FOCUS DEL MESE. Materiali ed economia circolare nei serramenti

L’economia circolare nei serramenti, e più in generale in edilizia, continua ad avanzare come modello, rispetto a quello “usa e getta” ormai sempre più ai margini come modus operandi. Questo significa riutilizzare e riciclare materiali, progettare prodotti più duraturi e ridurre l’impatto ambientale. Il settore sta sicuramente diventando più sostenibile e rispettoso dell’ambiente.

Negli ultimi anni, il settore delle costruzioni si sta orientando sempre più rapidamente verso i concetti di economia circolare e di Design for Disassembly. L’economia circolare è un modello di produzione e consumo che implica condivisione, prestito, riutilizzo, riparazione, ricondizionamento e riciclo dei materiali e prodotti esistenti, il più a lungo possibile. In questo modo, si estende il ciclo di vita dei prodotti, contribuendo a ridurre i rifiuti al minimo. Una volta che il prodotto ha terminato la sua funzione, i materiali di cui è composto vengono infatti reintrodotti, laddove possibile, nel ciclo economico, in modo da poterli continuamente riutilizzare all’interno del ciclo produttivo, generando ulteriore valore.

I principi dell’economia circolare si contrappongono al tradizionale modello economico lineare, fondato sul tipico schema “estrarre, produrre, utilizzare e gettare”. Il modello economico tradizionale dipende dalla disponibilità di grandi quantità di materie prime e di energia, mentre avvicinarsi a un modello di economia circolare in edilizia significa innovare i processi, dalla produzione alla trasformazione dello scarto, e cambiare il modo in cui si concepiscono i prodotti stessi. Il maggiore riutilizzo e riciclaggio di prodotti, componenti e materiali comporta una riduzione dell’uso di risorse naturali, così come un minore impatto su paesaggi e habitat naturali, contribuendo a limitare anche la perdita di biodiversità.

Un ulteriore vantaggio dell’economia circolare è la riduzione delle emissioni annuali totali di gas a effetto serra. Secondo l’Agenzia Europea dell’Ambiente (EEA), i processi industriali e l’uso dei prodotti sono responsabili di più del 9% delle emissioni di gas serra nell’Unione Europea, mentre la gestione dei rifiuti rappresenta oltre il 3,30%. Creare prodotti più efficienti e sostenibili fin dall’inizio contribuisce alla riduzione del consumo di energia e risorse, poiché si stima che oltre l’80% dell’impatto ambientale di un prodotto sia determinato durante la fase di progettazione. Da questo punto di vista, il passaggio a prodotti più affidabili, che possono essere riutilizzati, aggiornati e riparati, insieme al riciclo delle materie prime, riduce la produzione di rifiuti e mitiga i rischi associati all’approvvigionamento, come la volatilità dei prezzi, la disponibilità e la dipendenza dalle importazioni.

Design for Disassembly ed economia circolare

Nell’ambito dell’economia circolare, e in particolare nel settore dei serramenti, ben si inserisce il Design for Disassembly (DfD), cioè un approccio che mira a creare prodotti con l’intenzione di minimizzarne la perdita di valore a fine vita tramite la semplificazione del processo di smontaggio. Facilitare il modo in cui i prodotti possono essere disassemblati migliora e semplifica le procedure di riutilizzo e riciclo, riducendo di conseguenza il loro impatto ambientale e promuovendo i principi dell’economia circolare. In generale, il Design for Disassembly si propone di:

• Semplificare il processo di de-manufacturing
• Ridurre il tempo e i costi necessari per lo smontaggio
• Consentire il massimo recupero di componenti e materiali

Pertanto, il Design for Disassembly rappresenta un cambiamento fondamentale nel modo in cui i prodotti vengono concepiti, assemblati e trattati al termine del loro ciclo di vita, configurandosi come una strategia fondamentale nel promuovere i principi dell’economia circolare, mitigare l’esaurimento delle risorse e ridurre il degrado ambientale.

