Utilizzo di paglia e canapa per ristrutturazioni rispettose del clima

La Svizzera conta quasi 1,8 milioni di edifici residenziali e un altro milione di edifici non residenziali. Questo patrimonio edilizio rappresenta circa il 40% della domanda finale di energia del Paese. Gli edifici rappresentano un'importante leva sulla strada verso una Svizzera a impatto climatico zero: Chi siamo, infatti, è ancora riscaldato con combustibili fossili come il petrolio o il gas. Inoltre, la maggior parte degli edifici risale a un'epoca in cui non esistevano standard di efficienza efficaci. Molti di essi hanno urgente bisogno di essere ristrutturati in modo efficiente dal punto di vista energetico.

La questione è oggetto di ricerca da anni presso il Dipartimento di ingegneria civile, ambientale e geomatica dell'ETH di Zurigo. Un recente studio condotto da Guillaume Habert, professore di Umwelt und Geomatik, e Bruno Sudret, professore di Rischio, Sicurezza e Quantificazione delle Incertezze, fornisce nuove risposte. Lo studio è stato condotto in collaborazione con l'Haute école spécialisée della Svizzera occidentale (Yverdon) e la Chalmers University of Technology (G?teborg). ? stato pubblicato il 13 marzo 2024 sulla rivista scientifica Nature Communications.

Sostituzione del riscaldamento e isolamento termico

Lo studio si è concentrato su sei edifici costruiti tra il 1911 e il 1988 e finora in gran parte non ristrutturati. Gli edifici sono stati selezionati in modo da rappresentare l'intero patrimonio edilizio svizzero. Per questi immobili, i ricercatori hanno calcolato la quantità di emissioni di gas serra che sarebbero state causate da varie misure di ristrutturazione nell'arco di un ciclo di vita dell'edificio di 60 anni (dal momento della ristrutturazione). Da un lato, è stata analizzata la sostituzione del precedente sistema di riscaldamento con un impianto a gas, un sistema di riscaldamento a pellet di legno o una pompa di calore; dall'altro, l'installazione di un isolamento termico con strati di diverso spessore di materiali isolanti convenzionali (come EPS, lana di vetro, lana di roccia, fibre di cellulosa) o materiali isolanti ricavati da piante a crescita rapida (come paglia e canapa).

L'inclusione dei materiali da costruzione è importante perché richiedono quantità molto diverse di energia nel processo di produzione e quindi hanno un impatto più o meno elevato sui gas serra. "Le emissioni di CO₂-Le emissioni derivanti dalla produzione di materiali isolanti convenzionali sono talvolta molto elevate e il loro utilizzo nelle ristrutturazioni edilizie annulla parzialmente l'effetto positivo ottenuto con la riduzione del consumo energetico", afferma Guillaume Habert. I materiali da costruzione realizzati con materie prime rinnovabili producono una quantità significativamente inferiore di gas serra. Hanno anche il vantaggio di non emettere CO₂ dall'atmosfera, che viene poi immagazzinata nell'edificio a lungo termine.

87% di gas serra in meno

I calcoli delle emissioni di gas serra nell'arco dei 60 anni di vita di un edificio mostrano che Per ridurre le emissioni di gas serra in modo efficace e il più possibile economico, la sostituzione dei sistemi di riscaldamento a gas e a olio è la priorità assoluta. Anche l'uso di materiali da costruzione a base biologica per l'isolamento termico è molto importante. "I nostri risultati mostrano che potremmo risparmiare fino all'87% delle emissioni di gas serra nel parco edilizio svizzero, principalmente passando alle pompe di calore o ai pellet di legno, ma anche utilizzando materiali da costruzione a base biologica, ad esempio sotto forma di balle di paglia, stuoie di canapa e calcestruzzo di canapa, sulla base delle ipotesi che abbiamo fatto", afferma Alina Galimshina, riassumendo uno dei principali risultati dello studio. Questo si basa in gran parte sulla tesi di dottorato che ha scritto all'ETH di Zurigo.

Il ricercatore ha utilizzato un metodo innovativo per calcolare le emissioni di gas serra e i costi di investimento, di esercizio e di manutenzione nel corso del ciclo di vita. La scelta della giusta strategia di ristrutturazione dipende in larga misura dagli sviluppi futuri, come l'aumento delle temperature ambientali legato al clima, ma anche dai prezzi dell'energia, dalle "emissioni di CO₂-contenuto" della rete elettrica, il comportamento degli utenti e altri fattori. Lo studio ha tenuto conto di queste incertezze incorporando strumenti matematici adeguati.

I modelli di calcolo per la valutazione dei criteri del ciclo di vita richiedono molto tempo al computer. Per ridurre lo sforzo computazionale, è stato sviluppato un modello sostitutivo utilizzando tecniche di apprendimento automatico. "Grazie a questo modello sostitutivo, siamo stati in grado di effettuare un'ottimizzazione completa dei vari parametri delle possibili opzioni di ristrutturazione, tenendo conto delle incertezze relative ai prezzi dell'energia, alle emissioni di CO₂-L'ottimizzazione dell'impianto di riscaldamento è stata resa possibile dalla L'ottimizzazione dell'impianto di riscaldamento è stata resa possibile dallo strumento software pagina esternaUQLab,che il suo gruppo ha sviluppato e utilizzato dal 2015 per quantificare le incertezze nei modelli di previsione di varie discipline. I ricercatori lo hanno ulteriormente ampliato per questo progetto.

Mettere in pratica i risultati

La richiesta di sostituire i sistemi di riscaldamento a combustibile fossile è oggi sulla bocca di tutti, ma l'uso di materiali da costruzione a base vegetale come la paglia e la canapa è ancora agli inizi. Il settore edile è ancora scettico nei confronti di questi materiali, perché a volte richiedono spessori di isolamento notevolmente maggiori e sollevano questioni relative all'umidità e alla protezione antincendio. Anche i costi elevati delle ristrutturazioni con materiali isolanti a base biologica sono oggetto di discussione, e i critici talvolta ignorano i risparmi sui costi di gestione.

In questo contesto, il team di ricerca si è posto l'obiettivo di far conoscere i risultati del proprio lavoro a progettisti, architetti e altri professionisti dell'edilizia. Ciò avviene nell'ambito di un progetto in corso finanziato dal programma Agora del Fondo Nazionale Svizzero per la Ricerca Scientifica. Il progetto prevede eventi di discussione e un sondaggio con esperti del settore edile. Allo stesso tempo, è stato creato un sito web per decidere uno strumento software da utilizzare per confrontare le strategie di ristrutturazione in termini di compatibilità climatica.