Quali sono gli impatti ambientali della costruzione di strutture in acciaio per ponti

Carbonio incorporato e intensità energetica nella produzione di acciaio per ponti

Impronta di carbonio dell'acciaio strutturale, dei cavi di ancoraggio e delle leghe ad alta resistenza

L'acciaio è praticamente la spina dorsale della costruzione di ponti, anche se l'impatto inquinante derivante dai diversi materiali può variare notevolmente. L'acciaio strutturale tradizionale produce circa 1,8–2,3 tonnellate metriche di CO₂ per ogni tonnellata prodotta, equivalente a percorrere circa 8.000 chilometri con un'automobile convenzionale, secondo una ricerca dell'organizzazione Global Efficiency Intelligence pubblicata lo scorso anno. I cavi di ancoraggio utilizzati in molti ponti rappresentano invece un caso a sé. Realizzati con leghe speciali ad alta resistenza, richiedono processi termici intensivi che ne aumentano l’impronta carbonica del 40–60% rispetto ai normali profilati d’acciaio. Sebbene questi materiali avanzati consentano agli ingegneri di realizzare campate più lunghe, comportano un costo aggiuntivo: i produttori devono infatti mantenere controlli di qualità rigorosi durante la produzione e adottare ulteriori passaggi operativi, tutti fattori che accrescono l’impatto ambientale complessivo. La scelta del tipo di acciaio da impiegare in un determinato progetto definisce quindi fin dalle prime fasi — ben prima dell’inizio dei lavori in cantiere — quanto sostenibile sarà l’intera struttura.

Ruolo del altoforno rispetto al forno elettrico ad arco nelle emissioni di acciaio per ponti

La maggior parte dell'acciaio primario è ancora prodotta nei altiforni, ma queste operazioni tradizionali emettono circa il 70% in più di emissioni rispetto ai forni elettrici ad arco. Gli altiforni funzionano bruciando carbone nelle coke-oven a temperature superiori ai 1.200 gradi Celsius, generando circa 2,2 tonnellate di anidride carbonica per ogni tonnellata di acciaio greggio prodotta. I forni elettrici ad arco adottano invece un approccio completamente diverso: fondono rottami metallici riciclati utilizzando energia elettrica. Quando questi impianti sono alimentati da fonti rinnovabili, le emissioni si riducono del 50–75%. Gli ingegneri strutturali spesso preferiscono l'acciaio prodotto negli altiforni per componenti strutturali critici a causa degli standard di purezza richiesti, ma le nuove tecniche basate sui forni elettrici ad arco, combinate con il ferro direttamente ridotto, stanno raggiungendo le stesse specifiche ASTM A709 pur producendo meno emissioni. Attualmente stiamo assistendo a una transizione industriale in corso, grazie alla quale i produttori possono ridurre il proprio impatto ambientale senza rinunciare a requisiti di qualità o resistenza.

Impatti della costruzione in loco: attrezzature, logistica e perturbazione degli ambienti fluviali

Gru, chiatte e cassoni di impermeabilizzazione alimentati a diesel: consumo di carburante ed effetti sugli habitat acquatici

Durante i progetti di costruzione di ponti, macchinari pesanti come gru cingolate e battipali consumano grandi quantità di gasolio. Secondo dati dell’EPA del 2023, alcune gru consumano effettivamente da 50 a 75 galloni al giorno, il che significa che immettono nell’atmosfera notevoli quantità di anidride carbonica e ossidi di azoto. Esaminando i dati del Corpo degli Ingegneri dell’Esercito statunitense, si osserva che le emissioni mensili di ossidi di azoto derivanti dai cantieri fluviali variano tra 15 e 30 tonnellate. Vi è poi l’intero impatto ambientale che va oltre l’inquinamento atmosferico. Quando le chiatte si muovono e vengono installati i cassoni d’impermeabilizzazione (cofferdam), queste attività creano problemi per gli ecosistemi acquatici: i sedimenti vengono sollevati, rendendo più difficile per le piante sottomarine ricevere luce solare; il rumore dei lavori interferisce con la riproduzione dei pesci; e l’erosione delle sponde fluviali modifica gli habitat di piccoli organismi. Una ricerca condotta nel 2022 sui lavori di costruzione di un ponte lungo il fiume Ohio ha rilevato che le comunità di organismi bentonici sono diminuite temporaneamente di circa il 12 per cento nelle aree interessate attivamente dai lavori.

Emissioni derivanti dal trasporto di componenti prefabbricati per ponti e dall’accesso al cantiere

Il trasporto di queste grandi travi in acciaio prefabbricate rappresenta circa il 60% di tutte le emissioni di portata 3 nei progetti di costruzione secondo la FHWA. Ci sono diversi fattori che hanno un impatto reale su questi numeri. Prima c'e' la distanza. Quando si muove una trave da 100 tonnellate per 200 miglia, si rischia di produrre circa 1,8 tonnellate di emissioni di CO2. Poi c'è l'età della flotta. I veicoli più vecchi tendono a emettere circa il 35% in più di particolato rispetto ai nuovi modelli Euro VI. E non dimenticare cosa succede sul cantiere stesso. Quei camion di miscelazione del cemento inattivo rappresentano in realtà il 20% di tutte le emissioni mobili proprio lì sul sito. Osservando modi per ottimizzare il modo in cui i materiali arrivano dal punto A al punto B, si possono ridurre le emissioni fino al 18%, secondo una ricerca del NCHRP nel 2023. Il passaggio al trasporto ferroviario anziché su strada è particolarmente utile quando le distanze di trasporto superano le 80 miglia, riducendo il consumo di carburante di quasi due terzi.

