Nuovi materiali a basso impatto ambientale per la Bioedilizia: ciclo di vita della Hempstone per edifici verdi

Canapulo e resina di poliestere messi insieme sembrano avere ottime caratteristiche per creare materiale eccellente per l’edilizia e l’arredamento abbassando notevolmente l’impatto ambientale. Bioedilizia: ciclo di vita della Hempstone per edifici verdi, su questo punto è bene fare un approfondimento. Per avere un’idea chiara basta fare riferimento a uno studio intitolato “Valutazione del ciclo di vita della Canapa per gli edifici verdi“.

Tanto per comprendere subito di cosa si sta parlando indicando i conglomerati di resina di poliestere e materiale inerte artificiale, oggi molte superfici tecniche/sintetiche in questi materiali sono proposti come alternativa a ripiani in pietra naturale come marmo, granito-quarzo, dolomite, ardesia, pietra grezza.

La ricerca che vede insieme questo tipo di materiale e la Canapa, è stata pubblicata da diverse riviste scientifiche e tecniche.

Una di queste è la Cet Chemical Engineering Transactions-Aidic dell’Italian Association of Chemical Engineering. Lo studio ha individuato un nuovo materiale-comglomerato indicato come Hempstone. Il tutto è stato svolto in Thailandia con analisi di Cannabis Sativa L. senza THC (in concentrazioni risibili e ammesse) specie Rpf3 sviluppata dall’Highland Research and Development Institute.

Il progetto di ricerca è stato finanziato da ARDA, Agricultural Research Development Agency.

I risultati hanno indicato che un foglio di canapa (0,82 m d’altezza, per  3,04 di larghezza e 0,012 m di spessore) con il 10% di canapulo (6 – 10 mm di dimensione) e il 7,5% o il 10% in peso di scarti di pietra artificiale in resina di poliestere, ha ottenuto risultati migliori con la potenziale riduzione pari al 40% sui cambiamenti climatici, del 42% sull’eutrofizzazione delle acque dolci, del 55% sull’ecotossicità terrestre e del 60% sull’ecotossicità nei confronti delle acque dolci.

Basta immaginarsi, per esempio, il soloarredamento di tutte le abitazioni fatto con questo materiale per comprendere quanto possa abbassarsi l’impatto ambientale di questa produzione industriale e artigianale.

Il foglio di canapa con il 10% di materiale di canapa e il 10% di scarti di pietra artificiale si è dimostrato conforme al requisito di etichettatura UPCYCLE Carbon Footprint che indica contenuto di scarto minimo del 20% in peso. Con la crescente ricerca sui cosiddetti edifici verdi, queste riduzioni mostrano che l’uso della canapa nei materiali da costruzione aiuta a ridurre l’impatto sull’ambiente offrendo ottime opportunità di commercializzazione.

Hempstone per edifici verdi, i protagonisti della ricerca e il metodo utilizzato

È stato eseguito il Life Cycle Assessment (LCA) per identificare la potenziale riduzione dell’impatto ambientale della tipica pietra artificiale e della canapa.

A guidare la ricerca, Rattanawan Mungkunga, Singh Intrachootoc, Nathapon Srisuwanpipd, Anyarat Lamaib, Kannika Sorakonb, Kittwan Kittipakornkarn, tutti della Kasetsart University di Bangkok, nonché appartenenti al Centre of Excellence on enVironmental strategy for GREEN business -VGREEN- e al Department of Environmental Technology and Management entrambi alla Facoltà dell’Ambiente e Territorio, al Creative Center for EcoDesign e al Department of Building Innovation, entrambi della Facoltà di Architettura.

Come riportato nello studio secondo il procedimento LCA, tutto è stato mirato a esplorare un potenziale uso di steli di canapa rimasti dopo l’estrazione della fibra come superficie solida “Hempstone” per le applicazioni interne degli edifici.

La ricerca ha coperto tutte le fasi, dalla crescita della canapa, passando per la preparazione del materiale di canapa, la produzione di superficie solida Hempstone (scala sperimentale), fino all’uso e allo smaltimento finale, compresi i relativi trasporti.

L’esame ha riguardato l’impatto su cambiamenti climatici, eco-tossicità delle acque dolci, eco-tossicità terrestre e eutrofizzazione delle acque dolci. Il metodo di valutazione dell’impatto del ciclo di vita è stato ReCiPe (ISO, 2006).

Hempstone per edifici verdi: il materiale utilizzato, le diverse composizioni

I fusti o gambi di canapa lasciati dopo la raccolta delle fibre sono stati trasportati dal sito di produzione agricola a un laboratorio locale per la preparazione del materiale di canapa. Le piante considerate provengono dalla provincia di Tak, dai principali siti di produzione di canapa della Thailandia, area dove si trova oltre il 50 per cento della produzione totale della Nazione asiatica.

