Laboratorio Città future: Bambù - sostituto del ferro duro e dell'acciaio per i tropici

Il Future Cities Laboratory di Singapore ci sta lavorando.

Dirk Hebel ha un'esperienza diretta di ciò che significa quando i Paesi dipendono dai materiali da costruzione importati. Nel suo precedente posto di lavoro in Etiopia, il costo della costruzione di case popolari, che avrebbe dovuto dare un tetto a centinaia di migliaia di persone, è sfuggito completamente di mano a causa delle costose importazioni di cemento e acciaio. "L'80% dell'acciaio da costruzione mondiale è richiesto nei Paesi in via di sviluppo ed emergenti, ma solo il 20% viene prodotto in questi Paesi", afferma Hebel. "Un enorme squilibrio strutturale!" Ha quindi perseguito l'obiettivo di riabilitare i materiali da costruzione disponibili localmente. Ad esempio, l'argilla sotto forma di mattoni per sostituire il costoso cemento.

Un anno e mezzo fa, Hebel si è trasferito a Singapore come professore assistente presso il Future Cities Laboratory (FCL). Qui si è messo alla ricerca di un'alternativa al secondo principale fattore di costo: l'acciaio strutturale. Si è imbattuto nel bambù, con le sue affascinanti proprietà: Il bambù non è un albero ma un'erba, cresce rapidamente, si rigenera ogni cinque anni, ricresce per decenni e nel processo lega grandi quantità di anidride carbonica dannosa per il clima. Un altro vantaggio: ce n'è abbastanza. Singapore si trova al centro di una fascia globale che comprende gran parte dell'Asia, dell'Africa e del Sud America. In questa fascia ci sono 36 milioni di ettari di bambù. Secondo Hebel, le scorte nel solo Sud-Est asiatico sono sufficienti a coprire la domanda di acciaio da costruzione.

Materiali da costruzione in bambù reimmaginati

L'interesse per il bambù non è nuovo: per secoli, i culmi non trattati sono stati utilizzati per costruire semplici capanne e ponti. Negli anni Cinquanta e Sessanta, negli Stati Uniti e in Brasile gli architetti hanno utilizzato per la prima volta questa erba per rinforzare il calcestruzzo. Ciò era dovuto principalmente alla sua eccezionale resistenza alla trazione, cioè alla capacità di sopportare forze di trazione orizzontali. Nei test, alcuni tipi di bambù hanno persino battuto l'acciaio strutturale in questo senso.

Ciò che sembrava promettente all'inizio si è concluso in modo disastroso: gli steli di bambù traevano acqua dal calcestruzzo, si gonfiavano e si restringevano di nuovo quando si asciugavano. Si formarono crepe e cavità nel calcestruzzo; gli edifici crollarono e la ricerca sull'armatura di bambù si arrestò. Tuttavia, Hebel è convinto del potenziale: "Dobbiamo semplicemente ripensare completamente i materiali da costruzione in bambù".

A tal fine ha fondato l'Advanced Fibre Composite Laboratory a Singapore. La sua idea era quella di utilizzare il bambù non nella sua forma naturale, ma come composito, cioè come parte di un materiale da costruzione multicomponente. In Cina si è iniziato a lavorare in questo senso già negli anni Novanta. I compositi vengono utilizzati per i pavimenti e i rivestimenti delle cucine. Oggi il Paese rappresenta l'80% dei 500 milioni di dollari del mercato globale dei prodotti industriali di bambù".

Per poter utilizzare il bambù come elemento portante, tuttavia, sono necessari nuovi processi che preservino la struttura cellulare e quindi la resistenza alla trazione del bambù nella produzione di compositi. ? proprio questo che Hebel e il suo team stanno studiando: in laboratorio, gli steli di bambù vengono prima divisi meccanicamente in fasci di fibre delle dimensioni di uno stuzzicadenti. Lo zucchero contenuto nella biomassa deve poi essere decomposto per proteggere il materiale da costruzione successivo dall'infestazione batterica. Le fibre vengono poi inumidite con colla, drenate e pressate in uno stampo a 60-70 °C sotto pressione.

? importante che tutti i pori del materiale siano sigillati e protetti dall'assorbimento dell'acqua. Dalla pressa esce un composito che, con 1,3 grammi per centimetro quadrato, è due volte più denso del bambù naturale e quattro volte più leggero dell'acciaio in termini di resistenza alla trazione. Antibatterico e idrorepellente, il materiale è adatto all'armatura del calcestruzzo.

La ricerca di Hebel è stata ben accolta: ha appena ricevuto un premio per l'innovazione dallo Stato di Singapore, con il quale ha ampliato il suo team includendo un chimico e uno scienziato dei materiali. Allo stesso tempo, il laboratorio è stato ampliato con macchine per la produzione di compositi e test di stabilità. Per trovare l'adesivo ideale per il composito, ha avviato una collaborazione con un importante produttore di polimeri.

Cooperazione Sud-Sud

Delle 1400 varietà di bambù presenti in tutto il mondo, con le loro diverse proprietà, il laboratorio si concentra inizialmente sulle varietà più comuni in Asia. Tuttavia, la tecnologia sviluppata presso l'FCL dovrebbe in ultima analisi andare a beneficio di tutti i Paesi della fascia tropicale ed essere divulgata attraverso la cooperazione Sud-Sud.

Hebel presume che la ricerca fondamentale in laboratorio sarà completata in due o tre anni; prevede altri due anni per i test di sicurezza e le certificazioni. A quel punto dovrebbe essere disponibile una sorta di "kit di costruzione" con istruzioni semplici e macchine a prezzi accessibili. "Non vogliamo un materiale da costruzione di lusso per applicazioni speciali", spiega Hebel. "La produzione di compositi e l'armatura del calcestruzzo devono essere così semplici da poter essere apprese e utilizzate in luoghi con grandi scorte di bambù".

Produzione decentralizzata

La conseguente decentralizzazione della produzione offrirebbe un'alternativa a lungo termine al disastroso rapporto import-export degli attuali materiali da costruzione. Allo stesso tempo, ridurrebbe il rischio che la produzione di bambù inizi a competere con l'agricoltura e la produzione alimentare quando la domanda è elevata. Per Hebel è importante anche un altro aspetto: "Dobbiamo assolutamente evitare che gli approfittatori inizino a vendere come materiali da costruzione materiali simili di qualità inferiore", per questo è necessario garantire la qualità della produzione di compositi. Anche le precauzioni di sicurezza sono necessarie per l'Umwelt und Geomatik. Perché a differenza dell'acciaio, che inizia lentamente a piegarsi quando si affatica, il bambù non ha questo comportamento di flusso. Si spezza in due da un momento all'altro.

Prototipi di compositi di bambù saranno presto testati nel progetto "Tropical Town" in Indonesia. Qui, un gruppo di ricercatori dell'FCL, dell'Università di Singapore e dell'Indonesia sta progettando un nuovo tipo di edilizia sociale sostenibile insieme a soggetti pubblici e privati. Il primo insediamento di questo tipo sarà costruito sull'isola di Batam, sponsorizzato da bambù locale proveniente dalle foreste del luogo.