• bio asphalt
• bio binder
• biomasse
• biomateriali

L’energia è un elemento indispensabile in tutti i campi delle attività dell’uomo per la produzione e
distribuzione dei beni di consumo, l’illuminazione ed il riscaldamento, i trasporti e le comunicazioni
e si ottiene attraverso processi di produzione energetica diversi. Tali processi hanno un forte impatto
ambientale, sia perché sono basati sullo sfruttamento delle risorse naturali come fonti energetiche, sia
per l’emissione di gas inquinanti e per la eventuale generazione di radiazioni (ionizzanti e non), le
quali hanno effetti nocivi sia per l’ambiente che per la salute dell’uomo. La maggior parte della
domanda energetica è stata soddisfatta dai combustibili fossili, il cui utilizzo sistematico risale alla
fine del XVIII secolo con l’inizio della rivoluzione industriale. Carbone, petrolio e gas naturale hanno
infatti elevati rendimenti energetici, costi relativamente contenuti e sono facilmente trasportabili ed
immagazzinabili.
Tuttavia, il loro utilizzo determina un incremento nell’atmosfera della quantità di CO2, considerata
allo stato attuale il principale fattore del riscaldamento globale. Inoltre non sono risorse rinnovabili,
dato che il processo di fossilizzazione della sostanza organica è estremamente lungo e la quantità che
si rigenera nel sottosuolo è trascurabile rispetto ai fabbisogni energetici della società in cui viviamo.
Questo comporta un progressivo esaurimento dei giacimenti e quindi delle scorte disponibili, a fronte
di un progressivo e costante aumento della domanda di energia. Il conseguente aumento dei prezzi,
la consapevolezza che le scorte disponibili sono destinate ad esaurirsi ed una maggiore sensibilità
verso le tematiche ambientali ha accentuato le politiche di diversificazione delle fonti dei singoli
paesi, favorendo lo sviluppo di sistemi di approvvigionamento energetico alternativi ai combustibili
fossili.
La transizione energetica verso energie a basse emissioni da fonti rinnovabili sta investendo un ampio
ventaglio di settori. In particolare, il settore della costruzione delle strade richiede una vasta quantità
di materie prime, tra cui, solo in Europa, più di 12 milioni di tonnellate di prodotti di origine fossile.
In aggiunta, il consumo totale di energia legato a questo settore, che è responsabile del 36% delle
emissioni di anidride carbonica in Europa, si attesta intorno al 40%. Dati preoccupanti, che
nascondono in realtà le potenzialità del settore stradale in termini di riduzione dell’inquinamento
ambientale e di risparmio energetico e delle risorse.
L'uso di biomateriali e polimeri di scarto potrebbe aiutare il raggiungimento di questi obiettivi. Infatti,
i biomateriali sono CO2 neutri, potrebbero avere un prezzo ed un consumo energetico inferiore
rispetto ai leganti di origine fossile, sono prodotti localmente e possono essere considerati
ecosostenibili. L'uso di polimeri di scarto può aiutare a prevenire l'uso di quelli derivati dal petrolio,
dando un valore aggiunto a risorse considerate fino ad ora come rifiuti e risolvendo importanti
problemi legati al loro smaltimento.
In letteratura, diversi biomateriali possono essere trovati utilizzati come additive (in percentuale
inferiore al 10% del contenuto totale di legante), come binder extender (sostituzione del 20-75% del
legante a base fossile) o come binder alternative (sostituzione del 75-100% del legante a base fossile).
Altri studi sono correlati all'uso dei diversi tipi di biomateriali come bio-additives, quali ringiovanenti
del manto stradale fresato (RAP – Reclaimed Asphalt Pavement), o come alternativa agli additivi
chimici nel conglomerato bituminoso a tiepido (WMA - Warm Mix Asphalt) per ridurre la temperatura
di miscelazione e compattazione. Piccole quantità di biomateriali possono essere utilizzate anche
come modificatori delle proprietà fisiche, chimiche e morfologiche del legante dell'asfalto.
Nella prima parte viene dato un quadro generale sui leganti bituminosi, analizzandone i processi di
produzione, le caratteristiche chimiche e reologiche in modo da capire quali sono le proprietà cui
tendere nello studio dei biomateriali. Per poter utilizzare questi biomateriali come parziale
sostituzione del legante tradizionale nei conglomerati bituminosi, è importante che questi abbiano
caratteristiche chimiche e reologiche simili. In particolare, i biomateriali devono avere simili analisi
elementari e struttura molecolare e comportamento visco elastico in un ampio intervallo di
temperatura; devono essere in grado di resistere ai carichi e avere buone proprietà di rilassamento.
