IL BIO-COMPOSTO IN CALCE E CANAPA CAPITOLO II:

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CAPITOLO II:

IL BIO-COMPOSTO IN CALCE E

CANAPA

Si descrivono in questo capitolo le principali caratteristiche dei due materiali costituenti il biocomposto, la loro origine, le tecniche di lavorazione e i loro principali utilizzi per poi passare più nel dettaglio alla caratterizzazione del prodotto finale: la calce-canapa, anche detta nel suo termine inglese hemp-lime.

2.1 La canapa

2.1.1 Origini e Storia della canapa

Classe: Dicotyledonae Sottoclasse: Choripetalae Ordine: Urticales

Famiglia: Cannabinaceae Specie: Cannabis Sativa L.

La Canapa è una pianta da fibre tessili originaria delle regioni a nord e a sud dell'Himalaya. I primi utilizzi sono molto antichi, risalendo probabilmente alla preistoria, nel periodo del Neolitico (intorno al X secolo a.C.) e sono collocati in Cina, Paese in cui la coltivazione della canapa è stata prolungata più a lungo.

Figura 9 - La pianta di Canapa. Fonte: http://www.agraria.org

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L'introduzione in Europa risale invece al secondo secolo a.C. ma in Italia una diffusione rilevante avviene contestualmente all'affermazione delle Repubbliche marinare nelle quali si estraeva dalla canapa le fibre per la produzione di corde e delle vele delle proprie flotte. Per molti secoli l'Italia è stata tra i maggiori produttori di canapa: nel corso del decennio 1903-1913, gli ettari destinati nel nostro paese a tale coltura erano 79.477 con un rendimento di 795.000 quintali annui. La nostra produzione era seconda solo a quella della Russia. Per la qualità della fibra (Carmagnola e Fibranova), l'Italia era prima sul mercato internazionale.6

In quell'epoca la distribuzione sul territorio italiano della canapicoltura era per il 60-70% nella zona Emiliano Veneta, più del 20% nel centro Campano e per il restante 3% in Piemonte ma negli anni seguenti, con l'aumento della produzione meno costosa di cotone e juta e della diffusione, dopo la Prima Guerra Mondiale, delle corde sintetiche, si assiste alla progressiva diminuzione nella coltivazione della canapa; si passa così velocemente da quasi 80.000 ettari ai 1860 ettari nel 1969 con 21.000 quintali di prodotto, fino ad arrivare nel 1970, ad un minimo di 899 ettari e un rendimento di appena 10.000 quintali.

Varie furono le cause che portarono alla crisi, fino alla totale scomparsa del settore canapicolo in Italia; una di queste fu il sistema di lavorazione della canapa, sistema che obbligava ad un impiego di 1200 ore di manodopera per ettaro coltivato, uno tra i più alti di tutte le colture a pieno campo; oltre alla difficoltà delle condizioni di lavoro intervenne anche la legislazione a porre fine,

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www.usidellacanapa.it/canapa/origine.html

Figura 10 - Lavorazione della canapa 1920. Fonte: http://lacampagnappenaieri.blogspot.com/2010/08/agosto-il-taglio-della-canapa.html

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definitivamente, a questa coltura: seguirono infatti svariate campagne denigratorie, ben accolte in particolar modo dalle altre potenze industriali in quanto le caratteristiche naturali della canapa, come la resistenza, la capacità di adattamento, la velocità di crescita unite ai molteplici utilizzi possibili in molti settori, apparivano come una minaccia agli occhi dei concorrenti. Basti pensare che Henry Ford della Ford Motor Company vedendo il potenziale dei combustibili composti da biomassa lavorò per primo alla produzione di combustibile di canapa; nell’impianto di Iron Mountain in Michigan gli ingegneri Ford estraevano dalla canapa metanolo, carbone combustibile, acetato di etile e creosoto; ingredienti fondamentali anche oggi per l’industria moderna. E' così che la pianta di Canapa fu presto associata alla droga, diventando nel collettivo pubblico sinonimo di marijuana; nel 1936 infatti uscì il film di propaganda “Reefer Madness”, che mostrava situazioni terribili e scandalose, quali sesso e promiscuità sessuale, efferati omicidi e suicidi, che venivano direttamente collegati all’atto di fumare la marijuana e quindi alla canapa. Nel 1937 il Congresso americano approvò il “Marijuana Tax Act”, firmato del presidente Roosvelt e per la Canapa iniziò un veloce declino; attraverso un’impopolare tassa di concessione di licenze e regolamentazioni, venne di fatto resa impossibile la coltivazione della canapa.7 L’aspetto paradossale – fa notare Cesare Pasini, autore del blog usidellacanapa.it – è che “a conti fatti, l’unico proibizionismo che ha davvero funzionato è stato quello nei confronti della canapa ad uso industriale”, a tutto beneficio, neanche a dirlo, del settore petrolifero.

Nel 1961 il proibizionismo raggiunse anche l'Europa quando l'ONU (Organizzazione delle Nazioni Unite), promulgò il "Single Convention Act", che dichiarava la cannabis uno stupefacente, proibendone la coltivazione. L'Italia recepì le normative europee e nel 1961 venne sottoscritta la "Convenzione Unica sulle Sostanze Stupefacenti" la quale aveva come obiettivo quello di far sparire la pianta nel giro di 25 anni.

La reintroduzione della coltura della canapa a livello europeo risale al 1970 quando, con il regolamento n° 1308 del 29 Giugno 1970, furono stanziati aiuti economici per ogni ettaro di terreno coltivato a canapa, con l’obbiettivo di regolare i mercati di quel settore. Il regolamento C.E. 619/71 del 22 marzo 1971 fissò le norme generali per la concessione dell’aiuto, che veniva accordato solo per la coltivazione di determinate varietà, tra cui la Carmagnola e la Fibranova (sementi italiane), che avessero un contenuto di THC

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tetraidrocannabinolo, sostanza psicotropa prodotta dai fiori della canapa) inferiore alla soglia del 0,2%. Nel 1975 tuttavia, a seguito della "Legge Cossiga" contro gli stupefacenti, gli ultimi ettari coltivati a canapa sparirono.

E' solo in tempi più recenti, dalla seconda metà degli anni '90, a fronte di un crescente movimento di opinioni positive e sostenitori che si sta rivalutando i vantaggi, soprattutto ambientali e di sostenibilità, delle coltivazioni di canapa; dal 1998 si è ripreso a coltivare la canapa da fibra grazie al contributo CEE di circa 1.300.000 lire per ogni ettaro coltivato, arrivando a 255 ettari nello stesso anno, 180 ettari l'anno successivo e poco più di 150 ettari nel 2000.

Le maggiori difficoltà per un rilancio in grande scala si sono incontrate sul piano logistico: si sono persi i processi di lavorazione, mancano gli impianti di prima trasformazione per separare la fibra dal “canapulo” in prossimità delle aree di coltivazione (operazione che un tempo si eseguiva a mano8) e di conseguenza i costi di trasporto risultano eccessivi. Inoltre gli agricoltori hanno visto nelle leggi vigenti che disciplinano l'uso degli stupefacenti, come il D.P.R. 309 del 9/10/1990, un freno per il timore di incorrere in provvedimenti penali.

Infatti dal 1998 la coltivazione industriale della canapa è consentita agli agricoltori solo previo speciale permesso e nel rispetto di determinate condizioni. Oggi la legislazione di riferimento per gli agricoltori italiani è costituita dalla Circolare del MIPAF (Ministero delle Politiche Agricole e Forestali) n°1 protocollo 200 del 8/5/2002 "Regime di sostegno a favore dei coltivatori di canapa destinata alla produzione di fibre" e dalla Circolare del Ministero della Salute del 22/5/2009 "Produzione e commercializzazione di prodotti a base di semi di canapa per l'utilizzo nei settori dell'alimentazione". In queste circolari si leggono quali debbano essere gli obblighi a cui i coltivatori devono prestare attenzione, compatibilmente con le disposizioni comunitarie, ovvero:

 Denunciare la coltivazione alla PAC (Politica Agraria Comune, una delle politiche agrarie comunitarie di maggior importanza);

 E' permesso coltivare solo tipologie di canapa comprese nell'elenco europeo delle varietà con tenore di THC inferiore allo 0,2% e munite di certificazione rilasciata dall' ENSE (Ente Nazionale Sementi Elette);

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 Comunicare la presenza della coltivazione alla più vicina stazione delle Forze dell'Ordine (Corpo dei Carabinieri, Polizia di Stato, Guardia di Finanza ecc.);

 Il quantitativo di seme impiegato non deve essere inferiore ai 35 Kg per ettaro;

 Resa in bacchetta secca ottenuta deve essere superiore ai 15 quintali per ettaro coltivato.

