POLIMERI, ISOLAMENTO TERMICO E AMBIENTE

Pubblicato il: 27/10/2021

POLIMERI, ISOLAMENTO TERMICO E AMBIENTE

Ogni anno in Europa vengono impiegate circa 60 milioni di tonnellate di materie plastiche (anno 2018). Di queste, circa il 20% è assorbito dal settore costruzioni edili.
Un settore in cui le materie prime plastiche partecipano sotto forma di numerose applicazioni, quali: cavi, tubazioni e canalizzazioni elettriche, pavimentazioni, profili per finestre, pannellature, tubazioni di scarico dell’acqua sanitaria, piovana, nei sistemi di isolamento e di condizionamento (HVAC).

Le materie plastiche sono presenti sotto forma di manufatti, di polveri, liquidi e gel, con incidenza variabile a seconda dell’esigenza e della tipologia della costruzione.

La posizione dell’Agenzia Europea per l’Ambiente riguardo alle materie plastiche e all’economia circolare è riassunta in questo documento.

 

I materiali più utilizzati

Un materiale storico in questo segmento è certamente il PVC, che vale circa il 40% del consumo totale del settore ed è presente in applicazioni sia rigide che flessibili.

Lo troviamo nei sistemi idraulici (tubi e raccordi di scarico), tapparelle e telai di finestre, nei rivestimenti di superfici e pavimentazioni, sotto forma di tubi di protezione per cavi elettrici e di guaine elastiche per l’isolamento degli stessi cavi elettrici.

Al secondo posto, in termini di consumi, troviamo altri due materiali non meno importanti, il Polistirolo (PS) e il Poliuretano, espansi.

Il Polistirolo (materiale amorfo) si è guadagnato uno spazio di tutto rispetto sia nella versione estrusa che sinterizzata (rispettivamente XPS e EPS), utilizzato nei sistemi di isolamento termico e acustico di sottotetti, facciate (cappotti), pavimenti e pareti interne.
La versione estrusa ha una finitura superficiale compatta e una migliore strutturalità meccanica di quella sinterizzata.

Il Poliuretano ha una posizione autorevole nell’isolamento termico di edifici industriali. Generalmente inglobato in pannelli sandwich, protetto da lamine metalliche di spessore variabile lisce o sagomate (a greca, o a onda).

I pannelli sono utilizzati nelle coperture di tetti, o come rivestimento esterno, termico e acustico. Viene anche impiegato sotto forma di schiuma strutturale per l’isolamento di aree poco accessibili, o per il rafforzamento e/o la sigillatura, delle fondamenta di edifici in caso di cedimenti del terreno.

Un altro materiale strutturale che gioca un ruolo importante nelle costruzioni sia commerciali che industriali, è il Policarbonato (PC). Si tratta di un polimero amorfo, ingegneristico, impiegato sotto forma di lastre estruse compatte o strutturali/alveolari.

Le lastre compatte vengono utilizzate nelle pensiline piane o curve, mentre quelle alveolari, di vario spessore e forma geometrica (es. piane, a greca, a coppo, a onda), vengono impiegate per facciate, coperture industriali, lucernari, verande, parcheggi.

pannelli policarbonatoCon questo materiale vengono prodotti anche dei pannelli “ingegnerizzati”, ovvero dotati di un sistema integrato di aggancio rapido (maschio-femmina) che consente di unirli a formare pareti di ampie dimensioni. La larghezza di questi pannelli è in genere limitata (500mm – 600mm), la loro lunghezza invece può essere quella necessaria, o quella trasportabile da un camion.

Questi pannelli in policarbonato, oltre alla traslucenza, che permette la diffusione di luce naturale all’interno degli ambienti, dispongono di una buona capacità isolante.

I produttori, per aumentare le prestazioni isolanti di questi elementi alveolari – lastre e pannelli- realizzano nello spessore del manufatto dei “settori”, grazie ad un numero crescente di pareti interne (da 3 a 13) collegate tra loro da nervature con varie forme geometriche (da quelle più semplici, parallele, a quelle con forma a X o a doppia X).

Lo scopo della forma geometrica è quella di offrire alla lastra la migliore resistenza meccanica strutturale (a schiacciamento) con il minore spessore possibile, al fine di preservare la leggerezza del manufatto (c.ca 5 kg/mt2) e ottenere un costo competitivo.

