Life

Il progetto ha avuto inizio, come previsto, il giorno 1 Agosto 2014 e si è concluso, come previsto, il 31 gennaio 2017.
I primi mesi di progetto sono stati dedicati alla definizione degli aspetti gestionali e di monitoraggio del progetto stesso. È stato identificato il processo gerarchico per l’attribuzione delle responsabilità e la definizione delle decisioni, creando uno Steering Comittee ed un Team di Monitoraggio che hanno seguito il progetto durante tutto il suo iter al fine di evitare sprechi di tempo e ritardi, nonché di identificare e superare velocemente tutte le problematiche che necessariamente sono insorte.
L’Azione B.1 ha avuto inizio regolarmente secondo le tempistiche programmate e già nelle fasi iniziali del progetto sono state identificate le fonti di materie prime e seconde ed in particolare: polveri di silicio derivanti da polveri metallurgiche, materiali vetrosi, ceramiche vetrose o ceramiche contaminate, calce dai filtri ed altri agenti schiumosi. Diversi fornitori sono stati identificati, minimizzando l’area di prossimità ai proponenti al fine di contenere le emissioni inquinanti connesse al trasporto.
Una lunga serie di test ha permesso l’identificazione di una miscela vetrosa di base, fondente a bassa temperatura (850°C), e tre tipologie di agenti per la creazione delle porosità: carburo di silicio, calcio carbonato e sale. I primi due sono agenti espandenti che vengono attivati dalla temperatura, il terzo invece è inserito nell’impasto e non subisce variazioni in cottura ma lascia la porosità una volta rimosso attraverso un bagno d’acqua calda.
Azioni B.2 e B.3
Le materie prime identificate sono state poi utilizzate per le conseguenti prove di preparazione: la miscela infatti deve essere macinata ad umido per poter assumere la granulometria idonea alla formazione degli elementi mediante pressatura uni assiale, quindi necessita di atomizzazione prima di poter essere maneggiata sotto forma di polvere. Questa fase è stata svolta mediante la collaborazione con aziende esterne al partenariato.
Una volta ottenuta la polvere, se ne sono studiate le proprietà abrasive per poter prevedere il comportamento degli stampi tradizionali ed incrementarne la resistenza all’abrasione.
La fase di pressatura, ancorché sperimentata mediante l’utilizzo di una pressa tradizionale uni assiale, è stata oggetto di messa a punto per quanto ha riguardato la pressione di esercizio: il mix di nuove materie prime presenta una plasticità radicalmente diversa rispetto ai prodotti ceramici tradizionali e quindi ha un comportamento nettamente diverso, contenendo bassissime quantità di argille.
Si sono quindi ottenuti e perfettamente replicati prodotti in verde che sono poi stati sottoposti a test di decorazione superficiale con diverse tecniche: smaltatura a rulli, a campana, ad aerografo, stampa digitale.
Parallelamente sono continuate le prove di cottura dei campioni mediante forno di laboratorio e successivamente sono stati svolti test preindustriali. Le prove di sinterizzazioni effettuate con un forno a rulli di piccole dimensioni hanno permesso di meglio monitorare il processo e gli ottimi risultati hanno poi consentito di svolgere tali prove nel forno di produzione.
Le azioni si sono concluse con l’ottenimento di campioni contenenti l’88,1% di materiale di scarto cotti a 800°C per i campioni pressati e 850°C per i campioni non pressati, una densità apparente compresa tra 0.4 and 1.2 g/cm3, una thermal conductivity between 0.16 and 0.21 W / m K ed una compression strength of at least 2.7 MPa.
Azione B.4
Parallelamente sono continuate le prove di cottura dei campioni mediante forno di laboratorio e siamo ora nelle condizioni di cominciare i test preindustriali. Inizieremo le sinterizzazioni con un forno a rulli di piccole dimensioni per poter monitorare meglio il processo per poi passare successivamente nel forno di produzione.
Il processo di riciclaggio è stato svolto su campioni non pressati. Innanzitutto i campioni sono stati sottoposti a fresatura a secco in laboratorio al fine di riutilizzare la polvere ottenuta nelle formulazioni.
Attraverso un piano sperimentale, che considerava tutte le variabili possibili (tempo di fresatura, % di peso dei rifiuti all’interno della formulazione e temperatura isotermica), si è potuto valutare il contenuto massimo riciclabile all’interno della miscela.
Si è quindi proceduto a definire le procedure di fine vita dei nuovi prodotti svolgendo le opportune prove che hanno alla fine portato all’identificazione della migliore procedura. Le prove successive hanno permesso la caratterizzazione dei prodotti ottenuti attraverso il recycling the re-milled new materials.
La realizzazione di campioni derivanti da materiali riciclati ha avuto successo. I campioni riciclati possono essere utilizzati in formulazioni per creare ceramiche a bassa temperatura caratterizzate da bassa porosità e alta densità apparente.
Azione B.5
Tecnicamente il progetto si è concluso con la redazione dell’LCA e del bilancio massa energia che hanno confermato.