Il vero e consistente rilancio della coltivazione della canapa in Italia sarebbe probabilmente possibile solo a seguito di una collaborazione tra agricoltura e industria, sostenuta e coadiuvata da scelte politiche e decisioni legislative mirate alla creazione di solide realtà e di nuove opportunità, anche economiche, che la coltivazione della canapa potrebbe portare in diverse zone rurali italiane.

2.1.2 Caratteristiche botaniche della canapa

La canapa è una specie annuale e in natura è generalmente dioica, il che significa che ogni esemplare è portatore soltanto di fiori femminili o di fiori maschili (si parla per questo di piante maschio e di piante femmina) e prima della formazione dei fiori non è possibile riconoscere il sesso delle piante di canapa. Tuttavia la popolazione della canapa è in natura molto variabile e quindi è possibile trovare soggetti con caratteri molto diversi tra loro, ad esempio si trovano piante che portano sullo stesso stelo fiori maschili e fiori femminili (monoicismo), piante che contengono livelli elevati di THC e piante che ne sono del tutto prive, piante con colorazione delle foglie che varia dal verde chiaro, al verde scuro al violaceo. La canapa presenta una radice fittonante (grosso corpo cilindrico a carattere legnoso che scende verticalmente dal fusto della pianta, assicurando ancoraggio e stabilità alla pianta) e fusto eretto, più o meno ramificato, robusto, dapprima pieno poi cavo, la cui altezza può variare da uno fino anche ai sette metri a seconda delle varietà; la sezione del fusto può variare da pochi millimetri ad alcuni centimetri ed è formato da una corteccia esterna di colore verde costituita da fibre tenute insieme da pectine e da una parte interna detta canapulo, di colore bianco e molto leggero. Le foglie sono prevalentemente opposte, picciolate, palmate con 3-9 segmenti lanceolati, acuminati e seghettati. I fiori maschili sono riuniti a formare delle infiorescenze, dette pannocchie, poste in posizione ascellare, mentre quelli femminili si formano sulle cime una decina di giorni dopo quelle maschili e assumono la

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forma a falsa spiga, grossa, diritta e a ciuffo, molto più compatta di quella maschile. Il seme è prodotto dai fiori femminili, è costituito da un frutto secco detto achenio e comunemente è chiamato seme di canapa o canapuccia. La forma è comunemente ovoidale di colore grigio/verde.9

2.1.3 Coltivazione e caratteristiche agronome della canapa

La coltivazione della canapa presenta determinate caratteristiche che fanno sì che questa pianta possa essere considerata un’ottima risorsa per un’agricoltura naturale ed innovativa; infatti è una specie che può crescere a qualsiasi latitudine in quanto è una coltura molto adattabile, che non soffre le siccità estive se non in condizioni estreme e può essere coltivata in diverse condizioni climatiche, anche in collina o in montagna. La sua coltivazione fornisce un aiuto efficace alla difesa dell’ambiente contrastando l’inquinamento dell’ecosistema in quanto durante il ciclo di vita cattura elevate quantità di anidride carbonica immagazzinandola nel suo legno fino ad una quantità di 330 Kg per ogni tonnellata di materia secca. E' conosciuto fin dall'antichità che rigenera inoltre i terreni apportando nutrienti e favorendo la rotazione e la diversificazione colturale; dopo la coltivazione della canapa infatti si riscontrano consistenti incrementi delle produzioni di cereali ed eccezionali performances delle colture. Rende il massimo nei terreni sciolti e fertili ma si adatta bene anche nelle aree marginali. Nella pratica colturale non necessita di pesticidi, diserbanti, antiparassitari e salvo rare occasioni di particolare “stress” non serve irrigazione, limitando così anche l'utilizzo di acqua. In soli quattro mesi può crescere dal seme fino ai sei metri d'altezza eliminando le specie infestanti. Di contro, la canapa non ama i terreni poco profondi e quelli compatti molto argillosi e soffre il ristagno d’acqua.10

2.1.4 Gli utilizzi della canapa

Secondo quanto riportato da Assocanapa, il coordinamento Nazionale per la canapicoltura in Italia, gli usi della canapa nella società moderna sono molteplici e si differenziano in base a quale componente della pianta viene utilizzato:

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www.assocanapa.org/botanica.htm

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x Tisane, birra alla canapa, caramelle;

x _{Olio essenziale, ricavato per distillazione, utilizzato in profumi e come} aromatizzante per alimenti;

x THC ed altri cannabinoidi: uso farmaceutico in circa 100 preparati medicinali.

Seme

x Decorticato, utilizzato come alimento ad uso umano ed animale; x _{Esche per pesci;}

x Olio ricavato da spremitura a freddo utilizzato come condimento per alimenti, nella produzione di margarine e simili, come integratore alimentare e nella produzione di cosmetici e detergenti per il corpo; x Olio prodotto con processi chimici per fabbricazione di detersivi,

inchiostri per stampa, colori ad olio, tinte per esterni di edifici, lubrificanti, solventi, mastici, biodiesel e combustibili;

x Farina ricavata da spremitura a freddo: uso alimentare umano ed animale, non contiene glutine.

Fibre

x Fibra lunga macerata di pregio per filatura ad umido per la produzione di tessuti, abbigliamento, arredo casa, calzature, accessori, tele per dipinti; x Fibra lunga macerata meno pregiata per la produzione di cordami, reti,

sacchi, teloni, tessuti per rinforzo di plastiche petrolchimiche in sostituzione di lana di vetro (imbarcazioni), filati per tappeti e maglieria, imbottitura materassi, pasta di cellulosa per carte speciali come carta moneta e carta dei titoli di stato, pannolini, cartoni ed imballaggi, blocchi stampati in pressofusione e guarnizioni per freni;

x Fibra corta semimacerata per la produzione di pannelli isolanti e fonoassorbenti per edilizia, termosaldati con poliestere, amido di patate, altri amidi, imbottiture per auto;

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x Canapulo per la produzione di intonaci e cappotti isolanti per edifici, blocchi da costruzione costituiti da canapa e calce, mangimi per ruminanti, lettiere per cavalli e piccoli animali, pannelli rigidi per interno auto, pannelli rigidi per fabbricazione mobili, pellet, esplosivi, materiale per disoleazione acque inquinate.

2.1.5 Il ruolo della canapa nell'edilizia

Della pianta della canapa sono due le componenti dalle quali è possibile ricavare, attraverso diversi processi di lavorazione, prodotti da utilizzarsi nel settore edile: il seme e lo stelo.

 Il seme, oltre che per gli usi elencati sopra, può essere utilizzato, attraverso vari processi di tipo chimico, per produrre oli destinati alla finitura superficiale del legno. Con l'olio di canapa è possibile produrre vernici durature e atossiche e prodotti idrorepellenti per il legno; i prodotti ad olio che si ottengono sono privi di solventi e creano una superficie resistente ed impermeabile che penetra all'interno e fa rivivere l'aspetto opaco della superficie; si può utilizzare per pulire, per ripristinare la lucidità o per la finitura delle superfici, per rimuovere graffi.

 Dallo stelo della canapa si possono ricavare a sua volta due prodotti da utilizzarsi in edilizia: la fibra e il canapulo; la fibra corta semimacerata nel campo e pulita dal canapulo, (detta lana di canapa) può essere utilizzata da sola od unita ad altre fibre naturali (quali iuta o kenaf) per produrre

Figura 11 - Semi di Canapa. Fonte: www.greenme.it e Oli naturali di canapa. Fonte: http://www.atelierduvieuxpin.com/techniques/pigments-teintures.html

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pannelli semirigidi isolanti e fonoassorbenti; il canapulo invece, mescolato con calce ed acqua origina il biocomposto in calce e canapa, per la cui descrizione dettagliata si rimanda ai paragrafi successivi; nei secoli scorsi il canapulo e la fibra, ridotti in piccoli pezzi, venivano impiegati per realizzare strutture leggere per creare soffitti e tramezzi.

