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BLOG: LA CHIMICA E LA SOCIETA'

Syndicate content La Chimica e la Società
Nell’Antropocene, l’epoca geologica attuale fortemente caratterizzata dalle attività dell’uomo, la Chimica ha il compito di custodire il pianeta e aiutare a ridurre le diseguaglianze mediante l’uso delle energie rinnovabili e dell’economia circolare.
Updated: 2 weeks 4 days ago

Smontiamo le cialde (e le capsule).

14 January, 2023 - 10:56

Luigi Campanella

Un americano su 2 ha una macchina da caffè con capsule o cialde. Tenuto conto che l’Europa cammina ad una velocità poco inferiore a quella americana e che anche il mercato asiatico è in via di adeguamento a questi numeri si calcola che nel 2025 il giro di affari dei vari tipi di capsule si aggirerà sui 30 miliardi di euro. In Italia 2 famiglie su 5 usano le cialde per un totale di1,5 miliardi di cialde l’anno con un tasso di crescita annua del 13%. Nel.mondo le cialde consumate ammontano a mezzo miliardo di tonnellate. Questi dati giustificano quanto si sta tentando di fare per ridurli a valori più sostenibili. La prima osservazione non può che riguardare lo stile di vita e chiedersi se proprio sia necessario abbandonare la moka per il caffè monouso anche pensando al fine vita: un elettrodomestico elettronico contro un altro più facilmente  smaltibile in quanto più smontabile nei singoli pezzi e ricaricabile nell’uso in modo semplice con un cucchiaino. Ovviamente chi sceglie le cialde fa riferimento alla rapidità con cui si ottiene la bevanda amata ed alla assenza di rischio di bruciare il caffè o di dimenticare il fuoco acceso. Per contrastare le critiche alle cialde i produttori si muovono su varie direzioni a cominciare con lo scaricare sul consumatore la responsabilità di uno smaltimento sostenibile.

L’altro accorgimento è ricorrere a capsule svuotabili fatte in un solo materiale rispetto al.mjx attuale (plastica ed alluminio) con il caffè usato svuotato da conferire nel bidoncino dell’organico. Per agevolare il consumatore alcuni produttori forniscono un apri capsule domestico che con una leggera pressione separa il contenitore dal contenuto. Però nascono allora 2 domande: il guadagno di tempo che fine ha fatto? Perchè non ricorrere alla riutilizzabilità delle capsule con la possibilità di ricaricare con qualunque miscela di caffè e conseguente vantaggio economico? Alcuni produttori raccolgono le capsule usate, separano contenuto da contenitore e riciclano il materiale di questo. L’alluminio è uno degli elementi più facilmente ed economicamente riciclabili con un risparmio energetico del 90% rispetto ai costi di produzione dalle materie prime. Il caffè smaltito è un ottimo concime, specificatamente in relazione alla sua composizione per le culture di riso di cui viene incrementata significativamente la produttività con i conseguenti vantaggi economici ed etici (lotta alla fame.nel.mondo). Una recente opzione del mercato è il ricorso alla cialda fotodegradabile in carta con il vantaggio che si può conferire il tutto nell’organico senza nessuna separazione fra contenitore e contenuto.

L’ultima innovazione viene dalla Svizzera con una sfera costituita da un polimero algale contenente caffè pressato e quindi da potere essere caricato in minore quantità senza incidere sul gusto della bevanda. Come si vede tanti pro e tanti contro, senza parlare dell’aspetto estetico e dell’eleganza dei vari modelli alcuni dei quali smontabili e ristampabili in 3D per le parti danneggiate. Un discorso più scientifico circa il confronto fra le varie possibili soluzioni si può fare con riferimento ai differenti valori della impronta carbonica utilizzando le Public Available Specifications. Una ricerca dell’Università della Tuscia ha fornito i risultati di questo confronto.

La moka ad induzione genera 55-57 g di CO2,la moka a gas 47-59 g, la macchina per il caffè espresso 74-96 g, quella a capsule 57-73, infine quella a cialde 72-92 g. C’è però da precisare che se si considera l’intero ciclo di vita vanno aggiunti ai dati ora forniti le quantità di CO2 prodotta per la produzione e lo smaltimento di cialde e capsule. Ci sono poi da considerare gli imballaggi, tutti a favore della tazzina con moka, solo 0,5 g contro i 6,4 g del caffè in cialde. A questi dati a favore della moka ad induzione si deve poi aggiungere ad ulteriore suo vantaggio che questa consuma meno energia per essere scaldata:6 wattora contro il doppio della macchina a cialde.

Scaldarsi con poco?

11 January, 2023 - 08:42

Claudio Della Volpe

Giorni fa mi sono imbattuto nella pubblicità di vari tipi di stufe che non appaiono così comuni e mi è venuta spontaneamente la voglia di approfondirne le caratteristiche; dopo tutto siamo in inverno e il riscaldamento degli edifici è uno dei problemi pratici da affrontare per milioni di persone; certo la cosa migliore è di investire in case che non hanno bisogno di riscaldamento oppure che usano energie rinnovabili, per esempio l’accoppiata fotovoltaico-geotermia a bassa temperatura che si avvia a diventare una delle tecniche più interessanti.

Ma diciamo la verità, da una parte la scarsa conoscenza tecnica dall’altra la presenza di un robusto sistema produttivo basato sul bruciare qualche tipo di combustibile e infine i costi relativamente elevati delle tecnologie più nuove fanno si che vengano alla ribalta metodi molto più tradizionali.

Oggi vi farò due esempi, fra di loro alquanto diversi, di questi metodi perché mi hanno colpito e perché dopo tutto sono relativamente diffusi: uno è un metodo di riscaldamento diretto basato sulle stufe ad alcool etilico o come dicono i venditori a “bioetanolo” e l’altro un metodo sostanzialmente di accumulo del calore, le stufe a sabbia, che potrebbe forse essere sfruttato per cose più ambiziose.

C’è un massiccio dispositivo pubblicitario che spinge le cose, specie nel caso delle stufe a bioetanolo e che è basato su una serie di enormi ambiguità.

A cominciare dal nome “bioetanolo”; come al solito il prefisso bio è usato con uno scopo esclusivamente pubblicitario; si sottintende che dato che è di origine naturale, ottenuto per distillazione da componenti vegetali è un prodotto sano e buono di per se; ma le cose sono più complesse di così.

Lavori recenti confermano quel che già si sapeva: la produzione di bioetanolo da piante come la cassava o il mais o la canna da zucchero entra in diretta concorrenza con la produzione di cibo e lo fa specie in paesi poveri, dove quella produzione è preziosa. In secondo luogo se uno fa il conto di quanta energia si ottiene per via netta, scorporando l’energia grigia (ossia quella che serve alla coltivazione distillazione e trasporto ) il conto non torna, i risultati sono spesso al limite o della unità o di un valore critico minimale (EROI 3:1) e solo alcuni autori lo stimano molto alto e comparabile con quello di tecnologia più affermate (per dati affidabili si veda per esempio un lavoro di Hall, che ha inventato il concetto di EROI,  e altri, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421513003856).

