L’edilizia è un settore che, purtroppo, è frequentemente trascurato quando si parla di sostenibilità e riciclabilità, nonostante il suo impatto diretto sull’ambiente. Il prodotto "edificio", infatti, è particolarmente resistente e composto da un'ampia varietà di materiali. A differenza dei beni di consumo, che sono spesso contrassegnati da un chiaro produttore e una vita utile limitata, un edificio coinvolge numerosi attori e un lungo ciclo di vita. La difficoltà nell’identificare il produttore di un edificio rende complessa l'assegnazione della responsabilità del prodotto, creando di fatto pochi incentivi per lo sviluppo di prodotti riciclabili che potrebbero migliorare i processi di riciclaggio futuri. La varietà di materiali edili cresce continuamente, eppure le tecnologie per il riciclaggio di questi materiali non si sviluppano altrettanto rapidamente.

Nel contesto della bilancia dei materiali, i cicli possono essere rappresentati come sistemi delimitati che registrano i flussi di materiali che entrano e escono dal sistema, i processi che si svolgono al suo interno e i flussi di materiali che circolano tra questi processi. I processi includono, ad esempio, il recupero delle materie prime, la loro lavorazione per ottenere un prodotto o il consumo. I flussi di materiale possono consistere in materie prime, prodotti o rifiuti. La creazione di un bilancio materiale parte dal principio di conservazione della massa e può essere suddivisa in due casi principali.

Nel caso "stazionario", la somma dei flussi di materiale in ingresso è uguale alla somma dei flussi in uscita, un principio che si applica alla produzione di un prodotto. In questo caso, la quantità di materia prima lavorata nel processo è uguale alla quantità di prodotto finito, più eventuali residui di produzione ed emissioni. Quando il prodotto viene utilizzato, i flussi in ingresso e in uscita coincidono solo se non si verifica un accumulo. Questo è più frequente per i beni di consumo a breve durata, come gli imballaggi o gli articoli di uso quotidiano.

Nel caso "quasi-stazionario", invece, la somma dei flussi in ingresso è diversa dalla somma di quelli in uscita, portando a un accumulo o una riduzione di una scorta di sostanze. Nell’edilizia, la formazione di scorte di materiali, provenienti da una grande varietà di strutture, è un fenomeno predominante. Qui, l’ingresso di materiale è di gran lunga superiore all’uscita. Questo accumulo di materiali è evidente in costruzioni, infrastrutture e sistemi di smaltimento dei rifiuti.

Il ciclo dei materiali nel settore edile include processi che non generano scorte crescenti, come la lavorazione di rifiuti da costruzione e demolizione. Tuttavia, la costruzione di edifici, strade e altre infrastrutture contribuisce in modo significativo alla creazione di scorte materiali. Questi materiali accumulati in edifici, costruzioni stradali e infrastrutture civili sono considerati come scorte antropiche di materiali, che possono essere utilizzate come fonte di materie prime attraverso il cosiddetto “mining urbano”. Tuttavia, queste scorte non possono essere misurate semplicemente con bilanci input-output. Per farlo, sono necessarie metodologie alternative, come l'approccio top-down, che stima la quantità di materiali accumulati basandosi sulle statistiche dei flussi di materiale in entrata e in uscita dal patrimonio edilizio nel corso del tempo.

Nel caso tedesco, per esempio, è stato possibile fare stime sui flussi di materiali primari e secondari utilizzati nel settore edile grazie alle statistiche di produzione regolarmente pubblicate. Nel 2014, la quantità totale di materiali grezzi, che includeva aggregati, materiali da costruzione riciclati e sottoprodotti industriali, ammontava a circa 620 milioni di tonnellate. Di questa quantità, circa il 35% è stato utilizzato nella costruzione di edifici, mentre il 65% è stato destinato alla costruzione di strade e infrastrutture civili. Inoltre, nel 2014, circa 82,8 milioni di tonnellate di materiale proveniente dalla demolizione di edifici, mischiato a rifiuti da costruzione e demolizione, sono state riciclate. Di queste, 55,5 milioni di tonnellate sono state trasformate in materiali da costruzione riciclati.

Le quantità di materiali riciclati, come aggregati e materiali provenienti da scavi e dragaggi, ammontano a circa 67,6 milioni di tonnellate, con un’enfasi particolare sul riciclaggio utilizzato principalmente nella costruzione di strade e opere di ingegneria civile. La differenza tra l'ingresso di materiali primari e secondari e l'uscita rappresenta l'aumento delle scorte di materiali nel ciclo di costruzione per l'anno di riferimento. Questa evidenza mostra l’importanza della gestione e del riciclaggio dei materiali nell'edilizia, ma anche il gap esistente tra i flussi in entrata e in uscita, che fa sì che un'alta percentuale di materiali resti inutilizzata per lunghi periodi, aumentando così l'impatto ambientale del settore.