ƒ PRODOTTI DA FIBRA: Dalla fibra i prodotti che vengono realizzati da impiegarsi nel settore edilizio sono di diverse tipologie:

x Tappeti isolanti in fibra di canapa: i tappeti isolanti sono adatti alla realizzazione di pavimenti galleggianti o radianti, sono specifici per l'abbattimento dei rumori da calpestio che si trasmettono nei solai e possono essere utilizzati per creare il risvolto dello strato isolante del solaio sulla parete verticale per mantenere separata la struttura dagli strati soprastanti.11 E' un prodotto di facile applicazione e utilizzo infatti può essere tagliato con semplici forbici senza il rilascio di fibre o polveri; l'utilizzo di questi tappeti è idoneo per ambienti in cui è essenziale un materiale atossico e non polveroso come pavimenti galleggianti ispezionabili. La densità dei materassini è compresa tra i 20 e i 30 Kg/m3 e spessori tra i 3 e i 10 mm.12

x Materassi e pannelli isolanti in fibra di canapa: In questa versione le fibre di canapa trovano il loro maggior utilizzo infatti i pannelli di canapa possono essere utilizzati per

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www.lamaisonverte.it

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www.diasen.com

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l'isolamento di pareti, solai e coperture. Per produrre i materassini le fibre corte semimacerate vengono compattate e saldate termicamente con fibre di poliestere o con altri collanti naturali come l'amido di patata. Anche in questo caso il prodotto è di facile applicazione e può essere tagliato con specifici coltelli senza che rilascino polveri o fibre; la densità dei materassini è compresa tra i 20 e i 30 Kg/m3 e gli spessori possibili variano tra i 30 e gli 80 mm. I pannelli hanno composizione simile a quella dei materassi ma la loro densità e spessore è maggiore (circa 40 Kg/m3 di densità e fino ai 180 mm di spessore). L'impiego maggiore è per l'isolamento di pareti perimetrali o interne, sia per le nuove costruzioni che per gli interventi di recupero, e come tamponamento di strutture in legno.

x _{Geotessili in fibra di canapa: La canapa, grazie alla sua} resistenza a trazione elevata anche da bagnata, alla capacità di assorbimento dell'acqua e alla sua biodegrabilità relativamente lenta, costituisce un materiale ottimo per la fabbricazione di geotessili, rappresentando anche un vantaggio economico rispetto al lino, altro materiale da geotessili. Questi materiali, nonostante siano prodotti dell'industria tessile, vengono ampiamente usati anche nel settore edile grazie alle sue caratteristiche meccaniche e fisiche. La maggior applicazione di questi materiali è a

Figura 13 - Pannelli in fibra di canapa per realizzazione dell'isolamento di tramezzi interni e di solai. Fonte: www.isohemp.be

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contatto con il terreno al fine dello svolgimento di tre principali funzioni quali il rinforzo, la filtrazione e la separazione.

ƒ PRODOTTI DI CANAPULO: Dal canapulo si possono ricavare prodotti da destinarsi all'edilizia utilizzando canapulo sfuso o canapulo con l'aggiunta di altri materiali, come la calce.

x Canapulo sfuso: in questo formato il canapulo viene utilizzato per isolare superfici piane non calpestabili oppure per il riempimento di intercapedini dei muri o solai. Presenta elevate capacità isolanti, con una conduttività termica di circa 0,48 W/m2K, una granulometria di dimensioni comprese tra i 5 e i 30 mm di lunghezza e tra i 2 e 5 mm di larghezza; nell'utilizzo deve essere completamente ripulito da foglie, fibre e polveri.13 La messa in opera del canapulo sfuso è semplice: per isolare intercapedini viene versato manualmente in modo da coprire uniformemente gli spazi vuoti ma senza essere pressato in modo da non diminuire le capacità isolanti oppure con l'utilizzo di macchina insufflatrice. Per l'isolamento di superfici non calpestabili il canapulo sfuso viene versato manualmente e steso con un rastrello nello spessore necessario.

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www.equilibrium-bioedilizia.com

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x _{Calce-canapulo: tramite l'aggiunta di acqua e calce (come} verrà descritto in seguito più esaustivamente), il canapulo subisce un processo di mineralizzazione, indurendo e trasformandosi in un materiale solido ma leggero, fungicida, antiparassitario sviluppando la sua capacità di regolazione termica. Per questi motivi e grazie al suo basso impatto ambientale e alle alte prestazioni termiche ed igrometriche questo materiale ricopre i ruoli importanti nel settore edile descritti nei paragrafi successivi.

ƒ PRODOTTI DI FIBRA E CANAPULO:

x _{Materassi isolanti in canapulo e fibra: sono prodotti} composti sia dalla parte fibrosa che quella legnosa della canapa che, attraverso un processo di miscelazione e compressione, assume la forma di un materasso con densità uniforme sia in senso longitudinale che trasversale. Il materiale in lavorazione viene preparato e miscelato con i sistemi di apertura e mischia comunemente impiegati nelle linee produttive di tessuto non tessuto e di seguito viene sfioccato in modo molto intenso e trasportato in una camera di condensazione dove avviene la formazione del materasso di fibre con le caratteristiche di grammatura e

Figura 15 - Isolamento con canapulo sfuso per solaio e tamponamento. Fonte: https://www.kenzai.fr/chanvre/854-chanvrisol-100-chanvre-non-transforme.html

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spessore desiderati. Gli spessori variano da 20 e 100 mm con una densità di circa 30 kg/m3.14

x Impasti di calce, canapulo e fibra: una miscela di fibra grezza di canapa e canapulo unita a calce idraulica e acqua porta alla formazione di una malta fibrorinforzata che può essere impiegata nella realizzazione di pareti e solai all'interno di strutture portanti costituite da particolari elementi in steli di canapa, ai quali viene gettata tale miscela.15

2.2 La calce

La calce fa parte della categoria dei leganti da costruzione maggiormente utilizzati insieme ai gessi ed ai cementi; i leganti sono quei materiali che, adeguatamente impastati con acqua e sabbia formano delle masse semifluide: le malte. Queste hanno la duplice funzione di collegare i singoli elementi costituenti le murature quali pietre, blocchi o mattoni rendendo il corpo murario un composto unico e compatto e di trasmettere e ripartire le sollecitazioni agli elementi resistenti principali in modo uniforme e senza che questi vengano in contatto in punti in cui la concentrazione delle sollecitazioni possa dare origine ad un eccessivo carico che potrebbe portare a rottura gli elementi resistenti.

Una delle principali caratteristiche della calce è la durevolezza, dimostrata dalla sopravvivenza di antiche strutture, tra le quali la Grande Muraglia Cinese e il Pantheon a Roma (Bartley, 2008); inoltre presenta elevata porosità e permeabilità al vapore, elementi che garantiscono traspirabilità alle murature e salubrità agli ambienti. La calce ha una minore conducibilità termica (0,08 W/m·K) rispetto al cemento (2,3 W/m·K) e la sua flessibilità meccanica, consente la creazione di piccole deformazioni senza incrinature (Miskin, 2010). Inoltre, la sua alcalinità (pH > 12) la protegge dalla formazione di muffe e dall' attacco di roditori (Rhydwen, 2009b).

La calce (ossido di calcio), viene ottenuto dalla cottura del carbonato di calcio e trova applicazione non solo nell'edilizia ma anche nell'industria chimica e

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www.cormatex.it

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metallurgica, nella depurazione delle acque e nell'agricoltura oltre che ad una serie di altre minori applicazioni.

2.2.1 Origini e Storia della Calce

La calce è un materiale molto antico infatti già dalla Preistoria l'uomo aveva compreso che l'argilla, impastata con acqua, poteva fornire un materiale plastico, capace di aderire con altri materiali altrimenti sciolti e indurire una volta essicato, mantenendo così legati i materiali. Il più antico manufatto a noi conosciuto, rinvenuto nel 1985 e realizzato con la calce è un calcestruzzo usato in una pavimentazione a Yiftah nella in Israele, risalente al 7000 a.C. Questa pavimentazione, che si presenta molto compatta e con una superficie dura e levigata, è stata realizzata con calce e pietra e collocata su un basamento uniforme di argilla sabbiosa.Anche nella cultura greca i leganti a base di calce furono ampiamente utilizzati ma furono i Romani che migliorarono notevolmente la tecnologia di produzione della calce aerea, cocendo calcari di buona qualità e spegnendo accuratamente la calce viva risultante che, successivamente, veniva mescolata con sabbia pulita. Essi conoscevano solo la calce aerea, cioè quella capace di fare presa a contatto con l’aria, mentre era sconosciuta la calce idraulica, in grado di fare presa anche sott’acqua.