Lo studio LCA semplificato ha permesso la quantificazione degli impatti associati alle categorie analizzate e l'individuazione dei contributi più impattanti delle catene di distribuzione del prodotto LIFE.
I risultati calcolati utilizzando il metodo ReCipe 2008 evidenziano che i principali contributori sono associati alla fase di fabbricazione, cioè per la categoria Cambiamenti climatici l'approvvigionamento energetico dell'impianto è pari a ca. il 34% dell'impatto dovuto al calore e il 18% dovuto all'elettricità. Circa il 33% è dovuto alle emissioni rilasciate durante il processo di cottura. È stato inoltre effettuato un confronto con lo stato dell'arte e ha rivelato che il prodotto Life presenta impatti significativamente inferiori rispetto al materiale utilizzato per il confronto.

Il progetto è iniziato il 01/10/2016 ed è regolarmente terminato il 30/09/2019.
Le prime attività tecniche hanno riguardato l’identificazione di diversi elementi adatti a creare il giusto mix di materie prime seconde, la maggior parte delle quali ottenute da scarti riciclati, al fine di ottenere una composizione che potesse essere agevolmente lavorata “in verde” (ovvero prima della fase di sinterizzazione del manufatto), in modo ecologico ed in modo da essere “tollerante” alla variabilità di tali materiali in termini di polveri riciclate e/o lastre riutilizzate (previa nuova macinazione). Dopo adeguata caratterizzazione, tutti i materiali di scarto selezionati sono stati introdotti in molteplici formulazioni ceramiche aventi ognuna ruoli, usi e funzioni specifiche, tenendo anche in considerazione durante la “progettazione “ della miscela, le dimensioni dei lotti di produzione, i costi dei trasporti delle materie prime e seconde, la necessità di avere una composizione chimica pressoché costante, il tutto per ottenere i mix più efficienti dal punto di vista ambientale. Tutto questo è avvenuto nei laboratori aziendali, partendo dalla realizzazione dei classici “bottoni”, ovvero piccole piastrelle di forma rotonda ottenute con presse da laboratorio e sinterizzate in forno statico elettrico di piccole dimensioni.
Ripetute sessioni di sperimentazione hanno permesso di ottimizzare questi mix e di ipotizzare parametri di produzione da verificare successivamente su dimensione adeguata.
Ha fatto seguito l’ottimizzazione di tali miscele (materie prime vergini e materiali riciclati) e dei relativi parametri di processo che ci ha consentito di ottenere prodotti ceramici con almeno il 40% in peso di materiali di seconda vita, adatti alla pressatura a nastro e alle lavorazioni verdi.
Le particelle ottenute post atomizzazione hanno corretta forma sferica; il composto esce correttamente con contenuto massimo di umidità del 6% mediante processo di essiccamento “a spruzzo”, presenta buona scorrevolezza (indispensabile in fase di compattazione), caratteristiche paragonabili alle polveri di materie prime vergini utilizzate oggi per la produzione di gres porcellanato.
Sono stati realizzati prototipi di tre prodotti diversi per densità, coefficiente di dilatazione termica, colore e proprietà meccaniche. Tutte le tipologie sono state create tenendo a paragone la composizione tradizionale del gres porcellanato: questo ha permesso di rendere i nuovi prodotti assolutamente comparabili, per caratteristiche meccaniche, con i gemelli tradizionali. Questo permetterà una più rapida fase di industrializzazione ed un lancio commerciale più immediato.
Tra la ricerca dei materiali e le sperimentazioni sui prodotti, vi è stata una intensa fase di messa a punto dei processi di preparazione delle polveri, propedeutica a tutti i successivi passaggi di progetto, fino alla sua conclusione. Le miscele identificate, pertanto, sono state sottoposte a trattamento convenzionale di atomizzazione, eseguito da terzi fornitori, che hanno trattato le polveri secondo le specifiche previste. Il materiale derivante da riciclo è stato macinato e addizionato con argilla, feldspati, sabbia di quarzo e talco, ottenendo campioni con alta densità e basso assorbimento d'acqua, come richiesto dai protocolli di controllo del gres porcellanato, nell’impianto che normalmente viene utilizzato per la produzione.
Una volta terminata la fase di preparazione preliminare delle materie prime, è stata avviata quella riguardante le modifiche agli impianti.
È stato realizzato l’impianto per lo stoccaggio ed il trasporto dello spray atomizzato (caratterizzato da un tasso di umidità di circa il 5/6%), costituito da silos di stoccaggio, tramogge di movimentazione, setacci che eliminano eventuali impurità, e dosatori, ad inizio linea.