Sono stati essiccati principalmente al sole per due giorni prima della macinazione in piccoli pezzi usando una rettificatrice. I materiali di fondo di canapa sono stati utilizzati secondo dimensioni diverse: inferiore a 0,2 cm (numero 0), 0,3 – 0,5 cm (numero 0.5), 0,6 – 1,0 cm (numero 1) e 1,0 – 1,5 cm (numero 2).

La dimensione numero 2 è stata preparata da una sgrossatura. La dimensione numero 1 è stata ottenuta dal setacciamento del gambo di canapa dopo la macinatura, mentre la dimensione del numero 0 è stata ottenuta setacciando il prodotto di due macinazioni di gambo e punte.

Dal canto loro, la produzione di pietre artificiali (superficie solida) era basata su resina poliestere. L’allumina triidrato (ATH) viene utilizzata come riempitivo per fornire le proprietà di ritardante di fiamma e soppressione dei fumi.

In questo studio, il primo tentativo è stato provare a utilizzare i materiali di canapa-stelo di varie dimensioni per sostituire l’ATH a diversi rapporti (Tabella 1) e sono stati studiati diversi rapporti di resina, materiali di canapa, allumina triidrato e frammenti di pietra artificiale.

I componenti miscelati sono stati versati in uno stampo e lasciati asciugare all’aria da 3 a 4 ore.

Oltre ai materiali da fusto di canapa, gli scarti di pietra artificiale lasciati dai processi di produzione sono stati utilizzati anche in rapporti per lo sviluppo di questo nuovo composito di canapa. Sono stati sperimentati differenti proporzioni tra resina, materiale da canapa, scarti di pietra artificiale. Il primo tentativo mirava a raggiungere almeno il 10% dell’utilizzo di canapulo.

Come sottolineato nel testo dello studio, sono stati condotti test di qualità per garantire che il foglio di conglomerato Hempstone fosse idoneo all’uso in applicazioni architettoniche. I parametri di qualità inclusi nel test erano conformi allo standard American Society for Testing and Materials (ASTM).

Per i terreni a Canapa sono stati utilizzati concimi chimici, 46-0-0 e 15-15-15, nelle quantità di di 313 e 156 chili per ettaro in modo da ottenere rese comprese tra 18.750 e 25.000 chili, sempre per ettaro. La fibra ha rappresentato quasi il 70 per cento del totale raccolto.

Capacità di assorbimento del carbonio

Il contenuto di carbonio nelle radici, steli, rami e foglie delle piante di Canapa è rispettivamente del 43,81%, 45,46%, 39,36% e 46%. Il tasso di assorbimento del carbonio della fibra di canapa è di 1,67 kg di CO2 equivalente per chilo, che è leggermente superiore a quanto registrato in un precedente studio australiano (Vosper, 2011).

Sperimentando la miscelazione della Hempstone, mantenendo stabile la quantità di resina, ma variando la grandezza dei trucioli di canapa, i componenti potevano essere mescolati omogeneamente solo nei casi 2 e 3 della Tabella 1 sopra riportata, mentre nel caso 1 (con il materiale da canapa più grossolano) i due diversi materiali restavano divisi da uno strato chiaro.

Con materiale da canapa di dimensioni più fini e/o impalpabile (casi 4 – 6 della Tabella 1) è stata riscontrata una significativa riduzione della liquidità che ha portato a una difficoltà di miscelazione dei componenti.

Seguendo la Tabella 2 sopra riportata, potrebbero essere miscelati in modo omogeneo i componenti nelle diverse proporzioni a esclusione dei casi 9, 12, 16 e 19.

Hempstone per edifici verdi: conclusioni sulle proprietà e performance

Il materiale di Canapa ha la capacità di aumentare la resistenza alla flessione 4 volte superiore di un materiale solido a sola base di resina e pietra artificiale ordinaria. Ha pure prestazioni migliori in termini di resistenza all’urto (tabella qui sotto).

Questo studio ha mostrato i risultati positivi come precedentemente riportato da Awwad e altri (2012) che le fibre di Canapa potrebbero essere miscelate con cemento allo 0,5%. 0,75% e 1% per ridurre i rapporti dei componenti grezzi del mix per il 10%, 20% e 30%.

Come evidenziato nella Tabella 4 messa all’inizio di questo articolo, il foglio di Canapa con il 10% di materiale derivato dalla pianta stessa (6 – 10 mm di dimensione del materiale miscelato) e il 7,5% o il 10% di scarti di pietra artificiale in peso, ha ottenuto il migliore potenziale di riduzione dell’impatto ambientale.

Come sottolineato dai ricercatori nelle loro conclusioni, il contenuto bio-recuperato sembra offrire maggiori opportunità per la riduzione dell’impatto ambientale. Con la crescente ricerca di edifici ecologici, Hempstone potrebbe offrire opportunità per architetti e designer che cercano nuovi materiali per l’edilizia ecologica, ad esempio per la costruzione di ripiani (vedi quelli utilizzati nelle cucine) e nell’arredamento in genere.