Con la caduta dell’Impero Romano si persero molte delle capacità produttive fino ad allora acquisite, ma la produzione e l’utilizzo della calce sono ancora attestate sia da prove archeologiche sia da fonti scritte. Durante il Medioevo molte delle tecniche costruttive dei forni precedentemente utilizzati vennero trascurate e si ritornò quasi ovunque alla fornace di campagna di tipo verticale che portò ad un graduale declino del livello qualitativo delle malte di calce usate nel settore delle costruzioni. Questo fu dovuto anche al fatto che nella

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formulazione delle malte furono sempre più impiegate sabbie sporche e inquinate da argilla e si trascurò la tecnica di costipare adeguatamente le malte e i calcestruzzi confezionati con poca acqua.

Nei secoli successivi, specialmente nel XVII e XVIII, la produzione della calce migliorò nuovamente, in relazione alle diverse novità introdotte nella tecnologia di fabbricazione della calce come la sostituzione della legna con il carbone per la cottura e la scoperta di nuove fonti di materiali a comportamento pozzolanico per la confezione delle malte idrauliche. In ogni caso nel corso di questi secoli il livello qualitativo generale si mantenne molto variabile e gli standard raggiunti ai tempi dei Romani non vennero, normalmente, più conseguiti. Fu solo nell'Ottocento, quando in Francia vennero riprese e riutilizzate le tecniche romane che si cominciarono a riprodurre calci di elevata qualità; infatti al tempo dei grandi lavori idraulici eseguiti nella Reggia di Versailles nel XVIII secolo furono riesaminate attentamente le costruzioni del tempo dei Romani e intrapresi numerosi esperimenti per concludere che l’eccellenza delle loro malte da costruzione dipendeva dall’estrema cura usata nella miscelazione dell’impasto e nel suo costipamento. Nello stesso periodo in Gran Bretagna, paese con ampio sviluppo di coste, si cominciò ad avvertire l‘esigenza di produrre leganti idonei ad essere utilizzati anche per costruzioni in ambienti marini. Si scoprì così, fortuitamente, che la cottura del calcare contenente impurità argillose produceva un tipo di calce (calce idraulica) con caratteristiche analoghe a quelle della miscela calce-pozzolana, con il vantaggio, tuttavia, di non dover usare la pozzolana non disponibile ovunque. Una volta capito che il meccanismo di reazione della calce idraulica era legato alla presenza di impurità argillose, cominciarono le sperimentazioni nella cottura di miscele artificiali di calcare ed argilla.

Il merito dell'essere arrivato al raggiungimento di un livello di qualità e di resistenza della calce paragonabile a quello moderno è probabilmente da attribuire a un muratore inglese, Joseph Aspdin che, nel 1824 riuscì a perfezionare i processi di selezione dei calcari. E' a lui che si deve anche la scoperta del Cemento Portland, così chiamato perché la massa ottenuta assomigliava alla roccia dell'isola di Portland.

In Italia, fu solo negli anni Ottanta del XIX secolo che si andò consolidando, con un ritardo di oltre quarant’anni rispetto agli altri Paesi europei più avanzati, la conoscenza tecnologica approfondita per produrre calci idrauliche. I primi forni per produrre tali leganti erano impianti verticali conformati a tronco di cono,

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con temperature di cottura dell’ordine di 850-900°C e con notevoli dispersioni termiche. Progressivamente furono introdotte una serie di innovazioni tecnologiche, come l'utilizzo di combustibile ad alto potere calorifico (carbone prima e derivati del petrolio poi) in sostituzione della tradizionale risorsa costituita dal legname e nell’adeguamento dell’involucro del forno alle maggiori temperature di combustione con il raddoppio delle pareti, che ha portato anche nel nostro paese alla produzione di prodotti di qualità. Per tutta la durata della prima metà del Novecento di fatto l'unico legante utilizzato nelle costruzioni fu tuttavia il cemento; la crisi petrolifera degli anni ’70 pose tuttavia l'attenzione per la prima volta, sulle problematiche energetiche che un uso incondizionato delle risorse aveva provocato; la lavorazione del Portland cominciò infatti ad essere messa in discussione sotto questo aspetto a causa dell’enorme quantità di risorse necessarie alla sua produzione.

Dal XXI secolo, quando il problema dell'inquinamento e quindi della sostenibilità ambientale è diventato concreto nel panorama economico e politico mondiale, la calce si ripresenta nel mercato come un possibile materiale da utilizzare nel settore delle costruzioni su larga scala, grazie alla minore richiesta di energia in produzione e alla salubrità impartita agli edifici. 16

2.2.2 Produzione della Calce Aerea

La Calce è il prodotto della cottura di rocce calcaree, rocce sedimentarie ricche di carbonato di calcio (CaCO3) a temperature comprese tra i 900 e i 1200°C; queste rocce si trovano in natura con quantità variabile di impurezze. Il processo di produzione che trasforma la pietra calcarea in calce è costituito da quattro tappe fondamentali:

1. Selezione del calcare: Per la produzione di calce è fondamentale scegliere materie prime con determinate caratteristiche mineralogiche e chimiche. I calcari più idonei devono infatti avere una struttura microcristallina con alto contenuto di carbonati e contenere percentuali di impurità, in particolare di natura argillosa, non superiori al 5%.

2. Cottura: In fase di cottura, il calcare viene immesso in appositi forni o fornaci dove viene portato a una temperatura prossima a 900°C. In tali condizioni avviene la reazione chimica che porta il carbonato di calcio a decomporsi in

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ossido di calcio (calce viva) e anidride carbonica. La decomposizione avviene gradualmente dall'esterno verso l'interno e tanto più lentamente quanto più compatto risulta il materiale. La reazione del processo viene detta reazione di

calcinazione: → + La temperatura di cottura riveste in questa fase un ruolo fondamentale in

quanto l'ossido di calcio risultante da questa reazione sarà poi destinato a ulteriori lavorazioni ed occorre quindi che da questa fase la superficie attiva di questo prodotto sia elevata; questo significa che i cristalli che si formano devono essere dell'ordine di grandezza di 0,1 μm, condizione che si verifica appunto attorno ai 900 °C, motivo per cui i forni per la preparazione della calce devono poter funzionare ed essere mantenuti a quella temperatura. I forni verticali tradizionali hanno la tipica forma a tino circolare rappresentata in basso, sono rivestiti all'interno con mattoni refrattari di dimensioni standard e vengono edificati solitamente con altezze fino ai venti metri e larghezze fino ai cinque. E' presente un carrello per il carico di calcare che viene condotto nel dispositivo di alimentazione/distribuzione collocato in sommità del forno. Scendendo verso il basso il calcare si preriscalda e nella parte mediana/centrale avviene la cottura tramite vari bruciatori collocati omogeneamente in più punti in modo da assicurare una distribuzione del calore e quindi una cottura uniforme. La parte inferiore del forno invece è provvista di un sistema di scarico e di una sezione nella quale, tramite aria introdotta dalla parte inferiore del piatto di scarico, viene raffreddata la calce.

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3. Spegnimento: Dopo la cottura i frammenti di pietra riducono di circa il 40 % il loro peso (in quanto durante la fase precedente sono stati perduti atomi di ossigeno e di carbonio), assumono un colore più biancastro ed una consistenza porosa; questo prodotto è la cosiddetta calce viva, che può essere commercializzata così com'è o ridotta in polvere. La calce viva non può però venir utilizzato come legante ma necessita di un ulteriore trattamento che consiste in una reazione tra calce e acqua; infatti, messa a contatto con acqua, la calce reagisce con un forte sviluppo di calore e si trasforma in una polvere bianca (o in una pasta), comunemente chiamata calce spenta, chimicamente

idrossido di calcio. La reazione schematica è la seguente:

+ → ( ) Mentre il processo di cottura è fortemente endotermico, cioè occorre fornire

molto calore al forno affinché avvenga la reazione di decomposizione, il processo di idratazione è invece fortemente esotermico, avviene cioè con un forte sviluppo di calore. Il calore rilasciato è così elevato che la miscela di calce ed acqua si surriscalda oltre 100 °C ed arriva a bollire: per questo motivo il CaO è chiamato calce viva, mentre l’idrossido è chiamato calce spenta ed il processo di conversione del CaO in Ca(OH)2 è noto come spegnimento.

