Dry ice blasting technology, o criosabbiatura: quando la CO2 diventa una risorsa

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L’anidride carbonica (CO2) è additata come uno dei principali gas responsabili del cosiddetto “effetto serra”. E se la captassimo, come sottoprodotto derivato da numerosi processi industriali, e la sfruttassimo con profitto e in modo ecosostenibile? La tecnologia dry ice blasting –conosciuta come criosabbiatura, o anche sabbiatura criogenica– sfrutta le proprietà di questo gas allo stato solido per pulire diversi tipi di materiali interessati da patine contaminanti di varia natura. Vediamo il perché è preferibile alle tecniche tradizionali di lavaggio chimico o meccanico.

LA TECNOLOGIA

La criosabbiatura è una tecnologia relativamente nuova: dagli anni ottanta nel settore industriale sfrutta–in modo sinergico– i seguenti effetti:

Meccanico

I pellet di ghiaccio secco vengono accelerati nella corrente d’aria compressa e colpiscono a una velocità subsonica (300 metri al secondo) le incrostazioni che in tal modo vengono asportate dalla superficie del materiale da trattare.

Termico

A seguito della bassa temperatura del ghiaccio secco (–79° C) l’incrostazione diventa friabile, crepa e quindi si stacca dal supporto.

Sublimazione

Quando colpisce una superficie, il ghiaccio secco “sublima”, passa cioè dallo stato solido a quello gassoso senza rilasciare umidità sia sulla superficie che internamente al materiale trattato perché a differenza di quello ottenuto dall’acqua non passa attraverso la fase liquida. La sublimazione dunque provoca una dilatazione del ghiaccio di ben 800 volte la quale fa “esplodere” le incrostazioni. Il gas esercita un’azione cinetica che rimuove definitivamente la patina dal supporto.

In pratica i pellets di ghiaccio vengono accelerati in appositi apparecchi –blaster– e successivamente sparati da un apposito ugello sull’oggetto da pulire. La pulizia con pellet di ghiaccio secco si basa sullo stesso principio della più sperimentata microabrasione a pressione con inerti (sabbia, plastica, bicarbonato di sodio). I pellets hanno un diametro inferiore a 3 mm, una durezza di circa 2 Mohs (come il gesso) e non producono alcuna abrasione superficiale, anzi restituiscono una qualità estetica, che ha poco da invidiare a quella originale, eliminando solo la patina indesiderata.

Criosabbiatura-blaster

Criosabbiatura-2

MA PERCHÉ SI DICE “GHIACCIO SECCO”?

Come abbiamo detto l’anidride carbonica viene trasformata in ghiaccio secco mediante compressione –dallo stato gassoso in cui si trova in natura– fino ad arrivare alla sua liquefazione alla pressione di 200 bar, a temperatura ambiente costante. Una volta liquefatta, la CO2 viene iniettata in una camera vuota, quindi viene solidificata e in fine ridotta in pellet. Ebbene, grazie alla proprietà di sublimare il lavaggio si può definire a secco: non rilascia residui di umidità come avviene invece usando ghiaccio d’acqua (idrolavaggio). Grazie al suo elevato potere refrigerante (cooling power) pari a 628,02 kJoule/kg –circa il doppio rispetto a quello del ghiaccio di acqua– il ghiaccio secco ha la capacità di assorbire il calore dell’ambiente esterno e pertanto non presenta l’inconveniente della sabbiatura che invece sviluppa calore per attrito.

CARATTERISTICHE TECNICHE DELL’APPARECCHIATURA

Nel mercato esistono diversi fabbricanti di blaster e perciò non possiamo parlare di uno standard. Per dare un’idea generale riportiamo alcune caratteristiche, la cui variabilità dipende dai modelli:

  • Alimentazione: a batteria intercambiabile a 24V, elettrica, combustibile liquido
  • Pressione di sabbiatura: 2–10 bar
  • Consumo ghiaccio secco: 0–100Kg/ora
  • Capacità serbatoio ghiaccio secco: 30–50Kg
  • Consumo aria (varia in funzione dell’ugello): 3–11m3
  • Consumo elettrico: 110/230 V, AC 50–60 Hz, 900 W

SETTORI DI APPLICAZIONE DELLA CRIOSABBIATURA

  • Restauro edile e monumentale
  • Elettromeccanica
  • Industria alimentare
  • Stampa e rilegatura libri
  • Industria delle materie plastiche
  • Industria del legno

Come vediamo nella tabella, la criosabbiatura offre prestazioni interessanti e costi moderati rispetto ad altri metodi di lavaggio, tuttavia nel restauro edile e monumentale nel nostro Paese è meno applicata rispetto al settore industriale.