Dunque la parolina bio non basta a rendere l’etanolo di origine agricola un prodotto sostenibile; ma c’è molto di più. Il vantaggio che viene stressato da chi vende le stufe a bioteanolo o ad etanolo (dopo tutto il consumatore finale difficilmente è in grado di rendersi conto della effettiva origine del combustibile che compra casomai su Amazon) è che non c’è bisogno per queste stufe di avere un camino.

Alcuni produttori citano a questo riguardo un regolamento europeo del 1993 (dunque ormai trentennale) ma che si riferisce alla denaturazione dell’alcol etilico; mentre in realtà le norme che consentono e regolano le stufe a bioetanolo sono norme UNI o EN, la UNI-11518:2013 poi superata dalla UNI EN 16647 : 2016; come tutte le norme UNI questa non è libera, cioè occorre pagare per poter leggere le norme necessarie a fare le cose, una assurdità tutta italiana e tutta mercantile; d’altronde siamo o no il paese in cui per sapere come pagare le tasse occorre andare da un commercialista o al CAF? Diciamo che questi pagamenti servono agli stipendi di UNI più che a pagare gli esperti che fanno le norme e che non vengono pagati.

Alcune cose si riescono a estrarre comunque.

Ci sono alcuni metodi di riscaldamento a combustione che non necessitano di camino: sia l’etanolo che gli idrocarburi liquidi, il GPL (questi ultimi se bruciati in stufe a catalizzatore) godono di questo privilegio. (ATTENZIONE: le stufe a pellet dette “senza canna fumaria” in realtà necessitano di una canna fumaria, non necessariamente in muratura.)

La differenza fra queste due tipologie sta nel fatto che le stufe a etanolo o a GPL non fanno fumi (o almeno non ne fanno in quantità significative), ma producono invece i prodotti basici della combustione, CO2 ed acqua, più una quantità piccola ma misurabile di altre molecole tipiche delle combustioni, anche in funzione delle condizioni effettive di composizione del combustibile e di combustione (miscelazione, temperatura, etc). La purezza del combustibile è dunque condizione essenziale per evitare la produzione di sostanze tossiche o semplicemente puzzolenti. Non completamente perché secondo il regolamento del 1993 che invece stabilisce la composizione dell’alcol denaturato (che è quello al 96% che si usa in questi casi) una quantità di “impurezze” sono permesse dalla legge; le tecniche di denaturazione dipendono dal paese europeo; in Italia per esempio l’alcool denaturato contiene:

Per ettolitro anidro di alcole puro:
– 125 grammi di tiofene,
– 0,8 grammi di denatonium benzoato,
– 0,4 grammi di C.l., acid red 51 (colorante rosso),

– 2 litri di metiletilchetone.

Nel momento della combustione queste sostanze, specie all’inizio, possono produrre comunque odore sgradevole. Infine piccole quantità di CO (che è tossico, non solo asfissiante come la CO2) si possono produrre specie se il dispositivo funziona male.

Un secondo problema è causato poi dal fatto che l’alcool etilico è infiammabile e questo, specie in fase di riempimento del serbatoio, può dare origine a pericolosi incidenti se non si rispettano regole precise per evitare il contatto con materiali molto caldi; un nutrito set di incidenti a livello internazionale è riportato in letteratura (vedi in fondo) . Per evitare grandi rischi la quantità di alcol che si può usare per ciascuna alimentazione è ridotta, diciamo che in una grande stufa c’è un serbatoio di 4-5 litri ossia, considerando la densità di 0.8 kg/L, qualche chilo.

E arriviamo ad un po’ di stechiometria e chimica fisica; quanto calore e quanta CO2 si producono?

L’entalpia di combustione dell’alcol etilico puro è di 27 MJ/kg (la legna oscilla fra 15 e 17MJ/kg) e la quantità di CO2 prodotta è di 1.9kg/kg (all’incirca 1.8 nel caso del legno).

La differenza sta oltre che nella bassissima produzione di fumi da parte dell’alcol nel ridotto rischio nel maneggiare la legna; mentre far bruciare l’alcol è molto semplice accendere il fuoco con la legna può essere parecchio più difficile.

Una grande stufa ad alcol, diciamo da 3-4 kW di potenza col suo serbatoio di 5 litri (ossia 4kg) potrà bruciare per quanto tempo? La risposta è alcune ore, ma queste sono le dimensioni massime che si possono avere; semplice fare il conto se avete 4kg di alcol potete ottenere poco più di 108MJ  di energia termica; 4 kW sono 4kJ/s e dunque la stufa potrà lavorare per 7-8 ore, consumando circa mezzo litro l’ora. E quanta CO2 produrrà? Quasi 8kg che sono 4mila litri di gas, 4 metri cubi, raggiungendo una concentrazione in un volume poniamo di 300 metri cubi,(consideriamo un appartamento di 100 metri quadri ) superiore all’1%, che è 20-30 volte maggiore della concentrazione naturale (0.04%) ossia arriviamo a 8-10mila ppm mentre il massimo consigliato in ambienti molto vissuti è 2500 ppm per evitare disturbi significativi ; un po’ troppo! Per cui la norma UNI impone di aerare i locali ripetutamente e questo ovviamente contrasta con il mantenimento di una temperatura decente.  Anche perché si genera parecchia acqua (1.2 kg/kg di alcol) e l’umidità ambientale aumenta col rischio di avere condensa e muffe.

Conclusione: sì, potete risparmiare di costruire un camino se non ce l’avete, ma la resa complessiva non sarà ottimale rispetto a quella di avere un camino funzionante e in genere non se ne consiglia l’uso in grandi ambienti : piccole stufe in piccoli ambienti, non il riscaldamento principale insomma, e sempre attenti a rischio incendio e qualità dell’aria.

Certo sono oggetti anche ben fatti ed esteticamente validi, ma questo cosa c’entra col riscaldamento?

Un’ultima considerazione è il costo; al momento è di 3 euro al litro, poco meno di 4 al kilo, mentre la legna costa 1 euro al kilo; la differenza è notevole per unità di calore ottenuta. 

Passiamo alla stufa a sabbia che è invece un oggetto della mia infanzia. mio padre era un convinto utente della stufa a sabbia; ai tempi era elettrica come è anche adesso e dunque un oggetto dai consumi certo non economici; dove è l’utilità?

L’utilità è nella capacità di riscaldare la stufa ad una temperatura anche elevata e consentire il rilascio lento di questo calore nel tempo; di solito è fatta immergendo delle resistenze metalliche nella sabbia; e la sabbia ha una capacità termica che può essere significativa dato che può raggiungere temperature elevate senza alterarsi significativamente, anche varie centinaia di gradi; ovviamente il problema è che non potete toccare la sabbia e il dispositivo deve essere costruito in modo da evitare contatti molto pericolosi, deve riscaldare solo l’aria ambiente.

La capacità termica della sabbia è di 830J/kgK; immaginiamo allora di averne a disposizione 1 kg e di riscaldarlo a 100°C sopra la temperatura ambiente; il calore disponibile sarà di 83000J; supponiamo di averne 100kg, un oggetto parecchio pesante dunque, ma una volta riscaldato avrà accumulato e ci restituirà nel tempo 8.3MJ e se lo riscaldiamo a 200°C  sopra l’ambiente avremo l’accumulo di 16.6MJ che corrispondono a bruciare un kilo di legno.