Le diverse soluzioni adottate conferiscono alle lastre ottimi valori di resistenza allo schiacciamento anche in presenza di spessori complessivi elevati (≤60mm).

Un numero elevato di pareti permette di ottenere un migliore isolamento termico (valore K c.ca 0,7W/m2K), pur mantenendo una buona  capacità di trasmissione della luce naturale negli ambienti.

Inoltre, il Policarbonato offre una naturale resistenza agli urti e agli UV, quest’ultima è ulteriormente migliorata grazie a protezioni superficiali specifiche, co-estruse durante il processo di produzione.
Il materiale offre un buon grado di sicurezza anche contro la fiamma secondo la norma sulla reazione al fuoco EN 13501-1 (classe B-s1,d0), valori ottenuti senza bisogno di additivi antifiamma.

Applicazioni del Policarbonato nelle costruzioni

In applicazioni meno strutturali, ma non meno importanti, troviamo il Polietilene (PE).

Il Polietilene (materiale semi-cristallino) viene impiegato in forma di film per membrane isolanti-impermeabilizzanti, nei tubi per il riscaldamento a pavimento, nei tubi e raccordi rigidi per il trasporto di acqua potabile.

Più recentemente si sta facendo apprezzare anche in forma espansa per l’isolamento di condotte d’aerazione, o per l’isolamento di tubazioni d’acqua calda e/o gas refrigeranti.

Lo si trova estruso in forma tubolare con spessori variabili, oppure in forma di materassini di vario spessore (da 6mm a 30mm).

Grazie alla sua intrinseca elasticità è possibile modellarlo, piegandolo e creando dei rivestimenti adatti agli oggetti da isolare.

Tutte queste belle applicazioni in plastica per il settore edile: tubi, profili, guaine per cavi, lastre piane e strutturali, pavimentazioni, pannelli isolanti; nascono grazie al processo di estrusione.
Le sue caratteristiche salienti sono descritte qui: https://www.2milasrl.it/tecnologie-estrusione/.

 

Polimeri e Ambiente – Verso l’economia circolare di settore

Nonostante si tratti in prevalenza di materiali termoplastici, ovvero materiali intrinsecamente riciclabili, ancora oggi in questo settore una buona percentuale dei manufatti (in media il 45% – media europea) finisce sfortunatamente in discarica (vedi più avanti il grafico 1).

La percentuale ovviamente cambia da Paese a Paese ed è influenzata dalle diverse tecniche costruttive.

Del restante 55%, circa il 30% viene inviato alla termo-valorizzazione, mentre solo il 20% viene davvero riciclato. Anche se l’incidenza delle materie plastiche sul peso complessivo di un edificio raramente supera l’1%, il valore percentuale del riciclo dovrà necessariamente migliorare.

Va ricordato che trattandosi in prevalenza di manufatti plastici estrusi, quasi tutti mono materici (ad eccezione dei cavi elettrici che nascono già come compositi), i polimeri utilizzati sono ormai potenzialmente riciclabili con i moderni sistemi di riciclo.

Come indicato in precedenza, questi sistemi hanno compiuto negli ultimi cinque anni passi da gigante sia in termini di selezione che di suddivisione dei diversi polimeri, derivanti dagli scarti da post consumo a fine vita.

 

Le tecniche di Riciclo

I trattamenti disponibili per la gestione/recupero del “rifiuto” a fine vita, sono essenzialmente tre:

Il riciclo meccanico, questo avviene mediante processo di sminuzzamento dei manufatti, il lavaggio del macinato, l’essiccamento e la successiva lavorazione a fuso (estrusione) che porta ad una fase finale chiamata granulazione. Il processo di lavorazione permette interventi formulativi in linea di produzione, nella fase di fusione del materia prima, durante il suo recupero.

La pirolisi (o riciclo chimico), viene impiegato quando la componente organica polimerica, proveniente da rifiuti è di difficile selezione e separazione. Il processo permette di scomporre in spezzoni i polimeri originali, fino ad ottenere monomeri, dimeri, trimeri e distillati, separati, che possono essere reindirizzati alla polimerizzazione al posto, o in miscela, con un analogo monomero da fonte fossile. Così facendo, viene ricomposta la catena polimerica originale.

Il recupero energetico, trattandosi in prevalenza di materiali derivanti da fonti fossili (idrocarburi) i materiali sono soggetti a combustione e dispongono di un elevato potere calorifico intrinseco. Un valore molto simile a quello della fonte di provenienza. Il loro impiego in questa modalità è ad esempio molto utile per produzione di vapore da immettere negli impianti per la generazione di energia elettrica.

