Materiali innovativi: dal micelio che cresce ai mattoni al calcestruzzo che si autoripara

Nel 2014, nel cortile del MoMA PS1 a New York, si è alzata per un'estate una torre di dodici metri fatta di mattoni che, poche settimane prima, erano ancora un fungo vivo che cresceva dentro uno stampo. Alla fine della stagione, la torre è stata smontata e i mattoni — completamente biodegradabili — sono diventati compost per gli orti urbani del quartiere. Nello stesso decennio, a Rotterdam e in altri cantieri infrastrutturali olandesi, ingegneri hanno iniettato spore batteriche dormienti dentro pannelli di calcestruzzo per farli auto-sigillare quando si fessurano. Sono due modi molto diversi di rispondere alla stessa domanda: cosa succede quando si smette di trattare la materia da costruzione come inerte, e si inizia a trattarla come qualcosa che cresce, reagisce, si ripara o torna alla terra da cui viene.

Questo capitolo non tratta il legno lamellare o il CLT — materiali bio-based ormai maturi, con norme armonizzate e cantieri in tutto il mondo, già raccontati nel capitolo dedicato al legno. Qui si parla di ciò che sta ancora, per la maggior parte, tra il laboratorio e il primo cantiere pilota: materiali che in alcuni casi hanno già dimostrato di funzionare a scala reale, e in altri restano promesse tecnicamente solide ma commercialmente immature. La distinzione tra le due categorie, in ogni sezione, è il punto più importante.

Una premessa: cosa rende "innovativo" un materiale da costruzione

I materiali di questo capitolo condividono una caratteristica che li separa nettamente da calcestruzzo, acciaio o laterizio: la maggior parte non ha ancora una norma armonizzata europea (hEN) che ne definisca test, classi prestazionali e marcatura CE. Per essere impiegati in un cantiere regolare, passano quasi sempre attraverso la via della Valutazione Tecnica Europea (ETA), rilasciata caso per caso da un organismo di valutazione tecnica sulla base di un Documento di Valutazione Europeo (EAD) ad hoc — un percorso più lento e costoso della certificazione standard, e uno dei motivi per cui l'adozione su larga scala resta più lenta della maturità scientifica del materiale stesso. Il secondo tratto comune è la fonte: quasi tutti derivano da organismi viventi (funghi, batteri, alghe, piante fibrose) o da processi che imitano meccanismi biologici, in continuità diretta con l'intuizione del biomimetismo — il tema del primo approfondimento in fondo a questa pagina.

Le sette famiglie

Micelio — compositi fungini

Il micelio è la rete di filamenti (ife) con cui un fungo cresce nel substrato di cui si nutre. Aziende come Ecovative Design (Stati Uniti, fondata nel 2007) hanno brevettato un processo che sfrutta questa crescita come tecnica costruttiva: spore fungine vengono inoculate in scarti agricoli (steli di mais, paglia, trucioli di legno) dentro uno stampo; nell'arco di 5-14 giorni il micelio colonizza l'intero substrato legandone le fibre in una massa solida che replica la forma dello stampo; a crescita completata, il blocco viene essiccato o cotto a bassa temperatura (60-120°C per alcune ore) per fermare la crescita e sterilizzare il materiale, impedendo ulteriore decomposizione. Il risultato ha densità di 100-300 kg/m³, resistenza a compressione modesta (0,1-1,2 N/mm², contro i 20-30 N/mm² di un laterizio cotto) e conducibilità termica di 0,03-0,07 W/(m·K), paragonabile a molti isolanti cellulosici. Non è quindi un materiale strutturale: il suo campo d'impiego reale è l'isolamento termico/acustico, i pannelli non portanti e gli imballaggi (dove Ecovative lo commercializza già da anni al posto del polistirolo). È interamente compostabile a fine vita.

Bioplastiche e biocompositi — dalla canapa alle alghe

Sotto questa etichetta rientrano famiglie eterogenee accomunate dall'origine rinnovabile del polimero o della fibra. Il caso più maturo è l'hempcrete (canapulo di canapa legato con calce), con densità 275-450 kg/m³ e conducibilità termica 0,06-0,11 W/(m·K): non strutturale (si usa in tamponamento su telaio portante in legno), ma con un bilancio di carbonio negativo netto — la canapa sequestra durante la crescita più CO₂ di quanta ne emetta la calce nel legante, per un saldo stimato attorno a -110 kg CO₂ per m³. Più sperimentale è l'uso di bioreattori ad alghe in facciata: la BIQ House di Amburgo (2013, Arup, SSC e Colt International) integra pannelli vetrati che ospitano una coltura di microalghe, che producono biomassa da raccogliere per bioenergia e, allo stesso tempo, ombreggiano e regolano la temperatura interna dell'edificio — un involucro che è insieme schermo solare e piccolo impianto di produzione energetica.