Inoltre, sono necessarie delle buone proprietà di adesione e ricoprimento degli aggregati lapidei,
adeguati valori di viscosità durante le fasi di produzione e messa in opera e caratteristiche simili ai
leganti tradizionali in termini di invecchiamento. È necessario considerare anche l’aspetto
ambientale: in primo luogo la lisciviazione, in modo da evitare l’inquinamento delle acque
sotterranee; in secondo luogo, la solubilità in acqua che potrebbe portare alla dispersione e diluizione
del biomateriale in caso di pioggia; infine, le emissioni di fumi. Anche il trasporto, la movimentazione
e la logistica per il trattamento di questi biomateriali sono fattori di cui tenere conto e da valutare con
cautela. Infine, viene l’aspetto economico. È di fondamentale importanza valutare la fattibilità
economica nell’utilizzare i biomateriali in sostituzione dei tradizionali leganti bituminosi.
Nella seconda parte si trattano le biomasse, i biomateriali e i bio-based binder analizzando le
caratteristiche che li contraddistinguono sulla base degli studi riguardo tale materia. Allo stato attuale,
sono state proposte numerose alternative al bitume. Tuttavia, non tutte possono ancora essere
implementate a livello industriale in quanto un legante stradale alternativo, per essere considerato
ottimale, deve soddisfare requisiti difficili da combinare tra loro:
 Caratteristiche chimiche e reologiche simili al bitume tradizionale;
 Comportamento visco elastico in un ampio intervallo di temperatura;
 Origine da colture che non competono con l’industria alimentare;
 Costi di produzioni competitivi rispetto ai leganti di origine fossile.
È stato mostrato che, sebbene l’uso del bio-binder presenti numerosi vantaggi, il materiale non
soddisfa i requisiti prestazionali richiesti alle basse temperature di esercizio e nei confronti
dell’invecchiamento. Il problema principale resta comunque legato al prezzo dei biomateriali che,
combinato all’elevato quantitativo necessario per la realizzazione di opere infrastrutturali, ne frena lo
sviluppo. Pertanto, per promuovere l’applicazione dei biomateriali, sono necessari ulteriori studi e in
particolare trovare quei materiali che possono essere utilizzati come alternativa al legante tradizionale
soddisfacendo i requisiti di cui sopra.
Nella terza parte si trattano i processi di trasformazione che permettono di ottenere i biomateriali a
partire dalla biomassa. Lo studio si concentra sui metodi che vertono principalmente verso prodotti
miscelabili con i leganti bituminosi tradizionali. Tra questi, i processi termochimici risultano i più
largamente applicati per la loro semplicità di esecuzione e adattabilità alle differenti composizioni
biochimiche delle biomasse. Sfruttano interamente la parte organica, compresi carboidrati e proteine,
superando la necessità di materia prima ad elevato contenuto di lipidi. I principali processi di
conversione termochimica sono la pirolisi, la gassificazione, i processi idrotermali e la combustione.
Vengono ricondotti a questa categoria la pirolisi, i processi idrotermici, la gassificazione e la
combustione.
Nella quarta parte si riportano i risultati delle prove effettuate su due campioni di bio-based binder,
confrontandoli con quelli di un legante bituminoso tradizionale 50/70 di caratteristiche note.
Il primo bio legante viene ottenuto miscelando un bitume 50/70 con il bio olio estratto dalle alghe
Chaetomorpha linum tramite un processo con solventi (estrazione con soxhlet). Nella laguna di
Orbetello, dal 2005 si è verificata un’abbondante proliferazione di macroalghe che ad oggi ricoprono
una superficie estremamente vasta. Allo stato attuale, queste biomasse vengono raccolte
meccanicamente e trattate come rifiuti, cosa che richiede notevoli sforzi umani e un dispendio di
risorse finanziarie cruciali per i governi locali.
Il secondo è un legante ottenuto a temperatura ambiente miscelando sostanze chimiche estratte
dall’asfalto naturale (natural occurring asphalt) con altre derivate dalla lavorazione dei gusci di
anacardi. L’Instant Bitume è costituito da una polvere solida (fase asfaltenica) e un liquido a
temperatura ambiente (fase maltenica), che combinati formano il bitume. La fase solida, denominata
HCR-150, ha origine dal cosiddetto asfalto naturale (noto anche come asfalto di roccia, bitume solido,
gilsonite o bitume minerale) che è un materiale costituito da una miscela complessa di idrocarburi e
minerali. Questo è presente in formazioni geologiche specifiche e, a differenza del bitume che
richiede la lavorazione del greggio di petrolio, si forma attraverso l’accumulo e la decomposizione di
materiali organici nel corso di milioni di anni, riducendo al minimo i processi produttivi e offrendo
un’alternativa ecologica. La fase maltenica liquida, denominata RheoFalt MTF 10M, sviluppata da
RheoFalt e originariamente usata come additivo ringiovanente, viene prodotta a partire dai gusci di
anacardo.
I materiali analizzati in questo elaborato di tesi hanno mostrato in certi casi comportamenti migliori
rispetto al legante di origine fossile, motivo per il quale lo studio più approfondito potrebbe condurre
a preferirli in determinati tipi di contesti.