Utilizzo dei prodotti di mineralizzazione della CO2 come nuovi leganti idraulici

In recent years, the interest in global climate change increased considerably. The climate changes that are taking place on the Earth are largely caused by a strong increase in carbon dioxide released into the atmosphere. The discovery and consequently the use of fossil fuels has increased the quantity of CO2 in the atmosphere. Portland cement production also contributes to the increase of CO2 in the atmosphere. Since the production of clinker involves the firing of limestones and clays at high temperatures (about 1450 °C), this involves the release of carbon dioxide from the calcite present in the raw material. Scientists have found several ways to reduce atmospheric CO2, such as mineral carbonation. Mineral carbonation consists in the capture of carbon dioxide and its mineralization within the crystal lattice of pre-existing minerals. The mineral carbonation process is mainly performed on mafic minerals, such as Mg-rich olivine (forsterite). The products of carbonation on mafic rocks rich in forsterite consist mainly in magnesium carbonate (magnesite) and amorphous silica and are called carbonated olivine. The mineral carbonation products have never been used until now, and they are considered an industrial waste. This thesis study was aimed to investigate the feasibility of making a new hydraulic binder with low environmental impact, composed by Portland cement and carbonated olivine in equal proportion. The amorphous silica contained in carbonated olivine in equal proportion. The amorphous silica contained in carbonated olivine causes the pozzolanic reaction to occur. In fact, the amount of C-S-H contained in these hydrated samples, is similar to the amount of C-S-H contained in hydrated Portland cement. Anyway, they exhibit a lower mechanical resistance than the Portland cement. The lower mechanical resistance is due to the high specific surface area of the carbonated olivine, which requires a large amount of water to form a workable paste, causing high porosity in the hardened sample.

Negli ultimi anni, l’interesse per il cambiamento climatico globale è aumentato considerevolmente. Le variazioni climatiche in atto sul nostro pianeta, sempre più evidenti, sono in gran parte causate da un forte incremento di anidride carbonica rilasciata in atmosfera. L’incremento massivo di CO2 antropogenica è cominciato con la scoperta e il conseguente utilizzo dei combustibili fossili1; infatti, la loro combustione rappresenta l’attività che immette una maggiore quantità di CO2 nell’atmosfera. Tuttavia, l’utilizzo di combustibili fossili non è l’unica attività a causare questo problema. Infatti, anche la produzione di cemento Portland contribuisce all’innalzamento della CO2 in atmosfera. Questo perché la produzione del clinker prevede la cottura di calcari e argille in forni ad altissime temperature (1450°C) e comporta il rilascio di anidride carbonica dalla calcite presente nella materia prima. Si stima che ad ogni tonnellata di cemento prodotto, vengano rilasciate in media 0.8 tonnellate di CO22. Per ridurre i quantitativi di CO2 rilasciati in atmosfera da attività industriali, la ricerca scientifica si è mossa per trovare metodi di sequestro e stoccaggio della CO2 presente in atmosfera. Uno di questi metodi è la mineralizzazione della CO2, ossia la cattura dell’anidride carbonica e la sua mineralizzazione all’interno del reticolo cristallino di minerali preesistenti. Il procedimento di carbonatazione minerale viene eseguito maggiormente su minerali mafici, come le olivine ricche in magnesio. Il prodotto ottenuto dalla carbonatazione di rocce ricche in olivina magnesiaca è costituito da carbonato di magnesio (magnesite) e silice amorfa in maggioranza, e viene comunemente definito olivina carbonatata. Ad oggi, i prodotti ottenuti dalla carbonatazione minerale non conoscono un effettivo utilizzo e, perciò, sono considerati a tutti gli effetti uno scarto industriale. La ricerca scientifica si è mossa per valutare le proprietà dei prodotti derivati dalla carbonatazione minerale, infatti, è stato recentemente pubblicato uno studio in cui viene valutata la conducibilità idraulica dell’olivina carbonatata per un ipotetico utilizzo come barriera idraulica al percolato delle discariche3. In questo lavoro di tesi si è cercato di formulare un legante idraulico a basso impatto ambientale composto da cemento Portland e olivina carbonatata in uguale proporzione, vista la presenza di silice amorfa all’interno dei prodotti di carbonatazione minerale, che rende possibile la reazione pozzolanica tipica dei materiali cementizi secondari (SCM – Supplementary Cementitious Materials) oggi molto conosciuti. Le prove meccaniche di resistenza a compressione eseguite su provini di cemento con olivina carbonatata hanno restituito resistenze inferiori rispetto ad un comune cemento Portland. Mentre la diffrazione su polveri ha mostrato quantità di C-S-H paragonabile ad un legante idraulico Portland. La minore resistenza meccanica alla compressione sperimentata sugli impasti contenenti l’olivina carbonatata è verosimilmente determinata dalla differente microstruttura che caratterizza i vari provini. Infatti, l’olivina carbonatata presenta un’elevata superficie specifica che causa, al momento della miscelazione con acqua, una ridotta lavorabilità dell’impasto. Per ottenere impasti lavorabili è richiesto un maggior quantitativo di acqua, che si traduce un’alta porosità dei campioni induriti.