Calcestruzzo autoriparante — self-healing concrete

Sviluppato principalmente dal gruppo di Henk Jonkers alla TU Delft a partire dalla metà degli anni 2000, il calcestruzzo autoriparante incorpora spore di batteri alcalofili (Bacillus pseudofirmus o B. cohnii, capaci di restare dormienti per decenni nell'ambiente fortemente alcalino — pH 12-13 — del calcestruzzo) incapsulate in granuli di argilla espansa insieme a lattato di calcio come nutriente. Quando una fessura si apre e l'acqua penetra, le spore germinano, metabolizzano il lattato di calcio e producono calcite (CaCO₃), che precipita richiudendo fessure fino a 0,8 mm di apertura in circa tre settimane. Il prodotto commerciale Basilisk lo applica sia come additivo per nuovi getti sia come malta di riparazione. È il tema dell'approfondimento tecnico in fondo alla pagina.

Aerogel — l'isolante più leggero che esista

L'aerogel di silice, sintetizzato per la prima volta da Samuel Kistler nel 1931, è un solido con porosità fino al 99%: gel di silice essiccato tramite essiccazione supercritica, che rimuove il liquido senza far collassare la struttura porosa nanometrica. Il risultato ha una conducibilità termica record — 0,013-0,015 W/(m·K), inferiore all'aria ferma stessa grazie all'effetto Knudsen sui pori nanometrici — e una densità tipica di circa 150 kg/m³ per i feltri isolanti commerciali (Spaceloft di Aspen Aerogel è il riferimento di mercato). Un feltro di appena 10 mm di aerogel equivale, in resistenza termica, a 40-50 mm di lana minerale: la ragione per cui è il materiale d'elezione nel retrofit energetico di edifici storici vincolati, dove lo spessore disponibile è il vincolo più stringente. Esistono anche granuli di aerogel traslucido inseriti in pannelli di policarbonato cellulare (sistemi Kalwall) per lucernari e facciate che devono isolare e insieme diffondere luce naturale.

Materiali a cambiamento di fase (PCM)

I Phase Change Materials immagazzinano ed rilasciano calore latente attraverso un cambiamento di stato (solido-liquido) a temperatura controllata, tipicamente paraffine o sali idrati microincapsulati in gusci polimerici da pochi micron e integrati in lastre di cartongesso o controsoffitti (prodotti come Micronal di BASF o Energain di DuPont). Il punto di fusione è calibrabile tra 18°C e 28°C in fase di produzione; il calore latente immagazzinato è dell'ordine di 100-200 kJ/kg. In un edificio leggero a bassa massa termica (struttura in legno o acciaio, che normalmente non ha l'inerzia del calcestruzzo per smorzare le escursioni termiche giornaliere), un pannello PCM introduce una massa termica "chimica" che fonde assorbendo il calore diurno in eccesso e solidifica rilasciandolo di notte, riducendo i picchi di temperatura interna senza aggiungere peso strutturale.

Biomattoni a crescita batterica

BioMASON (fondata nel 2012 da Ginger Krieg Dosier, Carolina del Nord) produce mattoni facendo precipitare carbonato di calcio tra i grani di sabbia attraverso un batterio, Sporosarcina pasteurii, capace di indurre la precipitazione minerale (MICP, Microbially Induced Calcite Precipitation) a temperatura ambiente in pochi giorni, invece della cottura a circa 1.000°C richiesta da un laterizio tradizionale. Il risparmio energetico ed emissivo rispetto al mattone cotto è dell'ordine del 90%, perché si elimina l'intero processo di cottura in forno — la fase più energivora della produzione del laterizio convenzionale. Il prodotto commerciale (pavimentazioni Biolith) è oggi realtà industriale su piccola scala in un impianto in Carolina del Nord, non ancora a scala paragonabile alla produzione laterizia mondiale.

