Energia del futuro: Enel Green Power e l’Università di Napoli Federico II per la prima volta in Italia usano la stampa 3D per realizzare strutture in calcestruzzo in zona sismica

Si chiama additive manufacturing, ma è più conosciuto con il nome di stampa 3D: è un processo di produzione a strati - che aggiunge letteralmente uno strato sopra l'altro - con il quale è ormai possibile costruire qualsiasi tipo di oggetto, compreso un intero edificio, partendo da un modello concepito e progettato al computer. Ed è esattamente così che queste strutture sono state realizzate e installate in un’area della centrale elettrica di Montalto di Castro, a servizio delle batterie di accumulo (BESS) – contenute in una distesa di container - destinate allo stoccaggio del surplus di energia elettrica prodotta dall’impianto dell’alto Lazio, al confine con la Toscana. Una piccola struttura, di circa 15 metri quadrati, e due elementi di fondazione che supportano attrezzature elettriche, manufatti di dimensioni ridotte che vantano però diversi e importanti record: i primi di questo tipo in Italia di carattere non temporaneo; i primi dedicati alla produzione di energia in Italia (e tra i primi al mondo); i primi per i quali si è acquisita la necessaria autorizzazione dal Genio Civile, competente per costruzioni in zona sismica; i primi a combinare tecniche convenzionali di prefabbricazione del calcestruzzo (per l’edificio il tetto è stato realizzato a parte, con un sistema tradizionale, così come le sue fondazioni) e tecnologia di stampa 3D. Il lavoro preciso del robot e dei tecnici Basta un’occhiata per capire che queste strutture sono completamente diverse da quelle circostanti. Le pareti del “locale tecnico dell'ufficio quadri della sottostazione elettrica” e le “fondazioni di un trasformatore di misura di corrente e di uno scaricatore di sovratensione” - queste le definizioni esatte - mostrano infatti tantissimi solchi orizzontali: sono gli strati di calcestruzzo depositati uno sopra all’altro. Sulle tre pareti a vista dell’edificio, emerge la scritta “Enel Green Power”, come in un bassorilievo. Per capire come sono state fabbricate queste costruzioni, bisogna spostarsi di poche centinaia di chilometri a sud. Precisamente nell’area industriale di Volla, nell’hinterland partenopeo: qui, infatti, grazie alla collaborazione con l'Università degli Studi di Napoli Federico II e con lo spinoff Etesias - nato proprio nell’ambito dell’ateneo napoletano - sono state realizzate e installate a febbraio le due fondazioni, mentre tra aprile e maggio le pareti sono state stampate e poi assemblate a Montalto da una squadra di operai, come una specie di enorme Lego. Un braccio robotico ha fabbricato i due plinti di fondazione, 11 pareti e 10 altri componenti (le casseforme a perdere per i cordoli di sommità delle pareti) attraverso la deposizione di un filamento continuo di materiale stampabile in 3D lungo chilometri, seguendo un modello digitale e un percorso progettato in precedenza grazie a software specializzati. La procedura di realizzazione, a vederla, è semplice e quasi ipnotica. Il braccio robotico, seguendo un percorso prestabilito, permette di depositare in maniera continua il materiale cementizio “i.tech 3D” prodotto da Heidelberg Materials (il brand che in Italia ha raccolto l’eredità di Italcementi), e appositamente sviluppato per le applicazioni di stampa 3D in calcestruzzo. Il processo è quasi completamente automatizzato, e richiede da parte della squadra di tecnici solo la verifica della qualità del materiale miscelato e pompato e il controllo dei parametri di stampa, come la velocità di estrusione del filamento o la geometria di ogni singolo blocco. Per avere un’idea di come funziona praticamente la produzione a strati, ecco alcuni numeri: il robot ha depositato un filamento di circa 2,5 chilometri di materiale, strato dopo strato per realizzare un blocco di parete di circa 3 metri di altezza per 1,5 metri di larghezza; pressappoco la stessa lunghezza è stata depositata per ciascun plinto a forma di tronco, con pianta di 1,40 per 1,40 metri e di circa un metro di altezza, “e che sembra una radice di un albero piuttosto che un’opera realizzata dall’uomo con avanzati e moderni modelli di calcolo numerico”, sottolinea Alessandro Micchia, responsabile globale della Design Unit Civile e Meccanica di Enel Green Power. Una volta terminato, ogni blocco è stato lasciato a indurire e ad asciugare. Poi, alla fine, tutti i pezzi stampati che compongono l’edificio - tranne appunto il tetto, realizzato successivamente in cantiere – insieme alle fondazioni delle attrezzature elettriche, sono stati trasportati a Montalto per l’installazione e l’assemblaggio. Due anni di lavoro e tante sfide Ora però, occorre fare un salto indietro nel tempo. Perché questo progetto è il risultato di un'intensa collaborazione iniziata due anni fa tra l’Ingegneria di Enel Green Power e l'Università napoletana, e ha comportato lo sviluppo di una teoria di calcolo rivoluzionaria per il calcolo strutturale di questi elementi realizzati con la stampa 3D, che è stata testata prima in laboratorio, poi approfondita con simulazioni numeriche ed infine ulteriormente testata in cantiere. Il risultato è poi stato sottoposto all'approvazione del Genio Civile e condivisa con il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici e, dopo un intenso scambio tra le due istituzioni ed EGP, il via libera è arrivato l'11 gennaio scorso. "Questo evento storico, e tecnicamente