Un aspetto fondamentale da comprendere è che la gestione delle risorse materiali nel settore edilizio non si limita alla mera sostituzione di materiali nuovi con materiali riciclati. Si tratta di un processo complesso che implica la pianificazione a lungo termine e l’adozione di strategie innovative per il recupero e la riutilizzazione dei materiali esistenti. A lungo termine, la sostenibilità di questo ciclo dipenderà non solo dalla capacità di riciclare i materiali edili ma anche dal miglioramento delle tecnologie per il recupero e dalla progettazione di edifici che possano essere facilmente smontati e riciclati. Il miglioramento della qualità dei dati e la creazione di una rete di informazioni tra i vari attori del settore, come costruttori, progettisti e autorità locali, sono essenziali per un’economia circolare efficiente.

Come la Frattura dei Materiali Influenza la Comminuzione dei Rifiuti da Costruzione

La frattura dei materiali gioca un ruolo determinante nella distribuzione della dimensione delle particelle ottenute durante la comminuzione. Nei materiali fragili, si generano sempre particelle fini oltre a frammenti più grossi. I modelli sperimentali condotti, in cui sfere di calcestruzzo con un diametro di 150 mm venivano sparate a una certa velocità contro una piastra di impatto, hanno confermato questo comportamento della superficie di frattura. L'analisi delle distribuzioni granulometriche ha mostrato che la frattura dei materiali produce un'ampia gamma di particelle, con diverse specie di dimensioni che appaiono in proporzioni variabili.

Quando si parla di riduzione dimensionale dei rifiuti da costruzione e demolizione, la selezione del tipo di sollecitazione da applicare dipende fortemente dal comportamento del materiale da triturare. I materiali da costruzione più comuni come calcestruzzo, muratura, pietre naturali e leganti minerali hanno comportamenti di deformazione diversi. Alcuni, come il vetro, sono fragili e si frantumano facilmente sotto carichi di impatto, mentre materiali come il metallo si deformano in modo più duttile, richiedendo forze di taglio o compressione. Inoltre, ogni materiale ha una resistenza meccanica specifica, che influisce sul processo di comminuzione: per esempio, i materiali da costruzione come il calcestruzzo hanno una resistenza a compressione molto elevata, mentre materiali più morbidi, come il gesso o la malta, sono meno resistenti.

La variazione nelle proprietà dei materiali implica che il processo di comminuzione non sia uniforme per tutti i componenti di un rifiuto edilizio. Ad esempio, la frantumazione dei materiali a base minerale, come il calcestruzzo o i mattoni, avviene principalmente per impatto o compressione. Al contrario, per i rifiuti non minerali, come il legno o i materiali plastici, è necessario utilizzare sollecitazioni di taglio o trazione.

Le distribuzioni dimensionali delle particelle risultanti dalla comminuzione dei rifiuti da costruzione sono generalmente eterogenee, con particelle di dimensioni che spaziano da micrometri a decimetri. Questa distribuzione può essere descritta attraverso funzioni matematiche come la distribuzione cumulativa Q3 o la distribuzione di densità, che forniscono una rappresentazione analitica della distribuzione delle particelle. La curva di passaggio attraverso il setaccio e la funzione di distribuzione di Gates, Gaudin e Schuhmann (GGS) sono utilizzate per caratterizzare la distribuzione delle particelle nei prodotti finali della triturazione. In particolare, la larghezza della gamma delle particelle dipende dal parametro di distribuzione, che rappresenta la variazione delle dimensioni delle particelle nel campione.

La selezione del metodo di triturazione e il controllo delle dimensioni delle particelle sono influenzati dal tipo di rifiuto da trattare e dalle sue caratteristiche fisiche. La dimensione finale delle particelle e il grado di frantumazione possono essere ottimizzati regolando l'intensità delle sollecitazioni applicate, come la velocità dell'impatto o la forza di compressione. La comprensione di come le particelle si comportano durante la frattura e la successiva riduzione dimensionale è quindi essenziale per migliorare l'efficienza dei processi di riciclaggio dei rifiuti da costruzione.

Per quanto riguarda l'energia necessaria per il processo di frantumazione, gran parte dell'energia applicata viene utilizzata per deformare i materiali e generare onde sonore, mentre solo una piccola parte di questa energia contribuisce effettivamente a creare nuove superfici. L'efficienza del processo può essere migliorata minimizzando le perdite energetiche e ottimizzando la tecnica di comminuzione utilizzata, come dimostrato dalle esperimentazioni con sfere di calcestruzzo, dove l'incremento dell'energia superficiale è inferiore allo 0,1% dell'energia cinetica applicata.

