Sustainable Water Management in Construction: Application of Natural Coagulant-Treated Greywater for Interlocking Paving Stones

L'acqua è il sangue vitale dell'edilizia, l'ingrediente invisibile che permette al cemento di indurirsi nei marciapiedi, nelle strade e nelle corsie che danno forma alle nostre città. Eppure, mentre le città crescono e le popolazioni aumentano, la domanda di acqua dolce e pulita per miscelare il calcestruzzo è diventata un peso per le risorse globali. Sebbene l'industria delle costruzioni consumi una parte significativa dell'acqua dolce mondiale, esiste un enorme, spesso trascurato serbatoio d'acqua situato nelle nostre case: l'acqua grigia. Si tratta dell'acqua relativamente pulita generata da docce, lavandini e lavatrici, distinta dall'acqua pesantemente contaminata proveniente dai servizi igienici. La sfida è sempre stata come trattare quest'acqua grigia in modo sicuro ed economico per riutilizzarla nei materiali da costruzione senza indebolire il prodotto finale. Per decenni, i ricercatori hanno cercato modi per pulire quest'acqua, affidandosi spesso a costosi trattamenti chimici o complessi sistemi di filtrazione che richiedono elevati costi energetici.

In uno studio recente, un team di ricercatori della Nigeria e del Regno Unato ha esplorato un approccio più semplice e naturale a questo problema. Hanno indagato se l'acqua grigia potesse essere pulita utilizzando estratti di piante comuni — specificamente semi e bucce di alberi e frutti presenti nella regione — e poi utilizzata per realizzare blocchi autobloccanti per pavimentazione. Questi sono i blocchi modulari utilizzati per creare camminamenti e vialetti durevoli. I ricercatori volevano vedere se il trattamento di quest'acqua con questi coagulanti naturali, che agiscono come magneti per attirare sporco e impurità dall'acqua, avrebbe prodotto pietre altrettanto resistenti, o forse anche più resistenti, di quelle realizzate con l'acqua del rubinetto standard. Il loro lavoro suggerisce che, utilizzando piante disponibili localmente, potremmo essere in grado di trasformare un prodotto di scarto domestico in una preziosa risorsa per costruire città sostenibili, riducendo la necessità di attingere dalle nostre esigue riserve di acqua dolce.

Il team si è posto l'obiettivo di testare quattro diversi materiali naturali: semi dell'albero di Moringa, semi della pianta di Cucumis melo, bucce della pianta di banana e semi del frutto della papaya. Hanno raccolto l'acqua grigia dagli ostelli degli studenti universitari e l'hanno filtrata attraverso un sistema semplice di sabbia e ghiaia. Successivamente, hanno trattato lotti di quest'acqua con estratti di ciascuna delle quattro piante. Il processo ha permesso alle proteine e agli enzimi naturali negli estratti vegetali di raggruppare le particelle sospese nell'acqua sporca, rendendole abbastanza pesanti da depositarsi sul fondo. Una volta chiarificata l'acqua, hanno raccolto con cura lo strato superiore, che era ora molto più pulito, e l'hanno utilizzata per miscelare con cemento, sabbia e polvere di pietra per creare blocchi per pavimentazione. Hanno realizzato questi blocchi in una dimensione e una forma standard, assicurandosi che l'unica cosa a cambiare tra ogni lotto fosse il tipo di acqua utilizzato per la miscelazione. Alcuni blocchi sono stati realizzati con l'acqua grigia trattata con la pianta, altri con l'acqua grigia non trattata, e un gruppo di controllo è stato realizzato con acqua pulita e potabile proveniente da un pozzo universitario per servire come base di confronto.

Dopo aver gettato i blocchi, i ricercatori li hanno lasciati stagionare, o indurire, per periodi di tempo specifici, mantenendoli immersi nello stesso tipo di acqua con cui erano stati miscelati per garantire un test equo. Hanno poi sottoposto i blocchi a una serie di esami rigorosi. Hanno misurato quanta acqua potevano assorbire i blocchi, il che indica quanto siano porosi e potenzialmente deboli. Hanno anche testato quanto peso potessero sopportare prima di rompersi, una misura nota come resistenza alla compressione. Infine, hanno utilizzato potenti microscopi per osservare la struttura microscopica dei blocchi induriti, esaminando i piccoli elementi che li componevano per capire come le diverse acque avessero cambiato la chimica interna del cemento.

