Ceramica senza forno

La produzione di cemento, mattoni, piastrelle da bagno e stoviglie in porcellana richiede normalmente una grande quantità di calore: i materiali ceramici vengono cotti in un forno a temperature ben superiori ai 1000 gradi Celsius. Gli scienziati dei materiali dell'ETH di Zurigo hanno ora sviluppato quello che a prima vista sembra essere un metodo di produzione alternativo sorprendentemente semplice per la ceramica. Funziona a temperatura ambiente. I ricercatori utilizzano una nanopolvere di carbonato di calcio come materiale di partenza. Invece di cuocerla, vi aggiungono un po' d'acqua e la pressano.

"Il processo di fabbricazione si basa sulla formazione di rocce geologiche", spiega Florian Bouville, postdoc nel gruppo di André Studart, professore di materiali complessi. Le rocce sedimentarie si formano quando i sedimenti vengono compressi dalla pressione dei depositi sovrastanti nel corso di milioni di anni. I sedimenti di carbonato di calcio diventano così calcare. Poiché i ricercatori del Fare all'ETH hanno utilizzato come materiale di partenza carbonato di calcio in particelle di dimensioni estremamente fini (nanoparticelle), il processo di compressione ha richiesto solo un'ora. "Il nostro lavoro è la prima prova che un materiale ceramico può essere prodotto a temperatura ambiente in un tempo così breve e a una pressione relativamente bassa", afferma l'ETH Professor Studart.

Più forte del cemento

I test hanno dimostrato che il nuovo materiale può resistere a forze circa dieci volte superiori a quelle del cemento prima di rompersi. Ed è altrettanto rigido come la pietra e il cemento. Ciò significa che è altrettanto difficile da deformare.

Finora gli scienziati hanno prodotto campioni di materiale delle dimensioni di un franco. Sono riusciti a farlo utilizzando una pressa idraulica convenzionale, utilizzata anche nell'industria. "La sfida consiste nel raggiungere una pressione sufficientemente elevata per il processo di compattazione. Per produrre pezzi più grandi, sono necessarie forze maggiori", spiega Bouville. Tuttavia, secondo gli scienziati, pezzi di ceramica delle dimensioni di piccole piastrelle da bagno dovrebbero rientrare nel campo della fattibilità teorica.

Efficienza energetica e rispetto del clima

"Da tempo gli scienziati dei materiali sono alla ricerca di modi per produrre materiali ceramici in condizioni miti. Questo perché il processo di cottura richiede molta energia", spiega l'ETH Studart. Il nuovo metodo a temperatura ambiente - gli esperti lo chiamano "sinterizzazione a freddo" - è anche molto più efficiente dal punto di vista energetico. Potrebbe essere utilizzato anche per produrre materiali compositi contenenti plastica, ad esempio.

Infine, la tecnologia è interessante per quanto riguarda una futura produzione di CO₂-società neutrale. ? ipotizzabile che le nanoparticelle di carbonato possano essere prodotte utilizzando la CO₂ da utilizzare. ? possibile utilizzare il tasto CO₂ reagisca con la polvere di una roccia adatta per produrre carbonato, che viene poi utilizzato per produrre ceramica a temperatura ambiente. La CO dannosa per il clima₂ verrebbe immagazzinata a lungo termine nei prodotti ceramici. In questo modo la CO₂-e potrebbero contribuire a far funzionare le centrali termiche a impatto climatico zero.

Gli scienziati vedono addirittura un potenziale nel nuovo approccio di "sinterizzazione a freddo" per trovare materiali sostitutivi più ecologici per i materiali da costruzione in cemento nel lungo termine. Tuttavia, sono ancora necessari grandi sforzi di ricerca per raggiungere questo obiettivo. La produzione di cemento non solo richiede molta energia, ma produce anche grandi quantità di CO₂ - Non è così per i materiali sostitutivi sinterizzati a freddo.