Confronto di valutazione del ciclo di vita: ponti in acciaio rispetto ad alternative

Fasi della valutazione del ciclo di vita applicate alle infrastrutture per ponti: estrazione delle materie prime fino alla fine del ciclo di vita

Le valutazioni del ciclo di vita (LCA) misurano essenzialmente l’impatto ambientale di diversi tipi di ponte in ogni fase della loro esistenza. Immaginiamolo così: partiamo dall’estrazione delle materie prime, come il minerale di ferro e le ghiaie da cava, proseguiamo con i processi di produzione, il trasporto di tutti i materiali, la costruzione effettiva del ponte, il suo utilizzo per decenni, e infine la sua demolizione una volta giunto al termine della sua funzionalità. I ponti in acciaio presentano però un vantaggio: una volta raggiunta la fine del loro ciclo di vita, la maggior parte dell’acciaio viene riciclata. Secondo l’associazione mondiale dell’acciaio, circa il 90% viene riutilizzato in qualche modo. E non dimentichiamo neppure la manutenzione: i ponti in acciaio tendono a superare ampiamente il loro previsto arco di vita di 100 anni, richiedendo pochissima manutenzione rispetto ad altre soluzioni disponibili.

Ponti in acciaio, calcestruzzo e legno massiccio: compromessi tra CO2, energia e durabilità

Secondo una ricerca di Niu e Fink del 2019, i ponti in acciaio tendono ad avere circa il 15-20% in meno di carbonio incorporato rispetto ai corrispondenti ponti in calcestruzzo armato, per ogni metro di campata. Per quanto riguarda i ponti in legno massiccio, la riduzione è ancora più significativa, con le emissioni di anidride carbonica che diminuiscono fino al 30%, poiché gli alberi assorbono naturalmente CO₂ durante la crescita. Tuttavia, esiste un limite per le strutture in legno: esse richiedono trattamenti chimici per garantirne la durata e, in generale, necessitano di interventi di riparazione o sostituzione più frequenti rispetto ad altri materiali, il che, in realtà, incrementa il loro impatto ambientale nel tempo. L’acciaio si distingue per la sua resistenza alla corrosione e per la maggiore capacità di resistere alle inondazioni, pertanto questi ponti non devono essere ricostruiti con la stessa frequenza. Inoltre, l’acciaio possiede un’eccellente resistenza specifica (rapporto tra resistenza e peso), che consente agli ingegneri di realizzare campate più lunghe, riducendo al contempo il disturbo agli habitat fluviali durante la fase di costruzione. Studi basati sull’analisi del ciclo di vita mostrano che i ponti in acciaio realizzati con un alto contenuto di materiale riciclato consumano, nel corso di 100 anni, la minore quantità di energia, tenendo conto di tutti gli interventi di manutenzione, della loro durata e del loro destino al termine della vita utile.

Strategie sostenibili di mitigazione per progetti di ponti a basso impatto

Ottimizzazione del progetto, fabbricazione modulare e riduzione dei rifiuti nella costruzione di ponti

Per quanto riguarda la progettazione dei ponti, l’ottimizzazione topologica può effettivamente ridurre il consumo di acciaio del 15-25 percento circa, mantenendo comunque intatta la sicurezza strutturale. Ciò comporta una riduzione complessiva del carbonio incorporato nel progetto. Inoltre, la costruzione modulare avviene anche fuori cantiere: le fabbriche offrono un controllo molto maggiore rispetto al lavoro all’aperto, consentendo ai produttori di applicare metodi snelli che riducono drasticamente le emissioni proprio alla fonte e accelerano notevolmente i tempi di realizzazione. Anche i componenti prefabbricati sono davvero straordinari: secondo i recenti grandi progetti infrastrutturali realizzati in varie regioni nel 2024, generano meno del cinque percento di scarti nei materiali d’acciaio. Ciò significa ovviamente un numero minore di trasporti sul sito, con macchine alimentate a diesel che non devono funzionare per tutto il giorno.

Circolarità: riutilizzo, riciclo e approvvigionamento di acciaio a basse emissioni di carbonio per i ponti del futuro

Quando l'acciaio strutturale viene recuperato, mantiene circa il 95% della resistenza originaria dopo essere stato adeguato. Ciò significa che gli ingegneri possono effettivamente rimuovere quei grandi travi da vecchi ponti ormai non più necessari e riutilizzarli altrove. I numeri migliorano ulteriormente considerando il processo di produzione dell'acciaio: i forni elettrici ad arco che utilizzano rottame metallico producono circa il 70% in meno di anidride carbonica rispetto ai tradizionali altiforni. Attualmente, gli standard di settore prevedono che almeno il 50% dei materiali impiegati per la realizzazione di nuovi ponti sia costituito da acciaio riciclato, un obiettivo supportato da progetti sperimentali in cui si sta testando l'uso di minerale di ferro ridotto con idrogeno. Esiste inoltre un altro aspetto: grazie a sistemi di tracciabilità adeguati durante tutto il ciclo di vita, la maggior parte dei ponti risulta riciclabile al 98% al termine della propria vita utile. Questo trasforma ciò che un tempo erano semplici elementi di infrastruttura inattivi in qualcosa di molto più prezioso nel tempo, creando di fatto enormi riserve di materiali da costruzione pronti per essere riutilizzati ogni volta che necessario.