Esiste un quarto sistema, la discarica. Ma questa opzione si sta rapidamente esaurendo e sarà certamente sempre più disincentiva.

Secondo le nuove direttive della Comunità Europea entro il 2030 il livello del riciclo dovrà necessariamente aumentare.

È quindi evidente che bisognerà fare molto meglio di quanto si è fatto sino ad ora nella scelta delle materie prime, in tutte le loro forme.

Significa di fatto porre molta più attenzione non solo alla funzione, ma anche al “fine vita” di qualsiasi manufatto immesso in commercio, in particolare quelli realizzati con i materiali termoplastici, che sono potenzialmente facilmente riciclabili.
Servirà immaginare soluzioni sempre più virtuose in termini di economia circolare, ovvero riutilizzo del manufatto, recupero e/o riciclo della materia prima di cui è costituito.

Ad esempio, nel caso di applicazioni composite (es. plastiche+elementi metallici), si dovranno progettare soluzioni che rendano semplice la separazione delle due materie prime.
Questo tipo di attenzione alla separazione è un esercizio decisamente in sintonia con il modello di circolarità richiesto dall’Europa.

Da tenere presente inoltre, che idealmente gli scarti dovrebbero poter rientrare nel medesimo mercato che li ha generati.
Linee guida sul riciclaggio del polistirene sono disponibili qui.

 

Il recupero del Poliuretano

Come è noto il Poliuretano espanso è un materiale reticolato  molto presente nel mondo edile ed è anche il candidato ideale per la discarica.
La sua è una struttura chimica (Poliolo e Isocianato) non è di facile gestione nella fase di riciclo.
Essendo reticolato (è termoindurente ovvero, non fonde) non può essere riutilizzato se non come riempitivo. In caso di combustione sprigiona acido cianidrico, un gas di non facile gestione anche in termovalorizzazione.

Va però segnalato che nel corso degli ultimi anni sono nate nuove soluzioni per il riciclo chimico anche del PU espanso. Quando saranno disponibili su larga scala saranno decisive per la riduzione dell’impatto ambientale di questo materiale.

A questo proposito possiamo segnalare una ricerca sperimentale congiunta, condotta dall’Università di Padova in collaborazione con diverse aziende utilizzatrici di PU. Un primo impianto pilota è stato attivato presso la società LaPrima Plastics di Vicenza.

Il PU è presente anche in altre forme, quali: vernici, lacche o sigillanti; non di facile recupero. Va tuttavia considerato il fatto che queste versioni rappresentano meno del 10% del totale dei polimeri impiegati nelle costruzioni.

Linee guida sul riciclo del poliuretano sono disponibili qui.

 

Gas serra, situazione complessiva

Per gli operatori del settore edile i progettisti e gli architetti, si tratta quindi di un nuovo importante sforzo a 360° per ottenere un sostanziale beneficio in termini di riduzione della CFP (impronta ambientale) e arrivare alla neutralità climatica (Carbon Neutral) entro il 2050.

Una bella sfida che certamente porterà allo sviluppo di nuove soluzioni costruttive e sinergie tra aziende e territorio. Ma anche, probabilmente, alla rivisitazione complessiva dei modelli costruttivi tradizionali.

Globalmente nel 2020 le emissioni di gas serra sono leggermente scese per via della pandemia Covid.

La produzione globale di CO2 è stata di 36Gt. (36 miliardi di tonnellate), rispetto alle più di 40 calcolate solo tre anni fa, come riporta euronews.

Fonte: ecocentrica.it

Sul fronte emissioni di gas serra (in particolare CO2) il settore costruzioni è certamente penalizzato dall’industria del cemento.
Nella ripartizione delle emissioni per segmento industriale, il segmento delle costruzioni pesa circa il 6% (emissioni dirette), un valore prevalentemente sostenuto dalla produzione di manufatti in cemento.

È stato calcolato che l’industria del cemento contribuisce per il 5-8% alle emissioni globali di CO2, con circa 850kg di CO2 per tonnellata prodotta – fonte.

Indirettamente si calcola inoltre, che il settore edile partecipi anche al 21% delle emissioni del settore industria (per circa l’8%), a causa della scarsa efficienza delle strutture industriali e del conseguente maggiore consumo di combustibili fossili.

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