4. Carbonatazione Una volta in opera, solitamente sottoforma di malte, stucchi o pitture, l'ultima reazione che avviene è la carbonatazione. La calce idrata è infatti un legante aereo perché l'indurimento può avvenire solo a contatto con l'aria, in particolare con l'anidride carbonica (CO2) presente nell'aria. Tale processo porta la trasformazione della calce spenta in calcite, chiudendo così quello che viene chiamato ciclo della calce. La reazione schematica della

carbonatazione è la seguente: ( ) + → +

L'indurimento della calce richiede anche un asciugamento per eliminare l’acqua che si forma secondo la reazione. La calce viene considerata un legante aereo anche a seguito del comportamento dilavante della pioggia nei confronti del calcare la cui solubilità in acqua e di circa 13 mg/L. Anche se risulta molto meno dilavabile del gesso, che è molto più solubile in acqua (2000 mg/L), la malta di calce non è molto indicata per intonaci esposti alla pioggia e pertanto il suo impiego è stato applicato con successo quasi esclusivamente per gli intonaci di murature in ambienti chiusi. Oltre che per gli intonaci, la calce viene impiegata per la malta di allettamento di una muratura, allo scopo di creare un giunto adesivo tra gli elementi lapidei o ceramici. In questo caso, la carbonatazione e l’indurimento che ne consegue avvengono abbastanza rapidamente solo nella porzione del giunto adesivo esposto direttamente all’aria, mentre il fronte della

[49]

carbonatazione si propaga più lentamente nello strato interno del giunto distante dall’aria per la lenta diffusione della CO2 attraverso la malta già indurita. Infatti, se manca il diretto contatto con l’aria, il processo di carbonatazione della calce idrata è così lento che in alcune antiche costruzioni si è trovato ancora del Ca(OH)2 tal quale e cioè non combinato con la CO217.

2.2.3 La Calce Idraulica

Come precedentemente descritto, la calce idraulica si ottiene dalla cottura del calcare contenente impurezze di argilla, detto marna o calcare marnoso; l'aggettivo "idraulico", riferito al legante, si attribuisce all'ingegnere francese Louis Vicat (1786 –1861), che per primo stabilì le proporzioni esatte che devono esserci tra calcare e argille (SXAYHZ18) in modo da produrre materiali in grado di

17

Mario Collepardi, Dal calcestruzzo antico a quello moderno.

18 _{Terminologia utilizzata nella chimica dei cementi, nella quale prima di → viene riportato il simbolo}

chimico completo mentre dopo viene indicato solo il simbolo sintetico. Nel caso in esame quindi si ha: Ossido di calcio CaO → C

Ossido di silice SiO2 → S

Ossido di Alluminio Al2O3 → A

Ossido Ferrico Fe2O3 → F

Acqua H2O → H

Anidride Carbonica CO2 → ̅

Silicato bicalcico 2CaO·SiO2→C2S

Alluminato monocalcico CaO·Al2O3→CA

Idrossido di calcio Ca(OH)2→CH

Alluminato di calcio idrato xCaO·yAl2O3·zH2O→C-A-H

Silicato di calcio idrato xCaO·ySiO2·zH2O→C-S-H

[50]

fare presa e indurire anche in assenza di aria e di resistere all'azione dilavante dell'acqua piovana o marina. Durante la cottura del calcare marnoso, a circa 550 °C avviene la prima reazione chimica, che vede la decomposizione dell'argilla, in Silice (S), allumina (A) e vapore acqueo (H) che, attraverso i fumi della combustione, viene sollevato in aria:

→ + +

All'aumentare della temperatura avviene, a 900 °C circa, la decomposizione termica del calcare (CaCO3) in idrossido di calcio (C) e anidride carbonica ( ) che anch'essa viene trascinata poi in alto dai fumi della combustione:

→ +

Inoltre, sempre alla stessa temperatura, si verificano altre due reazioni di combinazione tra calce/silice e calce/allumina con formazione di silicato bicalcico (C2S) e alluminato monocalcico (CA):

2 + →

+ →

In queste reazioni, per aumentare il contenuto finale di silicato bicalcico e di alluminato monocalcico, è necessario aumentare il contenuto di argilla e migliorare così le prestazioni della calce idraulica grazie all'aumento dei componenti idraulici (C2S e CA) ai quali è dovuto l'indurimento anche in assenza di aria. Al termine del processo di cottura si perviene ad una miscela di tre prodotti: calce (C), silicato bicalcico (C2S) e alluminato monocalcico (CA) i quali, a contatto con acqua, danno luogo alle reazioni di idratazione:

- + →

Ovvero l'ossido di calcio, calce viva, viene trasformato nell'idrossido di calcio, la calce spenta; la suddetta trasformazione comporta un grande sviluppo di calore, noto come spegnimento della calce.

- + → − − +

- + → − −

[51]

Queste reazioni provocano un indurimento del sistema anche in assenza di aria grazie alla formazione di C-S-H e C-A-H, prodotti che infatti si formano anche quando la calce idrata viene impastata con acqua in presenza di pozzolana. Prima di poter utilizzare la calce idraulica negli usi comuni, ad esempio per confezionare malte, è necessario sottoporla ad un trattamento preliminare con una quantità d'acqua appena sufficiente per trasformare rapidamente tutto il C in CH senza però provocare l'idratazione del C2S e del CA. In questo modo la reazione con acqua avviene in due passaggi: nel primo, durante il processo di produzione, nel quale il prodotto, dopo la cottura, viene trattato con una quantità controllata d'acqua e sufficiente solo a trasformare l'ossido di calcio in idrossido di calcio; nel secondo, durante l'utilizzo della calce idraulica quando la miscela di calce idraulica e sabbia viene mescolata con il quantitativo di acqua sufficiente per produrre una malta plastica e facilmente lavorabile capace di indurire progressivamente.

2.2.4 La Calce Idraulica naturale e artificiale

Una distinzione commerciale comune che viene fatta oggi per distinguere diverse tipologie di calce idraulica è quella che vede la suddivisione in naturale ed artificiale.

Con calce idraulica naturale (NHL) sono prodotte dalla cottura del calcare contenente delle impurità di silice e alluminio presenti nell’argilla. Tali impurità si stabilizzano inizialmente attraverso una reazione chimica tra l’argilla reattiva e la calce e il processo viene completato dalla carbonatazione. È questa reazione chimica (l’idratazione), in presenza di acqua, tra la calce e i composti a base di silicio nell’argilla che produce le proprietà cementizie che distinguono la calce pura dal cemento.

Le calci NHL vengono distinte in base alla loro idraulicità che dipende dalla quantità di impurità reattive19 nel calcare:

- Calce aerea → impurità reattive < 6% ;

- Calce naturale debolmente idraulica (NHL 2) → impurità reattive (6 ÷ 12)% ;

19

[52]

- Calce naturale moderatamente idraulica (NHL 3.5) → impurità reattive (12 ÷ 18)% ;

- Calce naturale eminentemente idraulica (NHL 5) → impurità reattive (18 ÷ 25)% ;

- Cemento naturale → impurità reattive (25 ÷ 55)% ;20

E' bene precisare dunque che in realtà anche le calci naturali, nonostante la denominazione, derivano comunque da un processo creato artificialmente e industrialmente dall'uomo e non è da considerarsi come un elemento presente normalmente in natura. Tuttavia questa distinzione viene effettuata per effettuare la distinzione con la calce idraulica artificiale intesa come quella tipologia di calce che si ottiene miscelando il cemento Portland con calce aerea o con polvere di calcare al fine di diluirlo ed ottenere così prestazioni meccaniche paragonabili a quelle della calce idraulica naturale senza però dover effettuare il processo di produzione di quest'ultima, sicuramente più complesso della semplice miscelazione di cemento Portland con calce.

Le due tipologie di calce riescono ad oggi, a raggiungere le stesse prestazioni di consistenza plastica, resistenza meccanica, porosità al vapor d'acqua, rigidità e colore tuttavia la calce idraulica naturale è caratterizzata in genere da maggior plasticità e grassezza e quindi da una maggior facilità nello stendere e plasmare per la preparazione di un intonaco, caratteristica che si può ottenere anche nelle malte a base di cemento ma attraverso l'aggiunta di additivi chimici a base di agenti aeranti capaci di sviluppare microbolle d' aria (in misura del 10-20% in volume) al momento della miscelazione con acqua e capaci di migliorare la plasticità della malta.21

2.3 Il Bio-Composto in Calce e Canapa

Alla luce di quanto affermato nei primi capitoli, essendo oggi di primaria importanza la ricerca di un mercato sostenibile e alternativo a quello tradizionale che possa condurre verso una riduzione dei consumi e dell'inquinamento, il cemento di calce e canapa rappresenta, tra tutte le tecniche costruttive ecocompatibili, una possibile ed efficace soluzione nel

20

Ratcliff & Orton,1998 (GreenSpec, 2007)

21

[53]

settore edile, settore tra i più interessati a ricercare alternative innovative che possano non solo ridurre i consumi ma garantire anche un maggiore livello di comfort e salubrità degli ambienti interni. Studiando le caratteristiche igrometriche e meccaniche e riportando il ciclo di vita del materiale calce-canapa con le emissioni totali di anidride carbonica, si cerca di dimostrare la validità (ed eventuali elementi critici) e il ruolo che il biocomposto può ricoprire nello scenario dello sviluppo sostenibile, costituito da tre colonne portanti: quella ambientale, quello economica e quella sociale.