Non è impossibile isolare bene la massa di sabbia e conservare il calore per parecchie decine di ore o anche più sfruttandolo all’occorrenza.

L’idea, che è venuta ad un gruppo di tecnici finlandesi della Polar Night Energy, è di usare sabbia di quarzo di buona qualità ed in grandi quantità riscaldata a 1000°C usando per esempio eolico o fotovoltaico  nei momenti di eccesso di produzione; in questo modo ogni ton di sabbia di quarzo potrebbe immagazzinare 830MJ/ton e secondo i loro esperimenti e calcoli rappresenta un modo innovativo ma semplice di accumulare energia termica a basso costo (attenzione una ton di idrocarburo produce oltre 40GJ, 50 volte di più).

Attualmente ci stiamo concentrando su due prodotti. Al momento possiamo offrire un sistema di accumulo di calore con potenza di riscaldamento di 2 MW con una capacità di 300 MWh o una potenza di riscaldamento di 10 MWh con una capacità di 1000 MWh. Il nostro sistema di accumulo di calore è scalabile per molti scopi diversi e amplieremo la gamma di prodotti in futuro. I nostri accumulatori sono progettati sulla base di simulazioni che utilizzano il software COMSOL Multiphysics. Progettiamo i nostri sistemi utilizzando modelli di trasporto del calore transitorio 3D e con dati di input e output reali. Abbiamo progettato e costruito il nostro primo accumulo di calore commerciale a base di sabbia a Vatajankoski, un’azienda energetica con sede nella Finlandia occidentale. Fornirà calore per la rete di teleriscaldamento di Vatajankoski a Kankaanpää, in Finlandia. L’accumulo ha una potenza di riscaldamento di 100 kW e una capacità di 8 MWh. L’utilizzo su vasta scala dello stoccaggio inizierà durante l’anno 2022. Abbiamo anche un impianto pilota da 3 MWh a Hiedanranta, Tampere. È collegato a una rete di teleriscaldamento locale e fornisce calore per un paio di edifici. Il progetto pilota consente di testare, convalidare e ottimizzare la soluzione di accumulo di calore. Nel progetto pilota, l’energia proviene in parte da un array di pannelli solari di 100 metri quadrati e in parte dalla rete elettrica.

Il dispositivo è correntemente sul mercato. Ci riscalderemo con queste “batterie a sabbia”?

Materiali consultati oltre quelli citati.

Costi, emissioni, vantaggi e limiti delle stufe a bioetanolo

https://www.expoclima.net/camini-a-bioetanolo-la-nuova-norma-uni-11518

Camino a Bioetanolo tra funzionamento e caratteristiche. Bioetanolo: sostenibilità e bellezza per il focolare domestico

https://eur-lex.europa.eu/legal-content/IT/TXT/HTML/?uri=CELEX:01993R3199-20050814

https://www.treehugger.com/viral-sand-battery-isnt-what-it-seems-5547707

https://sauermanngroup.com/it-IT/insights/misura-della-concentrazione-di-co2-calcolare-il-tasso-di-ricambio-dellaria

anche in Italia si producono “batterie a sabbia”: https://www.magaldigreenenergy.com/en/economy-energia-green-con-le-batterie-di-sabbia

Incidenti con le stufe a bioetanolo:

J Burn Care Res 2011 Mar-Apr;32(2):173-7. doi: 10.1097/BCR.0b013e31820aade7

Burns Volume 42, Issue 1, February 2016, Pages 209-214

https://www.sciencedaily.com/releases/2014/09/140903091728.htm

Ringrazio Gianni Comoretto per gli utili suggerimenti.

 

Recupero del fosforo: problematiche e progetti di ricerca.

8 January, 2023 - 10:10

Mauro Icardi

Il fosforo (P) è un elemento essenziale della vita, è presente in tutti gli organismi viventi ed èfondamentale in agricoltura per garantire la produttività dei suoli coltivati. Trattandosi di una risorsa nonrinnovabile e limitata, la crescente domanda di fertilizzanti sta gradualmente esaurendo le riserve di rocce fosfatiche. Inoltre i giacimenti di fosforo sono situati in zone specifiche del pianeta. Alcuni dei paesi produttori di fosforo si trovano in condizioni di instabilità geopolitica. Questo rende il prezzo soggetto a forti variazioni, ed allo stesso tempo meno certa la possibilità di approvvigionamento.  L’Europa nord-occidentale importa l’88% del fabbisogno di fosforo, circa 6,37 milioni di tonnellate per anno, da nazioni non appartenenti all’Unione Europea.

 Il fosforo può essere recuperato in diverse fasi del trattamento delle acque reflue, sia sulla matrice acqua che sui fanghi di depurazione. I fanghi di depurazione che si producono alla fine dei trattamenti eseguiti sull’acqua da depurare, contengono circa il 95-99% di acqua e l’1-5% di materia secca. Purtroppo In Italia forse più che in altri paesi, esiste un diffuso senso di perplessità nei confronti di tutto quello che riguarda la gestione ed il trattamento dei fanghi. Con molta probabilità per il risalto che hanno avuto alcune vicende di cattiva gestione. Proprio per questa ragione vanno invece incoraggiate buone pratiche e la ricerca, per la gestione di questi inevitabili residui del trattamento delle acque reflue. E aumentati i controlli sul ciclo dei rifiuti.

Dopo i processi di separazione solido/liquido, la frazione acquosa dei fanghi contiene dal 5 al 20% del fosforo in forma disciolta. Da questa frazione è possibile separare la struvite, sale fosfo-ammonico-magnesiaco. Il processo è conosciuto fin dagli anni 80 ed è utilizzato nei paesi del nord Europa.  Avevo trattato il tema già nel 2015.

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2015/08/21/recupero-del-fosforo-da-acque-reflue-e-allevamenti/

 Tuttavia la maggior parte del fosforo (dall’80 al 95%) rimane nei fanghi di risulta, ottenuti dopo i processi di disidratazione meccanica. Se i fanghi vengono essiccati termicamente fino ad avere una percentuale di sostanza secca intorno al 40%, diventano idonei per un processo di termovalorizzazione alimentato dalla combustione dei soli fanghi (mono-incenerimento). La combustione è il trattamento termico oggi più utilizzato (ma non in Italia come vedremo più avanti), per la valorizzazione energetica dei fanghi non idonei per l’utilizzo in ambito agricolo. Il potere calorifico dei fanghi di depurazione essiccati fino al valore del 40% di secco, consente la loro combustione senza necessità di ricorrere all’uso di combustibili ausiliari. Con una progettazione adeguata è possibile recuperare calore per il preriscaldamento dei fanghi, o per la produzione di energia.