Un altro aspetto fondamentale è che la qualità della materia prima, cioè il rifiuto da trattare, influisce direttamente sul tipo di sollecitazione da applicare e sulla qualità del prodotto finale. I rifiuti edilizi contengono una varietà di materiali con diverse caratteristiche fisiche, e la comprensione di queste differenze è cruciale per ottenere un prodotto riciclato che soddisfi gli standard di qualità richiesti per il riutilizzo. La selezione di un processo di triturazione adeguato è pertanto un passo fondamentale nel riciclo dei rifiuti da costruzione, che deve essere affrontato con attenzione alle proprietà fisiche dei singoli materiali.

Come avviene la separazione e la liberazione dei materiali nei processi di riciclo delle macerie edilizie?

La frantumazione e la successiva separazione dei materiali derivanti da costruzione e demolizione rappresentano passaggi fondamentali nel processo di riciclo delle macerie edilizie. La qualità del materiale riciclato dipende in larga misura dal grado di liberazione delle componenti composite, che varia in funzione della dimensione delle particelle ottenute dopo la comminuzione. Il principio di base consiste nel ridurre le dimensioni dei frammenti in modo da permettere una più efficace separazione dei diversi materiali presenti, come cemento, mattoni, gesso o rivestimenti.

Il processo di disgregazione di materiali compositi può essere complesso, considerando la natura eterogenea dei rifiuti edilizi. Ad esempio, una parete intonacata costituisce un insieme di materiali con differenti proprietà fisiche e chimiche che richiedono un trattamento specifico per una corretta separazione. La relazione tra dimensione delle particelle e grado di liberazione è cruciale: frammenti troppo grandi possono contenere ancora materiali aggregati, mentre particelle troppo piccole possono complicare le successive fasi di selezione.

Per ottimizzare la separazione, si utilizzano diverse tecniche di vagliatura, che permettono di suddividere il materiale in frazioni granulometriche distinte. I macchinari di vagliatura sono progettati per trattare specificamente i rifiuti da costruzione, utilizzando differenti sistemi di movimento del piano di vaglio, come oscillazioni lineari, circolari o movimenti a battente. La capacità di vagliatura dipende anche dalla larghezza della maglia del setaccio e dalla forma delle particelle, influenzando l'efficacia nella rimozione di materiali indesiderati.

Accanto alla vagliatura, la separazione per densità gioca un ruolo importante. I materiali da costruzione e demolizione presentano densità differenti e si comportano diversamente in aria o in acqua. Le velocità di caduta delle particelle sferiche, ad esempio, variano a seconda della loro densità e forma, influenzando la loro separazione tramite dispositivi come classificatori ad aria, separatori a nastro inclinato o tamburi idraulici. La saturazione del materiale con acqua può modificare la densità apparente, migliorando la distinzione tra componenti pesanti e leggeri.

Le tecnologie di separazione includono inoltre l’uso di separatori magnetici per rimuovere metalli ferrosi, fondamentali per garantire la purezza del materiale riciclato e prevenire danni agli impianti. Metodi di jigging e separazione idraulica si rivelano efficaci per affinare la qualità degli aggregati riciclati, soprattutto nei materiali che presentano variazioni nella composizione come presenza di gesso o cemento residuo.

La complessità della gestione e del trattamento di rifiuti edilizi deriva anche dalla necessità di considerare le caratteristiche fisiche come la forma e il colore delle particelle, che influenzano il comportamento durante le operazioni di separazione meccanica e idraulica. La selezione e combinazione di tecniche devono quindi essere adattate specificamente alla composizione del rifiuto e alle esigenze di riciclo, al fine di massimizzare il recupero e minimizzare gli scarti.

Oltre ai processi meccanici e fisici, è importante comprendere che la qualità del materiale riciclato è strettamente legata al controllo e alla pianificazione delle fasi di frantumazione e vagliatura. Un’efficace progettazione dell’impianto e una precisa regolazione dei parametri di lavoro consentono di migliorare la liberazione e la separazione, influenzando positivamente la sostenibilità economica e ambientale dell’intero ciclo di riciclo.

La consapevolezza del comportamento delle particelle in differenti condizioni di separazione permette di prevedere e ottimizzare l’efficienza dei processi, evitando contaminazioni e garantendo la produzione di materiali secondari di alta qualità. Questo è essenziale in un contesto dove la circolarità e la gestione sostenibile dei rifiuti edilizi assumono un ruolo sempre più centrale nella costruzione moderna.

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