Hemp-Lime (calce-canapa) è un materiale da costruzione, nato originariamente come un sostituto al riempimento naturale in paglia e fango degli edifici con struttura in legno in Francia, dove era chiamato Chaux-Chanvre. Questo biocomposto è ottenuto dalla miscela dei due materiali descritti nei precedenti paragrafi, più nel dettaglio, si tratta dell'unione della parte legnosa della pianta di canapa, il canapulo, con un legante di calce e aggiunta di acqua.

x Il canapulo è il residuo legnoso dello stelo della pianta ottenuto dalla separazione della fibra, utilizzata a sua volta per produrre per lo più tessuti e cordami. Una volta separata la fibra tramite stigliatura, la parte legnosa rimasta viene triturato e sminuzzato e quindi depolverizzato per poter poi essere commercializzato in granulometrie (generalmente comprese tra i 5 e i 30 mm di lunghezza e tra i 2 e i 5 mm di larghezza) e formati (sacchi, Big Bag, balle compresse) diversi. La canapa costituisce, all'interno del composto, l'aggregato e funge da materiale riempitivo leggero. Il canapulo presente una percentuale di porosità di circa il 60%, caratteristica basilare per le prestazioni termiche ed acustiche del biocomposto in quanto conferisce elevate capacità igroscopiche: la sua struttura microscopica è caratterizzata infatti da microalveoli in grado di assorbire grandi quantità di vapore acqueo infatti il suo potere di assorbimento dei liquidi è circa 12 volte superiore alla paglia, 3,5 volte superiore al truciolo di legno e pari a 5 volte il suo peso. Una volta mescolato con acqua e calce il canapulo, grazie all'elevata quantità di silice presente naturalmente al suo interno, subisce una reazione di mineralizzazione, passando quindi dallo stato vegetale ad un materiale rigido ma leggero, con tutti i vantaggi che può comportare nel campo delle costruzioni (resistenza al fuoco, all'infiammabilità e alla formazione di muffe o batteri, durabilità e ottime caratteristiche di isolamento). Il composto si consolida in poche ore e con il passare del tempo, a seguito

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del processo di pietrificazione, acquisisce la consistenza tipica della pietra.

x La calce è il legante necessario a tenere insieme i pezzi di canapulo e a permettere il processo di cristallizzazione di quest'ultimo. Le tipologie di leganti idonei alla produzione della miscela di calce e canapa sono principalmente calci idrauliche, pozzolaniche o altre sabbie vulcaniche; in ogni caso è necessario l'utilizzo di leganti approvati e certificati da rispettivi dati tecnici.

x L'acqua ha la funzione di rendere possibile la reazione chimica tra la calce e la canapa, oltre che rendere la miscela più fluida e quindi lavorabile. La caratteristica di fluidità permette al materiale di essere facilmente livellato, compattato, di adattarsi alle superfici in cui viene applicato e di penetrare negli interstizi in modo da garantire, una volta asciugato ed indurito, una migliore barriera al vapore.

x Le miscele che si ottengono dai tre materiali sopra elencati permettono di ottenere un composto con caratteristiche e proprietà diverse e più idonee allo specifico utilizzo che ne verrà poi conseguito in edilizia. La diversificazione dipende principalmente dal tipo e dalla quantità di legante usato, dalle caratteristiche della canapa (ad esempio dalla lunghezza del canapulo), dal metodo di elaborazione e dalle proporzioni con cui i singoli materiali vengono poi uniti nella miscelazione. Particolarmente influente sul comportamento fisico meccanico è la scelta del tipo e della quantità di legante: il prodotto con un basso contenuto di legante ha, ad esempio, una migliore capacità di isolamento termico mentre con l'aggiunta di una quantità maggiore di calce la miscela risulta più densa e autoportante e quindi risulta più idonea nella costruzione di

Figura 19 - Il canapulo. Fonte: www.assocanapa.it Figura 20 - Il canapulo in blocchi. Fonte: www.toscanapa.it

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tamponamenti. L'utilizzo di calce idrata è migliore dal punto di vista ambientale ma comporta tempi più lunghi di essicazione e di carbonatazione che possono prolungare le tempistiche di cantiere. La calce idraulica invece, indurendo a contatto con l'acqua, ha invece una reazione più veloce e quindi solitamente viene preferita anche per la maggiore resistenza meccanica al getto una volta indurito. A causa della natura igrometrica del canapulo, che non risulta mai completamente asciutto, la miscela ha un'asciugatura più lenta rispetto agli altri materiali simili, svantaggio che tuttavia è necessario accettare in quanto questa caratteristica è alla base del comportamento favorevole del calce-canapa nei confronti dell'umidità e della sue funzione di regolazione igrotermica. Valori delle caratteristiche fisiche che descrivono i materiali in calce e canapa, si possono considerare compresi tra i seguenti intervalli:

Massa Volumica a Secco [Kg/m3] 270 - 700

Coefficiente di Conduttività Termica [W/m·k]

0,05 - 0,12

Calore Specifico [KJ/Kg·K] 1,0 - 1,4

Resistenza a Compressione [N/mm2] 0,2 - 1,0

Figura 21 - Miscela di Canapulo e Calce e Fase di cantiere di riempimento. Fonte: www.nicolapreti.it/blog/riqualificazione-energetica-di-un-edificio-con-la-canapa

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2.3.1 Origini e diffusione della miscela Calce-Canapa

La diffusione della canapa miscelata con calce idraulica nel settore delle costruzioni edili, avviene attorno ai primi anni '90 del secolo scorso. Tuttavia si presume che la tecnica di unire calce e canapa fosse utilizzata già millenni fa: sono stati ritrovati infatti nel sud della Francia, dove ha avuto origine il composto, reperti archeologici di un ponte costruito con un conglomerato di calce e canapa risalenti al periodo Merovingio, tra il 500 e il 751 d.C. (O'Flynn, 2001).

x Francia: Come sostenuto da Wolley nel 2006, il biocomposto in calce e canapa si è andato diffondendosi in questo Paese in epoca recente quando si scoprì l'efficacia che questo aveva nella sostituzione degli antichi materiali da riempimento ormai deperiti (costituiti dal tradizionale metodo "a cannicciata di fango"), negli edifici medievali con struttura in legno. Originariamente infatti il riempimento veniva ricoperto con intonaco a base di calce, il quale poi, durante la seconda metà del XX secolo venne sostituito con i più diffusi all'epoca, intonaci di cemento. Così facendo tuttavia le murature venivano rese impermeabili e l'umidità rimaneva intrappolata al suo interno provocando rigonfiamento e successivo distacco dell'intonaco. Una soluzione efficace al problema causato dall'uso improprio del cemento è quindi stato l'intonaco in calce e canapa utilizzato per lo più nella regione di Troyes (non a caso regione che vede la maggior produzione di canapa di Francia), nonostante non si abbia documentazione del periodo esatto in cui si cominciò. Questa tecnica sollevò così l'interesse del Paese e degli imprenditori francesi che testarono l'utilizzo del biocomposto in varie applicazioni, come France Périer, a capo dell'azienda Isochanvre, che cominciò a produrre cemento di calce e canapa in alternativa a quello tradizionale. Oggi, gli edifici in Francia costruiti con questa tecnica sono varie centinaia e nell'industria edile vengono utilizzate circa 4000 tonnellate di canapulo (Wolley,2006). x Regno Unito: Nel Regno Unito l'utilizzo di calce e canapa è invece più

recente. Chi per primo se ne servì per la realizzazione di un progetto di edilizia popolare nel sud dell'Inghilterra, fu Ralph Carpenter di Modece Architects per commissione della società Suffolk Housing. Il progetto aveva anche lo scopo di fornire indicazioni concrete su questo nuovo materiale infatti fu completamente monitorato da una società di ricerca e consulenza specializzata in edilizia sostenibile, la Building Research Establishment, la quale ne studiò in opera le proprietà strutturali,