È stato messo a punto il processo di compattazione (pressatura a nastro) e realizzato il sistema di caricamento delle polveri e quello della lavorazione "in verde" (taglio a misura in crudo, ovvero prima della cottura). La pressatura avviene mediante l’impianto SACMI a nastro già presente nello stabilimento Fondovalle (Continua+) dove viene realizzato un “tappeto” continuo di spessore compreso tra 5 e 25 mm abbastanza resistente da essere sottoposto alle successive lavorazioni in "verde". A monte è stato aggiunto un innovativo sistema di caricamento di materie prime e pigmenti in grado di decorare a secco ed in massa il prodotto: ciò significa che la nuova piastrella sarà decorata in tutto il suo spessore (come per i prodotti naturali), potendo quindi essere più volte levigata post posa od installata con decoro a vista su tutti i lati (anche quelli verticali); inoltre, l’utilizzo di questa tecnologia consente di evitare la decorazione in digitale, superando tutte le problematiche che essa comporta. A valle del nastro pressatore è stato realizzato un sistema di taglio a crudo che riduce a misura i prodotti prima della cottura, eliminando l’utilizzo di acqua e mole abrasive ed evitando la formazione di fanghi propria degli impianti tradizionali: a fine processo sarà necessaria solo una leggera squadratura. L’utilizzo di un nastro particolare ha permesso di ottenere in pressa una superficie sufficientemente liscia da evitare la lappatura nei prodotti matt (evitando parimenti sprechi di acqua ed abrasivo e la formazione di fanghi). Per l’ottenimento dell’effetto a specchio sarà necessaria solo la lucidatura. Questo ha consentito di evitare l’introduzione della stazione di trattamento superficiale a crudo ipotizzata all’inizio del progetto.
Sono stati realizzati i sistemi di aspirazione delle polveri delle operazioni di taglio a secco e il sistema di recupero degli sfridi di compattato post rifinitura. È stato realizzato un sistema di aspirazione polveri in grado di riciclare tutti i residui particellari presenti nello stabilimento, convogliandoli nel sistema di recupero delle materie prime.
E’ stata identificata la giusta curva di essicazione per ogni prodotto e le relative curve di cottura: l’umidità dopo pressatura è pari al 5/6% e deve essere portata all’1%, pena problemi di rotture in fase di sinterizzazione per evaporazione istantanea dell’acqua contenuta nel corpo della piastrella.
Sono stati prodotti diversi campioni di prodotto che, anche dal punto di vista commerciale, hanno avuto riscontri molto positivi.
I campioni sono stati sottoposti alle lavorazioni post cottura per verificare le potenzialità dei prodotti: essi sono stati sottoposti a leggera squadratura e lucidatura con effetti analoghi ai prodotti tradizionali.
È stato adattato il sistema di packaging a ridotto consumo di risorse per i prodotti a minori dimensioni.
Per le lastre tal quali, invece, abbiamo realizzato ad hoc un impianto molto innovativo in grado di movimentarle con sistemi antropomorfi e stoccarle su una superficie ridotta del 90% rispetto ai sistemi tradizionali. Abbiamo infine modificato il sistema di trasporto, da casse a cavalletti riutilizzabili: tutto questo ci ha consentito di ridurre notevolmente gli scarti dovuti a rotture e rischi durante il trasporto. Inoltre, i cavalletti sono stati studiati in modo da poter esserci rispediti per un riutilizzo prolungato, tutto ciò a vantaggio della sostenibilità ambientale ed economica.
Infine, a coronamento di tutto questo lavoro, sono state realizzate prove semi industriali di tutti gli apparati, realizzando contemporaneamente campioni necessari alla commercializzazione e misure che hanno permesso di elaborare lo studio di LCA che ha messo in evidenza le potenzialità ambientali del progetto.
I vantaggi ottenuti e confermati dallo studio di LCA sono:
• Riciclaggio di tutti i rifiuti solidi e liquidi prodotti e pertanto nessuna emissione all’esterno. Questo corrisponde a una riduzione di 0.9 kg/m2 di fango da taglio e levigatura su base secca che oggi viene conferita a discarica e circa 2.5 kg/m2 di rifiuti cotti (rotti durante il taglio di lastre difettose).
• Nessun utilizzo di acqua per operazioni di taglio e finitura in quanto ora realizzate a secco. Il risparmio è di circa 1,57 m3 di acqua per m2 di prodotto. Il risultato atteso era di 0.8.
• Minor consumo di energia: -32% (circa 60 kWh/m2) calcolato sull’intero ciclo produttivo (50% considerando solamente il taglio e la finitura superficiale)
• Utilizzo di materiali di riciclo nell’impasto, fino a un massimo del 40% in peso.
• Completa riciclabilità dei prodotti finiti.
• Completa riciclabilità delle polveri prodotte durante le lavorazioni a secco, reinserite tal quali nel processo.
• Produttività delle operazioni di taglio e finiture superficiali incrementata del 28%. Il miglioramento delle prestazioni è dovuto alla minor resistenza del materiale crudo e dall’eliminazione di una parte dei trattamenti superficiali.
• Forte riduzione dei costi derivanti dalle operazioni di packaging, di stoccaggio e di movimentazione delle lastre.
• Riduzione delle emissioni di CO2 nella misura di 24 kg/m2.