La percentuale di fanghi inceneriti sul totale dei fanghi prodotti è del 3% in Italia, 19% in Francia, 24% in Danimarca, 44% in Austria, 56% in Germania, 64% in Belgio, e il 100% nei Paesi Bassi e in Svizzera. Negli Stati Uniti e in Giappone le percentuali sono rispettivamente del 25% e del 55%.  In Svizzera è stato vietato totalmente l’utilizzo agricolo dei fanghi di depurazione.  I fanghi di depurazione in Svizzera sono destinati unicamente all’incenerimento, dopo essere stati sottoposti a disidratazione ed essicamento termico.

Il recupero del fosforo può essere effettuato precipitandolo come struvite dalle acque di risulta del processo di disidratazione dei fanghi, prima che esse siano reimmesse all’ingresso del trattamento depurativo. Queste acque ne contengono all’incirca il 15% del totale. Il rimanente quantitativo, come detto precedentemente, è concentrato nei fanghi umidi. In Svizzera cantone di Zurigo ha realizzato un impianto centralizzato che tratta 84mila tonnellate/anno di fanghi umidi, e produce 13000 tonnellate/anno di ceneri ricche di fosforo residuo del processo di incenerimento. I fanghi provengono da tutti gli impianti di depurazione cantonali. L’ufficio federale per l’ambiente della Svizzera sta modificando la propria normativa sui  rifiuti, ed ha già rilasciato permessi per lo stoccaggio delle ceneri derivanti da incenerimento dei soli fanghi di depurazione. Questo in previsione di poter sviluppare una tecnica adatta ed economicamente conveniente per il recupero del fosforo da questa matrice, con l’intenzione ridurre drasticamente l’importazione di fertilizzanti a base di fosforo. Anche in Danimarca si sta procedendo nella stessa maniera.

Le ceneri di fanghi di depurazione ottenuti da incenerimento potrebbero diventare delle principali risorse secondarie di fosforo. La percentuale di fosforo presente nelle ceneri, espressa come anidride fosforica, di solito varia tra il 10 e il 20%, cioè praticamente uguale alle percentuali presenti nelle rocce fosfatiche minerali. In Svizzera ma anche nell’Unione Europea e in Italia, sono stati sviluppati negli ultimi anni diversi progetti finanziati dall’Unione Europea per lo sviluppo di tecniche per il recupero del fosforo. Non soltanto dalle acque reflue, ma anche dai residui dell’industria agroalimentare, di quella farmaceutica e di quella siderurgica.  

In Lombardia un gruppo di aziende del ciclo idrico ha sviluppato in collaborazione con il Politecnico di Milano, l’università degli di studi Milano-Bicocca e IRSA CNR la piattaforma Per FORM WATER 2030. Le attività di ricerca mirano ad ottimizzare le risorse e a sviluppare tecniche per il recupero di energia e materia dai depuratori. Relativamente al fosforo, il recupero effettuato sui fanghi umidi è una strada ormai abbandonata, per ragioni di scarsa convenienza economica.  L’attenzione si è focalizzata quindi sulle ceneri da mono incenerimento di fanghi, e principalmente su due tecniche per il recupero del fosforo da questa matrice: la lisciviazione acida, e l’arrostimento termico. Il processo termochimico è costituito da un dosaggio di cloruro e da un trattamento termico tra gli 850 e i 1000°C in modo da rimuovere i metalli pesanti. Questa tecnologia nasce a partire dal progetto europeo SUSAN EU-FP6.  In un forno rotativo le ceneri dei fanghi reagiscono con Na2SO4 lasciando evaporare i metalli pesanti e precipitare le ceneri contenenti fosfati.

Nei processi di lisciviazione a umido si effettua una dissoluzione in ambiente acido  (pH< 2) seguita solitamente da una filtrazione, oppure da una separazione liquido-liquido e una successiva precipitazione o scambio ionico. Le tecniche sono attualmente ancora allo stadio realizzativo di impianti pilota. In Italia le sperimentazioni si fermano alle prove di laboratorio, in quanto attualmente sul territorio nazionale non esistono impianti di incenerimento dedicati unicamente alla combustione di fanghi.

Il passaggio allo stato applicativo vero e proprio è ancora frenato dai costi del processo. Se attualmente il prezzo medio del fosforo ottenuto da rocce fosfatiche è di circa 1-1,2 €/Kg le tecniche sperimentali per estrarlo da ceneri arrivano ad un prezzo di produzione pari a 2-2,5 €/Kg. Ma la crescita della popolazione, l’impoverimento dei suoli, la siccità potrebbero essere fattori che con molta probabilità potranno concorrere ad ulteriori richieste di fosforo sul mercato. Ed è facile prevedere la possibilità di ulteriori rincari e difficoltà di approvvigionamento.

Non sono a mio parere importanti le sole considerazioni tecnico-economiche. I passaggi precedenti allo sviluppo di queste tecnologie dovrebbero riguardare un uso meno esasperato della concimazione dei suoli, una diminuzione dello spreco di cibo, una procreazione ponderata e ragionata. Una educazione alla conoscenza delle leggi naturali, delle dinamiche dei cicli biogeochimici, una disintossicazione da un consumismo esagerato e compulsivo, seguito da una negazione dei problemi ambientali del pianeta terra che non ha più nessuna giustificazione logica.

La chimica in questo senso riveste un ruolo fondamentale.  La chimica è studio della materia e, come diceva Primo Levi, non interessa affatto quale sia la sua origine prossima. Se siamo stati distrattamente avidi depauperando le risorse disponibili, dobbiamo imparare e costruire la chimica e la tecnica delle materie residue.

E’ possibile la vita sulla superficie di Marte?

5 January, 2023 - 11:34

Diego Tesauro

E’ possibile la vita sulla superficie di Marte? A questa domanda potrebbe rispondere il rover  Rosalind Franklin della missione ExoMars (Figura 1) quando verrà lanciato. La missione, essendo una cooperazione congiunta dell’ Esa con la Roscosmos, a seguito dell’invasione dell’Ucraina, è stata bloccata dovendo partire dal cosmodromo di Baikonur lanciata dal razzo Proton. A questa missione è stata affidato l’esperimento Bottle (Brine Observation Transition To Liquid Experiment). Questo esperimento ha come obiettivo di generare acqua liquida sulla superficie di Marte mediante la deliquescenza, un processo in cui un sale igroscopico assorbendo vapore d’acqua dall’atmosfera, genera una soluzione salina. Inoltre si indagherà l’eventuale abitabilità di queste salamoie. La vita, almeno per come la conosciamo, oltre la presenza di carbonio, idrogeno, azoto, ossigeno, fosforo e zolfo, indicati con l’acronimo CHNOPS, necessita anche di altri oligoelementi e soprattutto dell’acqua liquida e di energia. Ora su Marte, l’energia potrebbe essere fornita dalla luce solare o da processi chimici. Il carbonio è disponibile nella sottile atmosfera sotto forma di biossido di carbonio, gli oligoelementi sono largamente presenti nella regolite, lo strato di polvere fine che ne ricopre la superficie.