Stampa 3D in terra cruda

La stampante Crane WASP (azienda italiana WASP, Massa Lombarda) ha realizzato nel 2018 il progetto Gaia, una casa monopiano stampata in terra cruda mescolata a paglia di riso e lolla, materiali reperiti entro un raggio di un chilometro dal cantiere, con un costo dei materiali dichiarato sotto i 1.000 euro. Nel 2021 lo stesso sistema, in collaborazione con lo studio di Mario Cucinella, ha prodotto TECLA, un'abitazione interamente stampata in terra cruda del sito stesso vicino Ravenna, con circa 200 ore di stampa. A differenza del calcestruzzo stampato in 3D (trattato nel capitolo sul calcestruzzo), qui il materiale non è un legante industriale ma il suolo locale stesso — la logica costruttiva più vicina possibile a un'economia circolare a chilometro zero.

Durabilità e comportamento nel tempo: il vero tallone d'Achille

Il limite comune a quasi tutta questa famiglia di materiali non è la prestazione in laboratorio — spesso già solida — ma i dati di durabilità a lungo termine, semplicemente perché la maggior parte non esiste da abbastanza tempo per generarli. Il micelio non trattato è sensibile all'umidità prolungata e richiede protezione o geometrie che allontanino l'acqua; il comportamento al fuoco dei biocompositi va valutato caso per caso, senza le classificazioni consolidate disponibili per legno o laterizio. Il calcestruzzo autoriparante e i biomattoni MICP, essendo di fatto minerali, condividono in larga parte la durabilità dei materiali cementizi o lapidei tradizionali — la loro innovazione è nel processo, non nella chimica finale del prodotto. L'aerogel di silice, essendo inerte e inorganico, ha una durabilità intrinsecamente alta ma un costo di produzione (essiccazione supercritica) ancora elevato rispetto agli isolanti tradizionali. In generale, un progettista che sceglie uno di questi materiali oggi lo fa spesso in un'applicazione a rischio contenuto e reversibile — un padiglione temporaneo, un pannello non strutturale, un rivestimento — non ancora nella struttura primaria di un edificio destinato a durare cinquant'anni.

Usi reali: dai primi prototipi ai cantieri pilota

2013 — BIQ House, Amburgo: il primo edificio residenziale al mondo con facciata bioreattore ad alghe in funzione, sviluppato da Arup insieme a SSC e Colt International per l'esposizione internazionale IBA Hamburg. Dimostra su scala reale, non solo di laboratorio, che un involucro può produrre biomassa energetica mentre ombreggia l'edificio.

2014 — Hy-Fi, MoMA PS1, New York: lo studio The Living (David Benjamin), vincitore del programma Young Architects Program del MoMA, costruisce una torre di circa 12 metri con mattoni di micelio Ecovative, capitello riflettente in pellicola specchiata per convogliare luce nella struttura. A fine estate la torre viene smontata e compostata: nessun rifiuto residuo, ciclo chiuso completo. È il caso studio dell'approfondimento dedicato in fondo alla pagina.

2015-oggi — Sperimentazioni di calcestruzzo autoriparante nei Paesi Bassi: dopo la ricerca di base alla TU Delft, pannelli e piste ciclabili sperimentali con calcestruzzo bio-based sono stati posati in diversi comuni olandesi come banco di prova in condizioni reali, non di laboratorio, per misurare l'efficacia di auto-sigillatura nel tempo.

2018 e 2021 — Gaia e TECLA, WASP, Italia: due generazioni della stessa tecnologia di stampa 3D in terra cruda, la seconda (TECLA, con Mario Cucinella Architects) portata a un livello di finitura e abitabilità sensibilmente superiore alla prima, a distanza di soli tre anni — indicatore della rapidità con cui questa famiglia di tecnologie sta maturando.

Numeri di riferimento per il progetto

Ricerca e frontiera contemporanea

La direzione più probabile dei prossimi dieci anni non è la sostituzione integrale dei materiali convenzionali, ma l'ibridazione mirata: micelio e aerogel nei pacchetti di isolamento dove le prestazioni termiche giustificano il costo premium; calcestruzzo autoriparante nelle infrastrutture con costi di manutenzione altissimi (gallerie, ponti, opere marittime) dove il risparmio sulla manutenzione nel ciclo di vita compensa il sovrapprezzo iniziale; stampa 3D in terra cruda per l'edilizia d'emergenza e a basso costo in aree con accesso limitato a cemento e acciaio. Il collo di bottiglia non è quasi mai la scienza dei materiali, già solida per molte di queste tecnologie, ma la standardizzazione normativa e la scala industriale — gli stessi due fattori che hanno impiegato un secolo a maturare per il cemento armato, e che qui si sta cercando di comprimere in una manciata di decenni.