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termiche, acustiche, di permeabilità e durevolezza, la quantità di rifiuti generati durante i lavori, l'impatto ambientale e i costi di costruzione (BRE, 2002). Da quel momento i progetti realizzati sono stati molti: nel 2006 ad esempio è stato edificato a Southwold, nel Suffolk, un magazzino e centro di distribuzione con l'utilizzo di 100.000 mattoni in calce e canapa e 1000 m3 di cemento dello stesso materiale (Campbell,2006), nel 2007 la sede di Lime Technology nell'Oxfordshire è stata ristrutturata utilizzando 110 m3 di cemento in calce e canapa e, sempre nello stesso anno il sistema murario di un centro di educazione ambientale di tre piani a Machynlleth, nel Galles, è stato realizzato con cemento in calce canapa. A dimostrazione dell'interesse crescente per questa tecnologia sono le diverse Università del Regno Unito che conducono, già da qualche anno, un lavoro di ricerca sul materiale calce-canapa: l'University of Bath, il Centre of Alternative Technologies dell'University of London, l'University of Wales e la Queen University of Belfast. Dal 2006 inoltre è stata instituita la Hemp Lime Construction Products Association da varie aziende e professionisti al fine di promuovere l'utilizzo del biocomposto all'interno del settore edile brittanico e i suoi benefici rispetto ai metodi costruttivi tradizionali.22

x Italia: Nel nostro Paese è dall'anno 1998, grazie al contributo CEE prima descritto, che la coltivazione della canapa da fibra è stata rilanciata e con essa i suoi utilizzi industriali, tra cui quello della produzione di calce-canapa. Da quel momento nacquero, sparse nel territorio, diverse associazioni e società finalizzate a far rivivere l'interesse collettivo verso questo prodotto agricolo. Il merito è quindi sicuramente delle aziende che hanno creduto in questa possibilità, approcciando al mercato in maniera aperta, condividendo i saperi, le tecnologie ed i risultati e anche delle numerose associazioni che si dedicano alla diffusione del valore che questa pianta può tornare ad avere nel nostro Paese a livello agroindustriale23.

Una delle prima associazioni nate fu Assocanapa (Coordinamento nazionale per la canapicoltura), un’associazione senza scopo di lucro, costituita Carmagnola (Torino), nel gennaio del 1998, che raccoglieva inizialmente appassionati della canapa e i pochi coltivatori storici e oggi riunisce circa 700 aziende agricole o altre realtà produttive associate e

22 _{Paolo Ronchetti, Il cemento di canapa e calce: un promettente materiale e metodo di costruzione per}

l'edilizia sostenibile

23

http://www.canapaindustriale.it/2014/02/05/il-complesso-piu-grande-deuropa-in-canapa-e-calce-prende-forma-a-bisceglie/

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più di 1000 ettari coltivati. L’interesse di Assocanapa non è solamente rivolto allo sviluppo biologico dell’agricoltura (senza l’utilizzo di antiparassitari e fertilizzanti) ed alle produzione delle sementi, ma abbraccia anche il processo industriale: l'obiettivo è costruire una filiera, ovvero l’intero processo di produzione e trasformazione della canapa, in modo da accomunare gli interessi degli agricoltori con quelli degli industriali. Dal 2003 è riconosciuta come ditta sementiera che produce e commercializza le varietà italiane Carmagnola, CS e Fibranova e varietà francesi. Dal 2006 l'associazione ha costruito un primo prototipo di sfibratrice e di macchina pulitrice per migliorare la separazione della fibra dal canapulo così da quell'anno, è riconosciuta come primo trasformatore di paglie di canapa ai sensi della normativa europea ed è uno dei 7 membri della EIHA (European Industries Hemp Association). Nel 2010 inoltre è stato realizzato un impianto di prima trasformazione della canapa.

Oltre a questa le associazioni sono altre come ad esempio CanaPuglia che rappresenta un progetto nato agli inizi del 2011 che mira a diffondere il valore della canapa per l‘Uomo, l’Ambiente e l’Economia. Vincitore del concorso “Principi Attivi” promosso dall’Assessorato alle Politiche Giovanili della Regione Puglia, è stato riconosciuto come “progetto di straordinaria innovazione che ha aperto un mondo sconosciuto agli occhi di gran parte dell’opinione pubblica avviando un processo di sensibilizzazione sui concetti di eco-sostenibilità e bio-compatibilità promuovendo la coltivazione e l’impiego in diversi campi della Cannabis Sativa” (Premio Ambiente Faraglioni di Puglia 2012). Dopo la semina sperimentale di un ettaro di canapa nel 2011, l’associazione è arrivata a quota 120 ettari.24

Relativamente al settore dell'edilizia e alla produzione specifica di calce e canapa un ruolo fondamentale è stato ed è tutt'ora svolto dall'azienda Equilibrium, nata nel 2011 con l'obiettivo di introdurre innovazione sostenibile nel settore dell'edilizia e ridare opportunità di sviluppo al Paese. L'azienda è attiva nel settore della bioedilizia, dei materiali da costruzione naturali e delle tecnologie per l’efficienza energetica, consapevole che il risparmio energetico e la salubrità degli ambienti sono diventati fattori chiave per la qualità del vivere, oltre ad essere condizioni necessarie affinché un immobile mantenga il proprio valore nel tempo.

24

http://www.canapaindustriale.it/2015/01/09/le-associazioni-italiane-che-si-occupano-di-canapa-industriale/

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L'azienda quindi, attraverso i propri prodotti in calce e canapa, persegue l'obiettivo della riduzione dei consumi energetici di edifici nuovi ed esistenti e del miglioramento del comfort abitativo degli occupanti.25 Questa azienda ha contribuito alla realizzazione del primo complesso residenziale d'Europa realizzato in canapa e calce, nato a Bisceglie (BT) nel 2014; un progetto, secondo quanto affermato da Equilibrium, legato ai temi della bio architettura, dell'eco sostenibilità, del comfort ambientale ed abitativo; si tratta d 61 appartamenti in classe energetica A+ progettati dallo studio di architettura pugliese Pedone Working caratterizzati da un involucro completamente naturale in quanto vede l'applicazione del sistema costruttivo Muratura Vegetale in Natural Beton, una miscela di calce e canapa prodotta dall'azienda completamente riciclabile, biodegradabile e capace di sequestrare anidride carbonica dall'ambiente. La miscela viene applicata a spruzzo con il risultato di aumentare la velocità dei lavori ed ottenere un unico blocco; il sistema portante è costituito da un telaio in cemento armato mentre i muri di tamponamento perimetrali sono costituiti da un paramento interno in tufo, dello spessore pari a 10 cm, sul quale viene spruzzato il composto Natural Beton 200, rapporto calce-canapa 1:1 con spessore 25 cm. Inoltre è stata eseguita un’ulteriore copertura col termointonaco, Natural Beton 500, rapporto calce-canapa pari a 4:1, con uno spessore di 6 cm. Anche l’isolamento della copertura prevede l’applicazione di uno strato di Natural Beton dello spessore di 15 cm, che impedirà il passaggio di calore dall’ambiente interno a quello esterno e viceversa, limitando gli sbalzi di temperatura che avvengono durante la giornata o col susseguirsi delle stagioni.

L’autosufficienza energetica del complesso, dovuta ad impianti ad alta efficienza, come il solare termico per l’acqua calda ed il fotovoltaico per il riscaldamento, insieme ad un' elevata coibentazione termica ed acustica coadiuvata da impianti di ventilazione meccanica controllata, oltre a garantire un’alta qualità del comfort abitativo, consentiranno un alto contenimento dei consumi energetici.26

25 _{http://www.equilibrium-bioedilizia.it} 26

http://www.canapaindustriale.it/2014/02/05/il-complesso-piu-grande-deuropa-in-canapa-e-calce-prende-forma-a-bisceglie/

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2.4 Metodi e processi produttivi del composto

calce-canapa

La produzione del composto in calce e canapa è composta da diversi passaggi e lavorazioni prima di arrivare alla miscelazione dei due componenti che daranno origine al bio composto. E' quindi necessario analizzare in sintesi le tecniche lavorative con cui vengono prodotte le materie prime, ovvero il canapulo e la calce idraulica per poi passare alla produzione del calce-canapa. Analizzando ogni passaggio della lavorazione sarà possibile quindi riportare un analisi dell'intero ciclo di vita del materiale, essenziali per poter effettuare un confronto in termini di consumi ed emissioni di CO2 con i materiali più tradizionali.