Criosabbiatura-tabella

QUALI SOSTANZE SI POSSONO ELIMINARE?

  • adesivi
  • asfalto
  • catrame
  • decalcomanie
  • efflorescenze (cristallizzazione dei sali minerali idrosolubili)
  • gomme da masticare (chewing gum)
  • graffiti (scritte realizzate con vernici)
  • grasso
  • inchiostro
  • incrostazioni calcaree
  • olio
  • patine nere (fuliggine, smog)
  • patine organiche (licheni)
  • resine
  • vernici

Un video mostra la rimozione di chewing gum mediante vapore

Un video che mostra la rimozione di chewing gum mediante criosabbiatura

Criosabbiatura-eliminazione-graffiti

SU QUALI MATERIALI SI PUO’ INTERVENIRE?

Le applicazioni della criosabbiatura nel restauro architettonico riguardano la pulitura di:

  • materiali lapidei (marmi, graniti, ardesie, gres)
  • metalli (ferro, rame)
  • superfici in cemento o malte cementizie
  • superfici in cotto (mattoni, graniglia)
  • superfici intonacate (gessi e stucchi)

Criosabbiatura-legno

VANTAGGI RISPETTO AD ALTRI TRATTAMENTI

  • sgrassa senza detergenti chimici
  • riduce il volume dei rifiuti derivabili dal processo di pulizia e non ne genera di speciali pericolosi
  • non è tossica per l’operatore
  • non è infiammabile e non conduce elettricamente
  • è compatta e versatile: l’attrezzatura di pulizia è perfetta per oggetti che non possono essere rimossi per le loro grandi dimensioni
  • è la tecnologia ideale dove l’acqua (per esempio nelle vicinanze di cabine elettriche o pulizia di motori elettrici in loco), la sabbia o altri prodotti di pulizia non sono permessi
  • è un biocida ecosostenibile rispetto il trattamento chimico
  • è meno invasiva della microabrasione meccanica
  • è relativamente rapida (80% in più dei metodi tradizionali)
  • non necessita di una fase posteriore di asciugatura
  • è applicabile in qualunque stagione, anche con temperature prossime allo zero
  • consente interventi di precisione (diversi ugelli e pressione di erogazione)
  • non richiede delimitazione di ampie zone attorno al cantiere
  • consente di ottimizzare i tempi di lavoro in quanto il bisogno di smontaggio e di riassemblaggio delle parti del macchinario è semplice e rapido

INCONVENIENTI

In ogni caso, è opportuno considerare gli aspetti negativi di una tecnologia in modo da poter ridurre i rischi per la salute non solo dell’operatore. Il principale inconveniente è il forte rumore (60–120 dB) dovuto al compressore, il quale si può ridurre mediante DPI acustici adeguati. Negli ambienti chiusi, dovuto a grandi quantitativi di anidride carbonica liberati dal processo, è necessario arieggiare frequentemente. Le basse temperature dei pellet possono provocare ustioni, simili a quelle da calore, ma possono essere evitate usando guanti, abiti adeguati, scudi e maschere per gli occhi e il viso. In ambienti troppo asciutti la pulizia con ghiaccio di CO2 può facilitare una forma di elettricità statica, quindi per ovviare a questo inconveniente dovrebbe sempre essere inserita una messa a terra sugli articoli da pulire.

In ultima analisi, l’anidride carbonica non è un gas velenoso, è poco costosa e facilmente immagazzinabile nei luoghi di lavoro. È un sottoprodotto naturale di parecchi processi di produzione industriale, come la fermentazione e la raffinazione petrolchimica, e dunque può essere catturata ed immagazzinata senza perdite finché necessario. Quando la CO2 ritorna nell’atmosfera durante il processo di blasting –precedentemente descritto– nessuna nuova CO2 viene prodotta; al contrario, viene rilasciata soltanto quella che precedentemente era stata stoccata come sottoprodotto industriale.

Approfondimenti:
I.C.R. (Istituto Centrale del Restauro), C.N.R. (Consiglio Nazionale delle Ricerche), I.U.A.V. (Istituto Universitario di Architettura di Venezia – Dipartimento di Restauro Architettonico)
Restauro architettonico sostenibile con la criosabbiatura

Giovanna Barbaro

Giovanna Barbaro Architetto e Tecnologo

Deve il suo carattere cosmopolita a Venezia, dove si laureò in architettura (IUAV). Dal 2008 europrogettista nei settori green economy e clean tech. Nel 2017 ha realizzato uno dei suoi più importanti sogni: fondare Mobility-acess-pass (MAP), un'associazione no profit per la certificazione dei luoghi pubblici per le persone con disabilità motorie. Tra i suoi hobby preferiti: la fotografia e la scrittura