In generale, le tecniche di DfD si dividono in due categorie: la progettazione con smontaggio integrato o incorporato e il disassemblaggio attivo. La prima consiste in un meccanismo di smontaggio progettato per essere implementato direttamente nel prodotto. Questo meccanismo può essere attivato per avviare il processo di smontaggio utilizzando uno stimolo termico, elettrico, meccanico o elettromagnetico. Il cosiddetto smontaggio attivo, invece, consente la separazione degli assemblaggi utilizzando materiali o strutture intelligenti presenti nel prodotto che possono essere attivati mediante uno o più stimoli esterni.

Tuttavia, ad oggi, l’implementazione del DfD nel settore delle costruzioni si confronta con diverse sfide. Uno degli ostacoli principali è la resistenza al cambiamento all’interno delle pratiche di progettazione tradizionali, dove l’accento è stato posto sulla funzionalità e sull’estetica piuttosto che sullo smontaggio e sulle considerazioni di fine ciclo di vita. La complessità del problema consiste nel bilanciare vari aspetti del design, come l’integrità strutturale, le prestazioni e i requisiti di smontaggio, senza compromettere la qualità, anche estetica, e la fruibilità del prodotto. Inoltre, possono sorgere complessità nell’istituire sistemi efficienti di logistica inversa per la raccolta, lo smontaggio e il trattamento dei prodotti a fine ciclo di vita, richiedendo la collaborazione tra gli attori lungo la catena di approvvigionamento.

Oltre ai benefici ambientali, per tutti gli attori della filiera e per il consumatore, il vantaggio è anche economico. Progettare un elemento in questo modo riduce infatti i tempi di assemblaggio e disassemblaggio ed aumenta l’efficienza produttiva.

Life Cycle Assessment (LCA)

Tra gli strumenti utilizzati per valutare l’impatto ambientale di un componente costruttivo, la Life Cycle Assessment (LCA) costituisce un metodo standardizzato e riconosciuto a livello internazionale, di valutazione quantitativa degli effetti ambientali dovuti a un prodotto, un processo, un’attività o un servizio.

Uno studio LCA completo dovrebbe comprendere tutte le fasi del ciclo di vita: produzione, trasporto, costruzione, uso/riuso, manutenzione, demolizione/riqualificazione, riciclaggio/smaltimento, richiedendo un notevole dispendio di risorse. Per tale motivo, spesso l’analisi è limitata solamente ad alcune fasi, avendo l’accortezza di specificare i confini del sistema considerato e i processi trascurati.

L’analisi LCA viene svolta in funzione di obiettivi prestabiliti. La corretta impostazione dello studio è fondamentale, poiché a obiettivi diversi corrisponde un differente approccio al problema e una diversa modalità di svolgimento dell’analisi LCA stessa.

Tale caratteristica consente una notevole capacità di adattamento e flessibilità del metodo, ma può anche comportare una distorsione dei risultati. Per questo motivo è fondamentale esplicitare tutte le assunzioni effettuate durante lo svolgimento del processo, senza la pretesa di eliminare la componente di soggettività, ma con il tentativo di rendere lo studio il più trasparente possibile.

La parte più complessa e delicata della LCA è la raccolta dei dati relativi ai processi da analizzare, a causa della difficoltà nel reperire informazioni affidabili ed aggiornate. Per questo motivo, negli ultimi anni, alcuni istituti di ricerca si sono impegnati nella creazione di banche dati il più possibile esaustive, che raccolgono dati internazionali, nazionali o relativi ad ambiti locali. Oggigiorno, sempre più frequentemente, i produttori stessi dotano i propri prodotti di certificati di tipo ambientale, come la Dichiarazione Ambientale di Prodotto (Environmental Product Declaration – EPD) o l’Impronta Ambientale di Prodotto (Product Environmental Footprint – PEF), basate su LCA molto precise che impiegano dati primari riferiti alla produzione nello specifico stabilimento. Tali documenti permettono di certificare in modo affidabile l’impatto ambientale di un determinato sistema o prodotto e di consentire una loro valutazione nell’ambito dei Criteri Ambientali Minimi (CAM) per le gare di appalto e nei protocolli di valutazione della sostenibilità delle costruzioni (LEED, ITACA, BREEAM, etc.).

