Dal disastro ambientale arriva il 'super cemento' che nasce dalle miniere di litio

Il settore delle costruzioni potrebbe presto compiere un passo significativo verso processi più sostenibili, grazie a una ricerca condotta da Flinders University che punta a valorizzare , il β-spodumene delitiato (DβS), un sottoprodotto di scarto dell'estrazione del litio dal minerale di spodumene.

Lo spodumene è un minerale che subisce vari trattamenti termici e chimici. Il prodotto residuo, da cui è stato rimosso gran parte del litio, è per l'appunto il β-spodumene delitiato.

Il materiale, generato in grandi quantità durante la produzione di idrossido di litio, ha evidenziato proprietà pozzolaniche (reagire con la calce in presenza di acqua per formare composti cementizi) utili per migliorare prestazioni e durabilità del calcestruzzo.

Dopo aver superato i test di compressione, il calcestruzzo realizzato con il 100% di ceneri volanti (a sinistra) e quello realizzato con il 75% di ceneri volanti miscelate con il 25% di DβS (a destra) mostrano resistenza e durata comparabili - Foto: New Atlas

L'industria del cemento è una delle più impattanti al mondo: oltre 25 miliardi di tonnellate di calcestruzzo vengono prodotte ogni anno, con un consumo elevato di risorse non rinnovabili. Non solo, il settore rappresenta l'8% delle emissioni globali di gas serra. Allo stesso tempo, l'estrazione di litio da rocce contenenti spodumene produce fino a 7-10 tonnellate di DβS per ogni tonnellata di litio raffinato, generando volumi crescenti di rifiuti classificati come potenzialmente pericolosi.

Il team guidato dal Dr. Aliakbar Gholampour, esperto di ingegneria strutturale, ha analizzato la microstruttura dei geopolimeri basati su DβS, valutando l'effetto di differenti rapporti tra silicato di sodio (Na₂SiO₃) e idrossido di sodio (NaOH) nella soluzione alcalina utilizzata come attivatore. I risultati mostrano come il DβS possa sostituire una quota di ceneri volanti - tipico sottoprodotto delle combustioni a carbone - nella formulazione dei leganti geopolimerici.

Nei test sperimentali, l'integrazione del 25% di DβS in sostituzione delle ceneri volanti ha aumentato la resistenza meccanica del materiale del 34% rispetto a un mix tradizionale. Ottimizzando ulteriormente le proporzioni degli attivatori alcalini, gli incrementi registrati hanno raggiunto il 74%. Dopo 28 giorni di cura, le prove di compressione hanno evidenziato una struttura interna più compatta e meno permeabile, con benefici anche sul fronte della durabilità e della resistenza ai processi di corrosione.

Oltre all'aspetto prestazionale, l'impiego del DβS riduce la quantità di rifiuti da conferire in discarica, mitigando al tempo stesso i potenziali rischi di contaminazione di suolo e falde. Un approccio che si inserisce nella logica dell'economia circolare, offrendo un utilizzo virtuoso a un materiale altrimenti destinato allo smaltimento.

Il lavoro, pubblicato su Materials and Structures e Journal of Materials in Civil Engineering, si aggiunge a una serie di studi del gruppo di ricerca di Gholampour dedicati alla produzione di calcestruzzi più sostenibili tramite l'impiego di sottoprodotti industriali, fibre, sabbie di recupero e modelli predittivi basati su machine learning. Le attività comprendono anche analisi sull'uso di tecnologie di stampa 3D per ottimizzare materiali e processi costruttivi.

Non è la prima volta che parliamo di calcestruzzo e delle sue possibili evoluzioni per diventare un materiale meno impattante: da ZeroCAL fino all'uso di modelli di AI da parte del Paul Scherrer Institute (PSI), c'è molto fermento attorno a un materiale così comune ma di cui spesso ignoriamo la filiera produttiva altamente inquinante.