Il fattore fortemente limitante è la presenza acqua liquida a causa della bassa pressione atmosferica (da 7 a 4 millibar contro i circa mille millibar terrestri) e delle temperature prevalentemente sotto lo zero Celsius. In queste condizioni, come ben sappiamo fin dai nostri primi studi di Chimica Fisica l’unica possibilità perché l’acqua sia liquida, in base alla legge di Raoult e dell’abbassamento crioscopico, è la presenza in soluzioni ad alta concentrazione salina. Sulla superficie del pianeta rosso sono stati rilevati negli ultimi decenni sali igroscopici in grado di formare salamoie che potrebbero rendere l’acqua liquida, fra cui i perclorati. Queste considerazioni hanno negli ultimi anni spinto la ricerca a trovare dei potenziali microorganismi in grado di vivere in queste condizioni drastiche, che chiaramente presentano varie problematiche. In primo luogo l’elevata salinità, che avrebbe quest’acqua, sarebbe in grado di modificare l’equilibrio osmotico delle cellule. Inoltre i perclorati hanno un effetto caotropico promuovendo la denaturazione delle macromolecole, il danno al DNA e lo stress ossidativo dovuto all’elevato potere ossidante del cloro nello stato di ossidazione +7.

Fra i potenziali microorganismi che potrebbero adattarsi a queste condizioni si annoverano gli archaea alofili (famiglia Halobacteriaceae). Queste specie si sono adattate alla vita agli estremi di salinità sulla Terra, pertanto potrebbero risultare dei buoni candidati per la vita anche su Marte. Molte specie resistono a livelli elevati di radiazioni UV e gamma; una specie è sopravvissuta all’esposizione al vuoto e alle radiazioni durante un volo spaziale; e c’è almeno una specie psicrotollerante (specie che crescono a 0°C, ma hanno un optimum di temperatura di 20-40 °C),. Gli archaea alofili possono sopravvivere per milioni di anni all’interno delle inclusioni di salamoia nei cristalli di sale. Molte specie hanno diverse modalità di metabolismo anaerobico e alcune possono utilizzare la luce come fonte di energia utilizzando la batteriorodopsina della pompa protonica guidata dalla luce. Inoltre la presenza dei caratteristici pigmenti carotenoidi (α-bacterioruberina e derivati) rende le Halobacteriaceae facilmente identificabili mediante spettroscopia Raman [1]. Pertanto, se presenti su Marte, tali organismi possono essere rilevati dalla strumentazione Raman pianificata per l’esplorazione EXoMars.

Per verificare la possibilità di vita sul suolo marziano per alcune specie batteriche metanogene, un gruppo di ricercatori della Technische Universität (TU) di Berlino hanno testato l’attività di tre archaea metanogenici: Methanosarcina mazei, M. barkeri e M. soligelidi (Figura 2)[2]. Le cellule microbiche sono state bagnate in un sistema di deliquescenza chiuso (CDS) costituito da una miscela di substrato essiccato Martian Regolith Analog (MRA) e sali. Il metano prodotto tramite attività metabolica è stato misurato dopo averli esposti a tre diversi substrati MRA utilizzando NaCl o NaClO4 come sale igroscopico. Gli esperimenti hanno mostrato che i M. soligelidi e i M. barkeri producevano metano rispettivamente a 4 °C e a 28 °C mentre i M. mazei non venivano riattivati metabolicamente attraverso la deliquescenza. Nessuna però delle specie produceva metano in presenza di perclorato mentre tutte le specie erano metabolicamente più attive nell’MRA contenente fillosilicati. Questi risultati sottolineano l’importanza del substrato, delle specie microbiche, del sale e della temperatura utilizzati negli esperimenti. Inoltre, quest’esperimento per la prima volta dimostra che l’acqua fornita dalla sola deliquescenza è sufficiente per reidratare gli archei metanogenici e riattivare il loro metabolismo in condizioni approssimativamente analoghe all’ambiente marziano vicino al sottosuolo

Lo stesso gruppo berlinese, più recentemente, ha condotto una prima indagine proteomica sulle risposte allo stress specifiche del perclorato del lievito alotollerante Debaryomyces hansenii e lo ha confrontato con gli adattamenti allo stress salino generalmente noti [3]. Le risposte agli stress indotti da NaCl e NaClO4 condividono molte caratteristiche metaboliche comuni, ad esempio vie di segnalazione, metabolismo energetico elevato o biosintesi degli osmoliti. I risultati di questo studio hanno rivelato risposte allo stress microbico specifiche del perclorato mai descritte prima in questo contesto. Anche se le risposte allo stress indotte in D. hansenii condividono diverse caratteristiche metaboliche, è stata identificata una glicosilazione proteica potenziata, il ripiegamento tramite il ciclo della calnexina e la biosintesi o rimodulazione della parete cellulare come misura contraria allo stress caotropico indotto dal perclorato, che generalmente destabilizza le biomacromolecole. Allo stesso tempo, i processi di traduzione mitocondriale sono sottoregolati sotto stress specifico del perclorato. Lo stress ossidativo indotto specificamente dal perclorato sembra giocare solo un ruolo minore rispetto allo stress caotropico. Una possibile spiegazione di questo fenomeno è che il perclorato è sorprendentemente stabile in soluzione a temperatura ambiente a causa del trasferimento di atomi di ossigeno che limita la velocità di riduzione. Per cui, quando si applicano questi adattamenti fisiologici, le cellule possono aumentare sostanzialmente la loro tolleranza al perclorato rispetto all’esposizione allo shock del sale. Questi risultati rendono probabile che i presunti microrganismi su Marte possano attingere a meccanismi di adattamento simili che consentano la sopravvivenza nelle salamoie del sottosuolo ricche di perclorato.

Lo scopo di questa attività di ricerca consiste quindi nel dimostrare come gli organismi estremofili potrebbero tutt’oggi essere presenti su Marte. Un qualunque esperimento da condurre sulla superficie del pianeta rosso alla ricerca della vita, è suffragato da ipotesi già validate sulla Terra. In astrobiologia infatti sono determinanti, per l’approvazione di missioni spaziali, dei risultati promettenti ottenuti in laboratorio. Questi poi potranno essere quindi verificati quando la missione Exomars potrà avere luogo, sembra comunque non prima del 2028. Inoltre la conoscenza di organismi in grado di vivere in condizioni estreme, che riteniamo improbabili, dimostrano come la vita possa svilupparsi anche in ambienti ostili ed avere eventualmente delle ricadute nello studio di processi biotecnologici.

References

1) J Jehlička, H G M Edwards, A Oren Bacterioruberin and salinixanthin carotenoids of extremely halophilic Archaea and Bacteria: a Raman spectroscopic study Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc 2013, 106, 99-103. https://doi.org/10.1016/j.saa.2012.12.081

2) D. Maus, et al. Methanogenic Archaea Can Produce Methane in Deliquescence-Driven Mars Analog Environments. Sci Rep  2020, 10, 6. https://doi.org/10.1038/s41598-019-56267-4

3) J. Heinz et al. Perchlorate-specific proteomic stress responses of Debaryomyces hansenii could enable microbial survival in Martian brines Environ Microbiol. 2022, 24, 5051–5065. https://doi.org/10.1111/1462-2920.16152

Figura 1 Il rover di ExoMars è intitolato a Rosalind Franklin i cui studi di cristallografia a raggi X. Sono stati fondamentali per risolvere la struttura del DNA e del RNA. Esplorerà il Pianeta Rosso. . Copyright: ESA/ATG medialab

Figura 2 Methanosarcina barkeri (sopra) e Methanosarcina soligelidi (sotto). Questi ceppi appartengono agli  euryarchaeotearchaea che producono metano usando tutti I pathways metabolici per la metanogenesi

Chimica e spreco alimentare.