L’EPD è un documento che descrive gli impatti ambientali legati alla produzione di una specifica quantità di prodotto o di un servizio: per esempio consumi energetici e di materie prime, produzione di rifiuti, emissioni in atmosfera, etc. La Dichiarazione, creata su base volontaria, deve essere predisposta facendo riferimento all’analisi del ciclo di vita del prodotto basata su uno studio LCA che definisce il consumo di risorse (materiali, acqua, energia) e gli impatti sull’ambiente circostante nelle varie fasi del ciclo di vita del prodotto. La PEF è una misura che, sulla base di vari criteri, indica le prestazioni ambientali di un prodotto o servizio nel corso del proprio ciclo di vita. Le informazioni relative alla PEF sono fornite con l’obiettivo generale di ridurre gli impatti ambientali dei prodotti e dei servizi, tenendo conto delle attività della catena di approvvigionamento: dall’estrazione di materie prime, alla produzione, all’uso e fine vita del prodotto.

Serramenti e analisi LCA

I serramenti rappresentano una componente significativa per la sostenibilità degli edifici, sia in termini di impatto legato alla produzione dei materiali che li costituiscono, sia per la loro influenza sulle prestazioni dell’edificio durante la sua vita utile, in quanto la superficie finestrata dell’involucro edilizio rappresenta una percentuale sempre più importante della superficie complessiva dell’involucro. Nella scelta dei serramenti da impiegare per un edificio è necessario valutare molti aspetti, tra cui il contatto visivo tra interno ed esterno, la permeabilità alla luce naturale, la riduzione delle dispersioni termiche e l’ottimizzazione del comfort termico/acustico, nonché il loro impatto ambientale. La valutazione del ciclo di vita di un serramento dovrebbe includere: estrazione delle materie prime, produzione dei componenti, trasporto dei componenti, assemblaggio dei componenti, trasporto del serramento, utilizzo e manutenzione del serramento, smaltimento del serramento e/o riciclo degli elementi componenti il serramento stesso. È opportuno evidenziare che uno studio LCA sui serramenti dovrebbe essere integrato con un’accurata analisi delle prestazioni e dell’efficienza del prodotto, altrimenti le conclusioni tratte potrebbero essere fuorvianti.

Un elemento fondamentale nell’analisi LCA di un serramento è il materiale costituente il telaio. Infatti, esse può essere realizzato in alluminio, pvc, legno o una combinazione degli stessi. In ogni caso, si tratta di tre materiali profondamente diversi per origine, processi produttivi, prestazioni e soluzioni di design.

I serramenti in alluminio sono composti da profili estrusi assemblati con elementi di fissaggio meccanici. L’alluminio viene prodotto da un minerale abbondantemente disponibile, la bauxite. La produzione primaria di alluminio richiede una grande quantità di energia e genera inquinanti pericolosi per l’ambiente, come anidride carbonica, anidride solforosa acida, insieme a idrocarburi policiclici aromatici (IPA), fluoro e polvere. L’alluminio è resistente, leggero, duttile, adattabile a qualsiasi esigenza, sia in termini di ubicazione (con esposizione al sole intenso, alla salsedine, agli agenti atmosferici, ecc.), sia in termini di personalizzazione stilistica. Permette di realizzare serramenti con una notevole durabilità, perché si rovina molto difficilmente. Non richiede particolare manutenzione o una pulizia troppo intensa. Trattandosi di un metallo, l’alluminio possiede una buona trasmittanza termica, cioè un’alta conducibilità di calore. Questo svantaggio è stato ampiamente colmato grazie all’utilizzo di sistemi a taglio termico, costituiti da materiale isolante inserito tra i profili interni e quelli esterni del serramento. L’alluminio può essere riciclato al 100% ripetutamente, senza praticamente alcun deterioramento della qualità e il processo di riciclaggio richiede solo circa il 7% dell’energia necessaria per la produzione di alluminio primario dal suo minerale.