straordinario, rappresenta il risultato di due anni di studio e di duro lavoro”, racconta Vittorio Capozzi progettista delle strutture in stampa 3D di Montalto di Castro per Enel Green Power, nonché responsabile tecnico-scientifico del progetto di ricerca sulla stampa 3D per Enel. “Aver progettato con una innovativa teoria di calcolo strutturale e poi ottenuto, attraverso un complesso iter autorizzativo pubblico, la prima autorizzazione sismica per la costruzione di queste opere uniche e avveniristiche, che entreranno nei futuri testi universitari di Ingegneria e Architettura, dà l'idea dell'eccezionalità del risultato raggiunto dal team di progetto”. Un progetto che è stato ricco di sfide, come spiega Costantino Menna, professore associato di Tecnica delle Costruzioni dell’Università di Napoli Federico II, “in particolar modo per quello che riguarda il controllo del processo di stampa e la determinazione delle proprietà fisiche e meccaniche dei materiali utilizzati. Una delle principali difficoltà è stata la capacità di produrre, in modo consistente e in continuo, elementi alti fino a tre metri, come nel caso delle pareti dell’edificio. Questo ha richiesto un controllo preciso del processo di stampa per garantire stabilità allo stato fresco e, allo stesso tempo, integrità strutturale allo stato indurito”. “Una tecnica che apre ad una grande possibilità, quella di gestire agevolmente forme complesse”, aggiunge Domenico Asprone, professore ordinario di Tecnica delle Costruzioni dell’Università di Napoli Federico II, “difficilmente realizzabili con le tecniche convenzionali; e questa possibilità consente di conferire ai manufatti performance funzionali uniche”. Tutti i vantaggi dell’edilizia 3D Le strutture di Montalto non sono soltanto la prova di un importante lavoro di squadra, di una forte capacità e passione, dell’eccellenza della ricerca: rappresentano anche l’apripista di un nuovo modo di costruire, sia per il nostro Gruppo che per il settore dell’energia e più in generale per quello industriale. Il calcestruzzo stampabile attualmente è più costoso di quello tradizionale, ma il processo di costruzione è ben più rapido: parliamo di un risparmio di tempo di almeno il 50%. E nel mercato dell’energia, e in particolare dell’energia rinnovabile, essere veloci significa essere più competitivi. Prima di tutto, si elimina l’uso della cassaforma (la struttura temporanea usata nelle tecniche convenzionali per contenere il calcestruzzo fino alla sua solidificazione) e il tempo di indurimento del materiale cementizio utilizzato è minore del calcestruzzo tradizionale. Poi, si può fare anche a meno del trasporto, se si stampa in 3D direttamente in cantiere. Questo sistema richiede anche una minore quantità di materiale (fino a circa il 50% in meno), perché la stampa 3D ottimizza la distribuzione del calcestruzzo rispetto alle tecnologie tradizionali (che prevedono il calcestruzzo liquido colato in una sorta di stampi) e riduce i rifiuti. Diminuendo le quantità di materiale, si ha anche un minore impatto ambientale in termini di CO2 prodotta. È un dato significativo, poiché si ritiene che il calcestruzzo sia responsabile di una percentuale compresa tra il 4 e l'8% delle emissioni totali di anidride carbonica, il principale gas a effetto serra, a livello globale. Se lo scopo principale dell'energia rinnovabile è quello di ridurre queste emissioni, l'infrastruttura per produrla deve avere il minor impatto ambientale possibile. Gli altri vantaggi di questa tecnologia costruttiva riguardano poi la sua adattabilità in termini di esigenze specifiche e migliori prestazioni meccaniche. Poi la stampa 3D, “grazie all’alto grado di digitalizzazione, consente di aumentare la sicurezza in cantiere e di costruire strutture con forme complesse e dettagli personalizzati che sarebbero difficili o impossibili da realizzare con metodi tradizionali”, aggiunge l’ingegner Martina Palomba, del gruppo di ricercatori sul 3D Printing di Heidelberg Materials. Prossimi sviluppi Intanto, Enel ha anche ottenuto una sovvenzione dal Centro di Competenza ARTES4.0 grazie al Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR) per l'industrializzazione della costruzione di elementi strutturali con la stampa 3D del calcestruzzo, le cosiddette 3DCP (3D Concrete Printing). Il progetto, della durata di 12 mesi, denominato OM3GA (ecOManufactured 3d printinG foundAtions) si svolge in collaborazione con WASP, leader italiano nella costruzione di macchine per la stampa 3D; con Materias, azienda specializzata su materiali e tecnologie avanzate, e con il Sustainability Management Lab della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa. L’obiettivo è quello di realizzare diverse fondazioni per apparecchiature di sottostazione, stampate in 3D con una fabbrica temporanea mobile: insomma, il seguito naturale del successo di Montalto. Le opere civili di Montalto di Castro non rappresentano solo un traguardo per il nostro Gruppo, ma possono segnare davvero l'inizio di una nuova era nell'edilizia industriale e nell'energia sostenibile. Grazie alla stampa 3D e allo sviluppo di materiali stampabili ancora più green (per esempio a partire da materiali riciclati), possiamo costruire in modo più rapido, efficiente, sicuro e rispettoso dell'ambiente. Questo progetto testimonia dunque la capacità di innovazione e la visione del Gruppo Enel, promuovendo un futuro più sostenibile e tecnologicamente avanzato.

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