2 January, 2023 - 20:56

Luigi Campanella, già Presidente SCI

La Chimica aiuta moltissimo ad utilizzare nel modo più razionale ed efficace le risorse alimentari di cui disponiamo ed aiuta anche a gestire gli scarti alimentari secondo i principi dell’economia circolare. Purtroppo non può fare molto quando quantità rilevanti di cibo vengono smaltite nell’indifferenziata precludendo qualsiasi azione di recupero. Eppure i dati ci fanno capire che l’entità del fenomeno ne giustifica assolutamente il contrasto.

Una recente statistica quantifica lo spreco nel mondo nel 17% ed in Italia in 9 miliardi (0,5 % del PIL) pari a quasi 0,6 kg pro capite a settimana.

Il dato italiano è coerente con quello europeo, essendo solo il Regno Unito e la Germania, in significativo aumento di cibo sprecato, rispettivamente 1081 e 949 g a settimana pro capite. Sorprende rilevare che proprio dove potrebbe essere più facile contribuire al recupero, e cioè nelle case private, lo spreco sia massimo, vicino al 12%, contro il 5% delle mense ed il 2% dei rivenditori. Questa percentuale bassa però si ridimensiona quando si passa al valore assoluto: nei supermercati ogni anno si buttano 200.000 tonnellate di alimenti. Dati che appaiono ancor più drammatici rispetto a 2 milioni di famiglie ed il 19%della popolazione che vive in condizioni di povertà. Contro gli sprechi è attivo il terzo settore, ma anche la tecnologia e la ricerca. La prima con un’app che consente l’acquisto di una magic box con l’invenduto del giorno da ristoranti, bar, forni; la seconda con metodi sempre più automatizzati, sicuri ed economici che invogliano e stimolano il recupero degli scarti. Fra questi il compostaggio è un processo biologico assistito, dove i microrganismi scompongono le sostanze organiche complesse e le trasformano in compost: un terriccio organico, ricco di nutrienti per il suolo. Dunque, è un procedimento che simula quanto avviene in natura, dove ogni elemento alimenta la vita di qualcos’altro, in un ciclo continuo di rigenerazione.

Se si vuole contribuire a ridurre l’inquinamento e innescare processi di economia circolare, i vantaggi del compostaggio non sono più ignorabili. Aiuta il riciclo alimentare e garantisce la sostenibilità ambientale, poiché mantiene i rifiuti in un ambiente controllato, dove vengono trasformati in un prodotto utile. Il compost arricchisce il suolo, prevenendone l’erosione, consente di risanarlo dall’inquinamento e alimenta la biodiversità, attirando insetti, batteri e funghi che portano benefici per il raccolto. Ma non solo, riduce drasticamente il volume dei rifiuti umidi organici destinati alla discarica e contribuisce a ridurre l’effetto serra, mitigando la produzione di gas.

Ogni volta che sprechiamo alimenti, sprechiamo anche il terreno, l’acqua, l’energia e gli altri fattori di produzione utilizzati per produrre l’alimento che non consumiamo. Pertanto, ogni diminuzione dello spreco alimentare comporta effettivamente potenziali vantaggi per l’ambiente. Se riduciamo la quantità di alimenti che sprechiamo attraverso il sistema alimentare, avremo bisogno di minori quantità di acqua, di fertilizzanti e di terra, di un’inferiore capacità di trasporto, di minori quantità di energia, di una ridotta attività di raccolta di rifiuti e di riciclaggio e così via. Finalmente anche la politica si è accorta di questa situazione e per combattere sprechi e povertà ha proposto il reddito alimentare che sarà sperimentato nelle città metropolitane secondo quanto contenuto nella Legge di Bilancio. Un fondo di 1,5 milioni per il 2023 e di 2 milioni per il 2024 permetterà di dirottare verso i poveri pacchi di alimenti invenduti. Basterà prenotarli con un’app purché nella condizione di povertà e si potrà ritirare il pacco in una delle strutture previste.

Fango che respira

30 December, 2022 - 08:48

Mauro Icardi

Un impianto di depurazione acque reflue è un impianto che raccoglie le acque nere (civili oppure industriali) con l’obiettivo di ridurre la concentrazione di inquinanti a limiti inferiori a quanto stabilito dalla normativa, prima dello scarico in un bacino idrico. 

La sostanza organica negli impianti di depurazione viene valutata normalmente con la determinazione del COD e del BOD5. Il rapporto tra le concentrazioni di questi due parametri fornisce già una buona indicazione della biodegradabilità del refluo da trattare. Per le acque reflue domestiche il rapporto è di 1,5/2, che corrisponde a una biodegradazione facile. Questo rapporto può arrivare al valore di 2,5/3 senza che nella vasca di ossidazione si verifichino problemi particolari.

Nel fango presente in una vasca di ossidazione si forma una piccola comunità di microrganismi in cui si possono trovare i decompositori (batteri, funghi) che ricavano l’energia per il loro sviluppo dalla sostanza organica disciolta nel liquame, e i consumatori (flagellati, ciliati, metazoi, rotiferi) che predano i batteri dispersi e altri organismi.

La presenza nei liquami in ingresso oppure nei reflui conferiti tramite autobotte di sostanze tossiche può determinare la riduzione o addirittura il blocco del reattore biologico. Gli effetti sono la riduzione della qualità dell’effluente in uscita, e un aumento dei costi depurativi per il ripristino delle normali condizioni di funzionamento. Effettuando un test denominato OXIGEN UPTAKE RATE, conosciuto con l’acronimo OUR test, si può verificare il consumo di ossigeno della biomassa, a seguito dell’immissione di un refluo. Il valore di questa misura viene generalmente espresso come: S OUR= mgO2/g*hr. (OVVERO OUR SPECIFICO) dove il termine g  è riferito alla concentrazione di solidi in g nel fango attivo. Per un periodo di circa quindici anni ho effettuato queste prove, dato che sugli impianti dove ho lavorato vi erano sezioni di impianti di trattamento di reflui provenienti dalla ripulitura delle fosse imhoff ancora molto diffuse sul territorio.

Si tratta di un test di misura di consumo dell’ossigeno molto semplice. Che si conduce inserendo in una beuta un tubicino che insuffla aria (è sufficiente un piccolo compressore da acquario con diffusore poroso); e una sonda per la misura dell’ossigeno disciolto. Nella beuta viene messa un’ancoretta magnetica e la si pone su agitatore magnetico. La sonda viene inserita in un tappo di gomma rossa forato per fare in modo che sia a tenuta di aria. Si tratta di una prova di respirazione a “respirometro chiuso”.   Dopo l’effettuazione di diverse prove, avevo stabilito di lavorare su una quantità in volume di fango pari a 300 ml.  Quando si doveva testare un refluo trasportato da autobotte, oppure valutare preventivamente se poterlo ricevere la quantità totale era pari a 220 ml di fango della vasca di ossidazione e 80 ml di refluo da testare. Areavo il liquame fino ad avere nella beuta una concentrazione di ossigeno disciolto di circa 6 mg/L e iniziavo la lettura del consumo di ossigeno ad intervalli di 15 secondi per un tempo totale di 5 minuti.

