sono particolarmente ostiche da eliminare. I piani climatici esistenti spesso puntano alla cattura e al sequestro di questa anidride carbonica, ma quella tecnologia è costosa, lenta da implementare e solleva questioni di sicurezza e normative a lungo termine.

Prendere spunto dalla chimica delle rocce naturali

I ricercatori si rivolgono a rocce che reagiscono naturalmente con l’acqua nelle profondità della crosta terrestre: rocce ultrafemiche ricche di magnesio, che comunemente alterano in un mix minerale chiamato serpentinite. In natura queste rocce si trasformano lentamente nel corso di lunghi periodi e sono state a lungo ritenute inadatte a formare leganti robusti. Studiando con cura i cambiamenti energetici e la velocità di reazione del magnesio e della silice a contatto con l’acqua, il gruppo mostra che questo sistema può effettivamente comportarsi in modo simile al cemento convenzionale se opportunamente attivato. Il loro lavoro suggerisce che una forma speciale e altamente reattiva di silicati di magnesio può formare fasi leganti forti e stabili durante l’idratazione, analoghe alle fasi leganti che si formano nel cemento standard.

Trasformare la roccia in un cemento utilizzabile

Il nuovo legante parte dalla roccia serpentinite estratta da cave esistenti. La roccia viene frantumata, riscaldata a circa 775 gradi Celsius in un forno rotante e poi finemente macinata. Questo trattamento termico rimuove parzialmente l’acqua dai minerali e altera la loro struttura cristallina, trasformandoli in una polvere amorfa agli raggi X e altamente reattiva. Quando questa polvere viene miscelata con acqua, si dissolve lentamente e si riforma in fasi di idrati di silicati di magnesio molto fini. Queste nuove fasi saldano il materiale e gli conferiscono una resistenza a compressione simile a quella del cemento Portland commerciale, come mostrano i test di resistenza a 28 giorni. La manipolazione in cantiere è in linea di massima simile al cemento standard, sebbene il nuovo legante richieda attualmente dosi maggiori di additivi plastificanti per ottenere buona lavorabilità a basso contenuto d’acqua, e sia necessario sviluppare additivi su misura.

Prestazioni pratiche nelle strutture reali

Il legante a silicati di magnesio presenta alcune differenze importanti rispetto al calcestruzzo attuale. L’acqua nei pori del materiale indurito è meno alcalina, con un pH intorno a 10 invece di circa 13. Un’elevata alcalinità aiuta normalmente a proteggere le barre d’acciaio dall’ossidazione, quindi questo cambiamento solleva questioni sulla durabilità. Tuttavia, altri studi su leganti simili mostrano che una struttura porosa più fine e una bassa conducibilità elettrica possono compensare il pH più basso, e gli autori suggeriscono l’uso di acciai rivestiti o fibre alternative dove necessario. Il calore rilasciato durante l’indurimento è inoltre inferiore, il che potrebbe avvantaggiare elementi in calcestruzzo di grande massa riducendo la tendenza alle fessurazioni. Resistenza complessiva e lavorabilità rendono il materiale adatto a molti impieghi di betoncino pronto e prefabbricati, sebbene siano necessari ulteriori test per la durabilità a lungo termine e la compatibilità con additivi comuni.

C’è abbastanza roccia adatta sulla Terra

Per avere un impatto climatico, qualsiasi nuovo legante deve poter essere prodotto su scala enorme. Il gruppo analizza un database geologico globale dei giacimenti di serpentinite in 36 paesi produttori di cemento. In 28 di questi, le risorse note sono sufficienti a sostenere più di un secolo dell’attuale produzione di cemento se fossero completamente sostituite dal nuovo legante. Alcuni paesi potrebbero persino esportare materiale. Dove la copertura del database è scarsa, come in alcune parti dell’Africa e del Sud America, gli autori integrano i dati con studi bibliografici, usando Egitto e Nigeria come esempi. Questi casi mostrano che depositi significativi di serpentinite esistono anche dove le mappe sono incomplete, ma mettono in luce la necessità di indagini locali più dettagliate prima di impegni di investimento su larga scala.

Quanto carbonio potrebbe davvero risparmiare

Poiché la serpentinite non contiene anidride carbonica intrinseca, il nuovo legante evita le emissioni chimiche che si verificano riscaldando il calcare, che oggi aggiungono circa 600 chilogrammi di CO2 per tonnellata di clinker cementizio convenzionale. Richiede inoltre temperature di cottura più basse, raggiungibili con riscaldamento elettrico. Usando scenari energetici futuri per l’Europa, gli autori modellano come le emissioni dalla produzione di legante a silicati di magnesio diminuiscano man mano che i sistemi elettrici passano dai combustibili fossili a fonti rinnovabili o nucleari. Se gli impianti europei adeguassero o sostituissero gradualmente i forni cementieri esistenti in modo che entro il 2050 tutto il clinker sia a base di magnesio e alimentato da elettricità carbon-neutral, le emissioni cumulative evitate potrebbero raggiungere circa 2 miliardi di tonnellate di CO2. Le emissioni annuali del settore cementiero europeo in tale scenario scenderebbero a pochi milioni di tonnellate all’anno, una riduzione di circa il 97% rispetto a oggi.

Una possibile strada verso il calcestruzzo a basso impatto climatico

Lo studio conclude che il legante a base di silicati di magnesio derivato dalla serpentinite potrebbe costituire la base tecnica per un calcestruzzo quasi carbon-neutral entro la metà del secolo, almeno nelle regioni con forniture energetiche e materie prime adeguate. Il processo si adatta bene alle attrezzature industriali attuali, evita la dipendenza dalla cattura e dallo stoccaggio di CO2 su larga scala e sfrutta risorse rocciose ampiamente distribuite. Restano sfide, tra cui studi dettagliati sulla durabilità, additivi chimici su misura, approvazioni regolatorie e la velocità di conversione degli impianti necessaria. Nonostante ciò, il lavoro dimostra che ripensare i minerali alla base del cemento potrebbe giocare un ruolo importante nella riduzione delle emissioni da uno dei materiali più importanti al mondo.

Citazione: Naber, C., Majzlan, J., Moosdorf, N. et al. Magnesium silicate binder shows potential as a carbon-neutral route for cement manufacture. Commun. Sustain. 1, 79 (2026). https://doi.org/10.1038/s44458-026-00085-z

Parole chiave: cemento a basse emissioni, legante a silicati di magnesio, serpentinite, decarbonizzazione del cemento, materiali da costruzione