Il pvc (cloruro di polivinile) è un materiale di impiego più recente utilizzato per la realizzazione del telaio di infissi. Il pvc è un materiale sintetico composto da cloro, carbonio e idrogeno e la sua resina è composta per circa il 51% in peso da cloro. Il resto è costituito da idrogeno e carbonio, derivati da combustibili fossili (principalmente gas naturale e petrolio).Si tratta di un materiale resistente agli agenti atmosferici, che non necessita di una manutenzione particolare e può essere personalizzato con diversi colori e finiture. Anche la produzione di pvc è un processo ad alta intensità energetica e produce inquinanti, quali idrocarburi, diossine, cloruro di vinile, ftalati e metalli pesanti necessari per la lavorazione. Il pvc si decompone molto lentamente e come prodotto di scarto contiene sostanze pericolose per l’ambiente.Il riciclaggio del pvc è una procedura complessa a causa della presenza di polimeri associati e materiali di rinforzo, e le caratteristiche del pvc variano in funzione degli additivi, che svolgono un ruolo importante nelle proprietà del prodotto finale. Gli additivi possono essere plastificanti per ridurre la fragilità e migliorare la lavorazione, oppure stabilizzanti per proteggere dalla degradazione causata da calore, ossidazione e radiazione solare.

Il legno ha rappresentato a lungo il materiale più comune e tradizionalmente più impiegato per la realizzazione di telai di serramenti, sia per la sua reperibilità che per la facilità di lavorazione. Il legno è composto principalmente da cellulosa, lignina e altre sostanze organiche e, in quanto a estetica, calore e sensazione di comfort, è uno dei materiali più apprezzati. Le sue prestazioni in termini di isolamento termico e acustico sono ottime. Il legno può essere definito un materiale “rinnovabile” con un’energia incorporata molto bassa rispetto a alluminio e pvc, soprattutto in relazione all’introduzione di una gestione forestale sostenibile, che prevede la ripiantumazione di nuovi alberi a seguito dell’abbattimento di quelli vecchi. Tuttavia, un serramento in legno richiede programmati interventi di manutenzione per evitare che le sue caratteristiche di resistenza e impermeabilità si riducano nel tempo.

Per ovviare alle criticità del singolo materiale, l’innovazione nel campo dei serramenti ha portato spesso alla realizzazione di infissi a doppio materiale, in modo da massimizzare i vantaggi di entrambi i materiali utilizzati. In generale, si utilizza il legno come rivestimento interno dell’alluminio o, meno comunemente, del pvc.

Relativamente al riciclaggio dei vetri dei serramenti, sono possibili diversi approcci: un processo di riciclo di tipo “closed-loop”, dove il materiale è riciclato e riutilizzato per lo stesso scopo, e un processo di riciclo di tipo “open-loop”, in cui il prodotto può essere trasformato in un altro prodotto o riutilizzato per uno scopo completamente diverso. Un approccio al riciclaggio “closed-loop” si traduce in un processo che richiede rifiuti di vetro di altissima qualità che possono essere aggiunti di nuovo nella stessa catena produttiva, andando così a sostituire parte delle materie prime. Di contro, questo approccio può incontrare notevoli limiti laddove il prodotto non sia in grado di rispondere ai requisiti restrittivi imposti dal processo di fabbricazione. Si può quindi facilmente comprendere come il riciclaggio “closed-loop” coinvolga principalmente i prodotti di contenitori in vetro, che richiedono meno restrizioni, potendo tollerare la presenza di vetro sodico-calcico proveniente da altri tipi di rifiuti. Se si considerano altre categorie di rifiuti in vetro, quali il vetro piano, è innegabile che ci siano ancora delle difficoltà nel processo di riciclo e pertanto, al momento, si privilegia un processo di riciclaggio di tipo “open-loop”, che dà comunque l’opportunità di riciclare grandi quantità di vetro per la produzione di nuovi prodotti.

I principi dell’economia circolare