Questo parametro definito appunto come S OUR (ovvero OUR specifico) veniva rapportato con i seguenti valori:

S OUR <0,1 il refluo aggiunto è tossico;

S OUR ≤ 0,35 deve essere ripetuta la prova;

S OUR > 0,35 il refluo è idoneo al trattamento biologico.

 Come detto prima le condizioni di prova sono state stabilite nel tempo effettuando diversi aggiustamenti, sia in termini di volume che di tempo per la prova. Una procedura identica veniva effettuata nel caso si volesse integrare il funzionamento dell’impianto in condizioni di scarsità di carico organico, magari con aggiunta di reflui ad alto tenore di carbonio quali residui di lavorazione della birra che sono certamente appetibili per i microrganismi, ma il cui dosaggio deve essere accuratamente valutato. In questo ultimo caso è sempre preferibile non fermarsi alla fase di prove di laboratorio e organizzare una serie di prove tramite impianto pilota. La biomassa aerobica contenuta nel fango consuma rapidamente ossigeno se viene alimentata con reflui rapidamente biodegradabili. E i reflui civili normalmente soddisfano questa condizione. In qualche situazione invece, per inconvenienti di vario genere, mi sono trovato in difficoltà. In un caso per un refluo inquinato da idrocarburi per la rottura di una caldaia alimentata a gasolio: il gasolio fuoriuscito era finito nella fossa settica. In un secondo caso per un refluo che era un cocktail incredibile di residui per la pulizia e di olio lubrificante per auto. Un terzo caso per la massiccia presenza di residui di materiale per le lettiere dei gatti (situazione di cui ho già scritto sul blog). In questo caso era ardua la discussione con gli operatori dello spurgo. Trattandosi di materiale conferito in autobotte e non proveniente da condotta fognaria, era per definizione legislativa un rifiuto. Noi respingevamo il carico facendolo proseguire fino ad una azienda specializzata per il trattamento dei rifiuti allora catalogati come tossico-nocivi, con la quale avevamo una convezione. Il carico doveva proseguire dalla zona di Varese fino in Brianza. Questo scatenava discussioni infinite, che potevano durare ore. Ovvio che io non recedessi dalla mia decisione. Ripetevo il test anche tre volte, ma era un’impresa non facile convincere gli operatori. Senza contare che sarebbero stati addebitati costi aggiuntivi per la nuova codifica del rifiuto, che da assimilabile cambiava tipologia.

Nonostante il test fosse sufficientemente rapido, molto spesso i conducenti delle autobotti che effettuavano le operazioni di spurgo erano soliti pressarmi perché erano costantemente in corsa contro il tempo. Io ovviamente dovevo mediare e dovevo cercare di essere molto paziente.

Ma ad uno di loro che era sempre particolarmente frenetico combinai un piccolo scherzo.  Mi feci portare il campione una seconda volta e iniziai la misura con lui presente. Assunsi un’aria perplessa e nel frattempo pronunciavo frasi di questo tipo: “Questa è una cosa che non ho mai visto” e “Ma qui proprio non ci siamo”.

Quando lo vidi sbiancare buttai la maschera e gli feci capire che non era il caso di avere sempre tutta questa fretta, considerato che per facilitare le operazioni di conferimento il test era stato standardizzato a cinque minuti. Gli chiesi anche se nell’intimità avesse la tendenza a sempre essere così veloce. Forse rischiai che la faccenda finisse male. Ma alla fine capì e ci facemmo una bella risata. La piccola lezione gli era servita. Il servizio di ricevimento di reflui da fossa biologica ora è stato centralizzato nella zona sud della provincia di Varese. Ovviamente questo ha ulteriormente provocato i mugugni degli operatori dello spurgo, soprattutto del nord provincia. Da questa vicenda io ho tratto molte riflessioni, sulla gestione dei rifiuti anche nelle nostre case, sull’importanza di essere intransigenti.  La corretta gestione dei rifiuti direi che dovrebbe essere norma primaria per tutti. Ogni tanto incontro la “vittima” del mio scherzo. Regolarmente andiamo al bar per un caffè e invariabilmente mi definisce un rompiscatole. Io lo ammetto senza nessun problema. Ero allora un giovane tecnico della depurazione che usava una chimica pratica e che affrontava i primi problemi a cui doveva dare una soluzione rapidamente. Un periodo davvero molto formativo, sia sul piano professionale che personale.

Energia al metro quadro.

24 December, 2022 - 16:33

Luigi Campanella, già Presidente SCI

Che ai combustibili fossili debbono essere progressivamente sostituite alternative più rispettose dell’ambiente è un dato ormai acquisito. La scelta fra le alternative non è semplice ed una risposta equilibrata non è facile. Molti sono gli elementi da considerare: da quelli economici a quelli relativi alla disponibilità delle materie prime. Un recente studio di OurWorldinData ha considerato un nuovo ed insolito, ma importantissimo parametro, cioè il consumo di suolo misurato in mq per megawattora annui, m2/MWhanno. I valori riportati sono 0,7 per il nucleare (circa 30 volte meno del carbone), 1.8 per il gas, 1.9 per il fotovoltaico, 12 per l’idroelettrico,14 per il fotovoltaico a terra, 24 per il carbone e 25 per il solare. A margine di questo studio viene rilevato che i pannelli solari posizionati in terra consumano più suolo di quelli sul tetto e che per i materiali del fotovoltaico il cadmio consuma meno suolo del silicio. Il risultato a favore del nucleare non considera gli aspetti di sicurezza ambientale: meno suolo consumato, ma quali rischi per l’ambiente e quali soluzioni per limitarli?