I risultati hanno rivelato che non tutti i trattamenti vegetali sono uguali e che la scelta della pianta ha fatto una differenza drammatica nella qualità finale del blocco. I blocchi realizzati con l'acqua trattata con semi di papaya sono stati i migliori in assoluto. Questi blocchi erano significativamente più resistenti di quelli realizzati con acqua pulita del rubinetto. Dopo ventotto giorni di stagionatura, i blocchi trattati con papaya hanno raggiunto una resistenza di 11,20 megapascal, ovvero quasi il cinquanta per cento in più rispetto al gruppo di controllo realizzato con acqua potabile. Inoltre, questi blocchi assorbivano pochissima acqua, un segno che erano densi e ben formati. I ricercatori hanno scoperto che l'estratto di papaya conteneva probabilmente enzimi che aiutavano il cemento a reagire più efficacemente, creando una struttura più stretta e robusta. Il trattamento con semi di Moringa ha prodotto anch'esso ottimi risultati, creando blocchi più resistenti rispetto al gruppo di controllo, sebbene non così forti come quelli realizzati con la papaya.

Tuttavia, lo studio ha anche dimostrato che utilizzare il trattamento sbagliato può essere dannoso. I blocchi realizzati con l'acqua trattata con Cucumis e Musa, così come quelli realizzati con l'acqua grigia completamente non trattata, si sono rivelati più deboli rispetto al gruppo di controllo. Questi blocchi impiegavano più tempo per fare presa e alla fine non raggiungevano i livelli di resistenza dell'acqua standard del rubinetto. Questa scoperta è cruciale perché dimostra che aggiungere semplicemente qualsiasi materiale vegetale all'acqua sporca non è sufficiente; le proprietà chimiche specifiche dell'estratto vegetale contano immensamente. L'acqua grigia non trattata, in particolare, conteneva sostanze che interferivano con la capacità del cemento di indurirsi correttamente, portando a un calo della resistenza nel tempo. Ciò evidenzia che, sebbene l'acqua grigia sia una risorsa vitale, deve essere trattata correttamente per essere utile.

Quando i ricercatori hanno osservato i dettagli microscopici dei blocchi, hanno visto prove chiare del perché i blocchi di papaya e Moringa fossero così resistenti. I blocchi realizzati con i migliori trattamenti vegetali mostravano una composizione chimica diversa rispetto agli altri. I blocchi trattati con papaya, ad esempio, presentavano un equilibrio unico di elementi che suggeriva una struttura interna molto densa e ben connessa. Lo studio ha confermato che i coagulanti naturali non si sono limitati a pulire l'acqua; hanno effettivamente alterato l'ambiente chimico in cui il cemento si indurisce, migliorando talvolta il prodotto finale oltre ciò che l'acqua pulita potrebbe ottenere. I test di assorbimento dell'acqua hanno supportato questo dato, mostrando che i blocchi più resistenti erano anche quelli che assorbivano meno acqua, indicando una matrice solida e impermeabile che probabilmente durerà più a lungo nelle dure condizioni di una strada cittadina.

Questa ricerca offre una via promettente verso un'edilizia sostenibile, particolarmente in regioni dove l'acqua dolce è scarsa ma le risorse vegetali sono abbondanti. Dimostrando che l'acqua grigia trattata con specifiche piante locali può produrre blocchi per pavimentazione più resistenti e durevoli di quelli realizzati con acqua pulita, lo studio sfida l'assunto che le fonti d'acqua alternative siano intrinsecamente inferiori. Suggerisce che, con il trattamento corretto, possiamo chiudere il ciclo dell'uso dell'acqua nelle costruzioni, trasformando un prodotto di scarto in un materiale da costruzione che soddisfa o supera gli standard di sicurezza. Gli autori concludono che, sebbene siano necessari ulteriori studi per testare la durata a lungo termine di questi blocchi in condizioni meteorologiche reali, il potenziale per risparmiare acqua dolce e ridurre l'impronta ambientale delle costruzioni è significativo. Lo studio punta verso un futuro in cui le strade su cui camminiamo potrebbero essere costruite con acqua che un tempo era considerata uno scarto, pulita dalle stesse piante che crescono accanto alle nostre città.