Il calcestruzzo intelligente che conduce l’elettricità. La rivoluzione del grafene entra nel settore delle costruzioni

Sei anni più tardi, nel 2010, la scoperta gli valse il Nobel per la Fisica. Da allora gli studi applicativi sul grafene sono aumentati esponenzialmente, in tutti i campi possibili. Il grafene è 200 volte più resistente dell’acciaio e nello stesso tempo estremamente flessibile, può essere manipolato e deformato, resistendo a pressioni anche elevate, è incredibilmente leggero, può condurre elettroni 100 volte più velocemente del silicio e trasportare calore meglio del rame ed è praticamente impermeabile alle molecole e a tutti i gas. 

Queste caratteristiche ne fanno un materiale assolutamente interessante anche per il settore delle costruzioni. Italcementi ha iniziato a studiare il grafene e le sue possibili applicazioni nel campo delle costruzioni nel 2014, nel momento in cui è entrata a far parte del Consorzio Graphene Flagship, una delle più importanti iniziative di ricerca mai avviate dall’Unione Europea sullo sviluppo di nuove tecnologie legate ai materiali. Il progetto, che prevede dieci anni di ricerca e un finanziamento complessivo di un miliardo di euro, è nato per coordinare la ricerca scientifica sul grafene e su altri materiali bidimensionali di recente scoperta e favorire la crescita di nuove tecnologie in numerosi settori industriali.

Da allora nei laboratori Italcementi sono stati avviati diversi progetti di ricerca sulle applicazioni con calcestruzzi intelligenti, dedicando più di 15.000 ore di studi e approfondimenti. L’ultima ricerca si è concentrata sulla possibilità di combinare l’eccezionale proprietà conduttiva del grafene con le potenzialità di un materiale di uso comune e largamente diffuso come il calcestruzzo. Incorporando il grafene nel calcestruzzo, siamo riusciti a modificare il tipico comportamento isolante dei composti cementizi, permettendo il passaggio della corrente elettrica senza comprometterne le performance. La sfida è stata proprio quella di creare un composito cementizio elettricamente conduttivo che mantenesse di fatto le caratteristiche di resistenza e fluidità del calcestruzzo. Il risultato è stato lo sviluppo di uno smart concrete che apre la strada ad applicazioni rivoluzionarie nel settore dell’edilizia e a molteplici soluzioni intelligenti per le abitazioni, le infrastrutture e la mobilità del futuro, in grado di accrescere efficienza e sicurezza nella vita quotidiana delle persone.

Le possibili applicazioni e i vantaggi di un composito cementizio altamente conduttivo sono molte, soprattutto se si considera che il calcestruzzo è il materiale da costruzione più utilizzato al mondo. Il calcestruzzo al grafene, per esempio, potrà essere impiegato nel riscaldamento a pavimento o a parete. È l’innovazione che a febbraio del 2019 Italcementi ha portato al Mobile World Congress di Barcellona, la più importante fiera mondiale dedicata alla telefonia mobile e all’innovazione. All’interno del padiglione dedicato al grafene, è stato esposto un mock-up che mostra il funzionamento di un riscaldamento a pavimento grazie all’uso di un sottile strato di composito cementizio al grafene posto tra il massetto e la superficie della pavimentazione. Grazie alla trasformazione dell’energia elettrica in energia termica, è il calcestruzzo stesso a generare calore, offrendo un sistema di riscaldamento poco invasivo ed efficace, accrescendo il comfort abitativo e ottimizzando gli spazi. Una soluzione duratura, che richiede poca manutenzione e contribuisce al risparmio energetico, con vantaggi anche dal punto di vista economico.

Secondo lo stesso principio questi smart concrete potranno essere utilizzati anche per riscaldare superfici esterne, offrendo una soluzione anti-neve e anti-ghiaccio sicura ed eco-friendly. Nel prossimo futuro, strade e piste ciclabili, rampe del garage di casa, moli e piste aeroportuali potranno essere ripulite da ghiaccio e neve senza bisogno di sale corrosivo e prodotti chimici antigelo, salvaguardando la sicurezza delle persone, la durabilità dei materiali e l’impatto sull’ambiente.

Le opportunità d’impiego sono però ancora più vaste e interessanti. Guardando al medio termine, si potranno realizzare ulteriori importanti applicazioni per il monitoraggio strutturale delle costruzioni: la conduttività rende possibili soluzioni “self-sensing” in grado di monitorare sforzi, deformazioni e stati fessurativi del calcestruzzo in tempo reale senza la necessità di appositi sensori aggiuntivi (o integrandoli in maniera efficiente). Si tratta di soluzioni che permetteranno di intervenire tempestivamente nel caso di iniziali fenomeni di degrado delle infrastrutture, con grandi vantaggi dal punto di vista della durabilità delle opere.

Altre possibili applicazioni riguardano le pavimentazioni antistatiche, la schermatura degli edifici dalle interferenze elettromagnetiche (EMI) e la dissipazione delle cariche elettrostatiche, tutte soluzioni non solo all’avanguardia ma anche ottimizzabili in un vicino futuro. La nostra ricerca prosegue con progetti anche più a lungo termine, che potranno portare grandi novità nel campo della mobilità, quando grazie al calcestruzzo al grafene i veicoli elettrici potranno per esempio ricaricarsi in movimento, traendo l’energia direttamente dal manto stradale.