Figure 22 - Progetto case di Luce a Bisceglie e Avanzamento Cantiere. Fonte: www.canapaindustriale.it

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2.4.1 Tecniche produttive del canapulo

La canapa, essendo un elemento vegetale, prima ancora di essere lavorata a livello industriale, necessita della coltivazione, le cui fasi possono essere brevemente riassunte così:

 Scelta del metodo colturale: La coltivazione della canapa può avvenire sia in biologico (migliore per il mercato dei prodotti da seme, come l'alimentazione, la cosmesi o la salutistica) che in convenzionale;

 Preparazione del terreno: Per una coltivazione ottimale è bene che i terreni siano freschi e profondi e con assenza di ristagni idrici; si consiglia una buona lavorazione del terreno, senza avvallamenti e/o eccessiva zollosità, che consiste in un'aratura a circa 30 cm di profondità, concimazione, affinamento tramite erpicatura prima della semina;27  Concimazione: La canapa deve essere concimata anche se non

eccessivamente: sono consigliabili 60-80 Kg/ha da effettuare al 50% in presemina e al 50% in post semina; se si intendono usare concimazioni organiche a cui la canapa risponde molto bene, è possibile utilizzare letame, liquami o compost fino ad un massimo di 30 ton/ha in due fasi;  Semina: La semina può avvenire da inizio a fine Aprile e può essere

effettuata con una normale seminatrice da grano; il quantitativo di seme consigliato è di 35-40 Kg/ha;

 Controllo delle infestanti: La canapa ha un'ottima capacità di competere con gli infestanti infatti il suo rapido sviluppo le consente di vincere la competizione sia di luce che di acqua con le infestanti che ne vengono sopraffatte; è di fondamentale importanza la preparazione di un buon letto di semina che consenta una rapida ed omogenea germinazione;  Irrigazione: Generalmente non è necessaria ma in casi di particolari

siccità che impedirebbero il riempimento del seme, potrebbe essere opportuno effettuare interventi di irrigazione in pre-fioritura per lo sviluppo dell'apparato fogliare, e in post-fioritura per favorire il riempimento del seme;

 Raccolta del seme - Trebbiatura: La maturazione del seme è scalare e quindi non c'è un periodo ideale di raccolta; generalmente si procede quando questi cadono a terra. Per velocizzare questa fase si possono usare normali macchine trebbiatrici con l'accortezza di ridurre la velocità

27

L'erpicatura è l lavorazione che consente di ridurre la zollosità e rendere più regolare ed uniforme la superficie del letto di semina. Viene eseguita tramite erpice, macchina agricola detta anche "frangizolle"

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di avanzamento, dell'aspo e dei battitori; sono inoltre da preferirsi trebbiatrici con scuotipaglia e senza trinciapaglia che rischia d'intasarsi di fibra.28

Lavorazione: A maturazione della pianta avvenuta, così come tutte le tecniche agricole di lavorazione moderne, anche quelle che riguardano la canapa da cui estrarre il canapulo, non possono oggi esimersi dall'industrializzazione e dalla meccanizzazione dei processi produttivi. Tuttavia, mentre nel caso delle coltivazioni tradizionali l'evoluzione delle macchine per la produzione è stata graduale e al passo con i tempi, quella per le canapa ha subito un brusco rallentamento fino all'interruzione per i motivi già descritti. La recente rinascita della filiera ha quindi richiesto l'adattamento dei macchinari esistenti per la corretta lavorazione della canapa; inizialmente si è cercato di effettuare la stigliatura delle bacchette di canapa utilizzando le macchine da lino le quali però non risultavano adatte in quanto la canapa presenta dimensioni maggiori rispetto al lino; una possibilità in questo caso è quella di tagliare le bacchette alla misura desiderata (che deve essere compresa tra un minimo 90 cm e un massimo di 110 cm) già in fase di raccolta, seguendo poi la stessa procedura in uso nella raccolta del lino per quanto riguarda le fasi successive. Oltre al problema dell'altezza, i fusti di canapa presentano la caratteristica di essere molto resistenti e questo ne comporta una maggior difficoltà di lavorazione, in particolar modo per le tipologie italiane, di elevata qualità; per questo motivo, macchinari utilizzati all'estero non risultano particolarmente idonei a lavorare i prodotti italiani; sono quindi state svolte dalle aziende, ricerche mirate a brevettare macchine innovative per la coltivazione della canapa come quella svolta da Toscanapa per la realizzazione di un impianto pilota di macerazione delle fibre di canapa ad uso tessile. La produzione di fibra tecnica e canapulo per l’edilizia segue in parte quella ad uso tessile differenziandosi in alcuni passaggi: ad esempio non è necessaria la fase di macerazione in acqua, fondamentale per la fibra tessile, ma non influente sulla qualità di canapulo e fibra tecnica.

Le fasi che portano dal campo con la pianta all'imballaggio del canapulo pronto alla realizzazione della miscela calce-canapa sono essenzialmente quelle mostrare nello schema sottostante:

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Taglio: Per la produzione di canapulo il momento migliore per la falciatura sarebbe quello di fine Agosto, inizio Settembre ovvero periodo di massimo sviluppo della pianta; tuttavia la fogliosità e il contenuto idrico in questa fase sono consistenti e potrebbero rendere difficoltosa l'operazione. Per questo motivo alcuni agricoltori preferiscono anticipare di 15/20 giorni oppure lasciare seccare naturalmente le piante sui campi ed eseguire il taglio a Marzo o Aprile dell'anno seguente. La metodologia di taglio più semplice e comune è quella che prevede l'utilizzo di una barra bilama e di un convogliatore che dispone gli steli in andane (cumuli longitudinali).

Trebbiatura: La trebbiatura è l'attività conclusiva del raccolto che consiste nella liberazione dei semi dall'involucro che li avvolge; per procedere alla trebbiatura si possono impiegare le normali mietitrebbiatrici da mais o da grano regolando l’altezza della barra falciante a 1,20-1,50 m da terra. Particolare attenzione deve essere posta durante il lavoro della mietitrebbiatrice, proteggendo gli organi rotanti (rulli, aspi e catene di trasmissione), che altrimenti verrebbero intasati dalla fibra, e adottando una velocità di avanzamento moderata.29

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www.gruppofibranova.it

Taglio Trebbiatura Macerazione/Essicazione

Andanatura Rotoimballatura

Separazione/Stigliatura

Trinciatura/pulizia Imballaggio

Figura 24 - Operazione di taglio della pianta di canapa. Fonte: www.canapaindustriale.it

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Macerazione: Per facilitare il distacco delle fibre dal canapulo si ricorre da sempre ad una lavorazione preliminare delle bacchette, detta “macerazione”, che consiste in una degradazione e quindi rimozione delle colle naturali che cementano le fibre tra loro e le stesse al canapulo. La macerazione veniva tradizionalmente effe uata in acqua, con un procedimento lungo e laborioso, ma in alcuni casi è stata sos tuita, in tempi relativamente recenti, dalla macerazione alla rugiada, cioè in pieno campo, con tempistiche che variano dai 10 ai 20 giorni a seconda del clima. E’ stato ampiamente provato che, utilizzando le macchine ed i sistemi esistenti con paglie e bacchette non macerate, la separazione avviene senza inconvenienti, anche se la percentuale di canapulo che rimane a accata alle fibre è più alta che nel caso di lavorazione con fibre macerate. Tuttavia è stato verificato che la produzione di semilavorati per l’industria derivati dalla canapa, come quelli da destinarsi all'edilizia, si può effettuare sul prodotto agricolo non macerato; solo nel caso della produzione ad uso tessile, la fase di macerazione in acqua risulta indispensabile.30

Andanatura e rotoimballatura: L'andanatura è la fase in cui la canapa, una volta tagliata e macerata viene sistemata in andane, ovvero in file longitudinali. Questa fase consente di eseguire in modo rapido ed agevole l'operazione successiva di rotimballatura; la fase di andanatura andrebbe effettuata diversi giorni prima della pressatura in modo da permettere un miglior essiccamento sollevando le pianti sottostanti.

Stigliatura: La stigliatura è un passaggio della preparazione alla filatura, atto a liberare le fibre della canapa, del lino o di altre fibre librose dagli steli. Consiste

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http://www.toscanapa.com/stigliatura-macchine-e-metodi-prima-trasformazione-canapa/