Il discorso si fa più complesso ma il riconoscimento al nucleare di energia pulita assegnato in questi giorni dall’UE può costituire una forte spinta in favore di questa forma di energia. Sulla quale anche la Chiesa è di recente intervenuta, secondo il pensiero di Papa Francesco che ci ha abituato a questi interventi su tutti gli aspetti della nostra vita, superando i limiti degli argomenti tradizionalmente più vicini alla Chiesa. Di recente così attraverso il proprio Dipartimento/Dicastero di competenza, il Vaticano ha detto la sua in tema di energia a partire dalla Pacem in Terris di Giovanni XXIII e dalla forte spinta ecologica contenuta nella Enciclica Laudato sì. Questa ha contribuito in modo significativo alla presa di coscienza di recuperare il valore della cura al pianeta ammalato. La Santa Sede ha sempre guardato alla tecnologia senza pregiudizi o schemi ideologici, puntando sull’integritá della persona e sul suo sviluppo integrale. Ed ora lo stesso atteggiamento viene applicato al caso del nucleare. Così ne viene condannata l’applicazione a scopi bellici considerandone in questo caso persino immorale il solo possesso. Allo stesso tempo per la Chiesa sul piano. delle applicazioni per scopi civili ne giustifica l’uso fatte salve la sicurezza e l’impatto ambientale zero. Che poi rispetto al parametro tempo la soluzione del problema energetico affidata ad una o più centrali nucleari, la cui costruzione richiede un decennio da trascorrere in carenza di risorse energetiche, sia certamente tardiva e non rispondente al superamento di un’emergenza è un altro discorso. Eolico e Fotovoltaico rappresentano soluzioni tecnologicamente mature e realizzabili in tempi molto più ridotti ed anche meno impattanti per gli aspetti di sicurezza. Papa Francesco sul tema dell’energia è tornato parecchie volte per sollecitare la soluzione a favore dei più deboli, più poveri, più esposti, che non hanno le risorse per trovarla, ma lo  ha fatto sempre con il dubbio dello scienziato aperto a nuove scoperte e nuovi risultati. Questo significa che laddove i dati scientifici da cui si parte non siano esaustivi è richiesta una ulteriore riflessione su benefici e rischi a livello ambientale e sanitario. Transizione ecologica, cambiamenti climatici, pace internazionale vanno affrontati insieme; ogni soluzione locale sarà solo un palliativo che non risolve nulla.  

La SCI da grande.

21 December, 2022 - 22:33

Claudio Della Volpe

La Società Chimica Italiana esiste dal 1909; ora poco più di un secolo forse non sono molti anni per una associazione culturale. Altre società scientifiche, come la Royal Chemical Society, esistono da prima, nel caso specifico dal 1841 o perfino la Royal Society esiste dal 1665, oltre tre secoli.

Diciamo che nel complesso la SCI è una “giovane” associazione scientifica.

Ci si potrebbe a ragione chiedere cosa voglia diventare da grande.

Al momento essa raccoglie poco più di 4000 soci che sono in modo dominante di ambiente universitario; sia i soci di provenienza scolastica che industriale sono minoritari; tuttavia occorre dire che la componente scolastica svolge un ruolo importante soprattutto nelle discussioni e nelle iniziative sulla didattica, mentre la componente industriale di fatti domina in altri ambiti, forse più “profondi”; il fatto che la rivista storica abbia come titolo “La Chimica e l’Industria”, dopo tutto non è un caso, nel senso che il grande pubblico identifica la Chimica come la scienza applicata alle massicce produzioni industriali di molti beni.

Lo sviluppo tumultuoso della chimica a partire dall’inizio del 900 ha segnato un periodo con due guerre mondiali e nel secondo dopoguerra un’epoca che alcuni autori chiamano l’epoca della sintesi.

La chimica con le sue rivoluzionarie conquiste, a partire dalla sintesi dell’ammoniaca a quella della gomma sintetica e dei polimeri, ha rivoluzionato una società che era basata su risorse e materiali di origine essenzialmente naturale; in un primo momento questo ha liberato l’umanità da problemi millenari, a partire dalla fame e dalle epidemie; ma le soluzioni prospettate, sebbene continuino ad essere almeno in parte efficaci, han mostrato pian piano il loro aspetto peggiore; un nostro socio napoletano non più in vita diceva che la Natura ha sempre due corni, è contraddittoria.

Dalla metà del secolo scorso la Chimica è diventata una scienza “nemica” del grande pubblico; un ruolo che nemmeno la fisica della bomba atomica aveva svolto; in Italia la crescita dell’industria chimica nel secondo dopoguerra ha concluso un ciclo iniziato nel primo novecento ed ha lasciato dietro di se un numero elevato di siti contaminati, ben 57, scrupolosamente elencati nella legge 152/2006; una fetta di territorio pari al 3% del totale è oggi inquinata in modo tale che la sua ripulitura non è stata ancora effettuata anche per i costi , ma spesso per la mancanza di metodi efficaci. L’ultimo caso è stato in Italia quello del PFAS, i composti perfluorurati usati nell’industria tessile, ma non solo, che hanno inquinato non solo i territori ma anche i corpi di centinaia di migliaia di persone.

E non basta; esistono luoghi inquinati come le spiagge bianche di Rosignano, che in modo inatteso sono diventate perfino una attrazione turistica, nonostante gli strali che alcune associazioni ambientaliste e mediche (non ancora chimiche) han provato a lanciare.

In tutto ciò, tuttavia, c’è una costante; su questi temi la nostra associazione viaggia a traino; non ci sono stati casi, almeno a mia conoscenza, di iniziative di denuncia di inquinamento, di rischio chimico in cui la SCI sia stata alla guida o se volete almeno fra i capofila del movimento di denuncia o delle iniziative di cambiamento. Nei grandi incidenti chimici, chessò l’ultimo che mi viene in mente, l’incendio della Nitrolchimica, nessun pronunciamento; eppure altri, altre società scientifiche lo hanno fatto.

Perfino sul clima, la cui crisi ha una chiara origine “chimica” nel senso che sono i prodotti della combustione dei fossili a fare da gas serra, la SCI ha stentato a dire una parola chiara; tuttavia su questo tema occorre riconoscere che, dopo una iniziale titubanza, c’è stata una tipologia di iniziativa, una commissione che ha redatto una posizione pubblica scritta e priva di ambiguità, una cosa che in ambito scientifico si chiama un “consensus paper”, una presa di posizione pubblica su temi importanti; è certo stata una iniziativa importante e lodevole, che avrebbe potuto dare la stura ad altre iniziative simili sui vari temi che coinvolgono la Chimica preso l’opinione pubblica.

James Hansen climatologo della NASA arrestato nel 2009 per blocco del traffico durante una manifestazione contro la riapertura di una miniera di carbone.

Ma non ce ne sono state e non ce ne sono ancora le premesse.

Certo a livello mondiale abbiamo avuto molti accordi internazionali di argomento chimico: a partire dall’accordo di Stoccolma sui terribili 12, le sostanze di sintesi più inquinanti, gli accordi sui metalli pesanti, l’accordo di Montreal, e la successiva modifica di Kigali, gli accordi di Parigi sul clima, gli accordi per il controllo delle armi chimiche. Ottime iniziative ma sempre avvenute su una base esogena per così dire; certo un altro esempio virtuoso che ha dato la chimica è stato il ruolo dei chimici nella scoperta del “buco dell’ozono” e delle successive misure concordate a Kigali. In quel caso “alcuni” chimici hanno avuto un ruolo determinante.

Oggi abbiamo varie emergenze planetarie ed anche relative al nostro paese: clima, energia e risorse minerarie, produttività agricola con inquinamento da composti di fosforo e azoto, scomparsa di specie viventi catalizzata dall’inquinamento, inquinamento della plastica nei mari e nel suolo, carenza del riciclo.  In tutti questi argomenti ci sono certamente “alcuni” chimici che fanno da battistrada; dimenticandone tanti altri cito Vincenzo Balzani e Nicola  Armaroli fra i nostri iscritti; ma manca appunto quell’afflato di gruppo, quell’impostazione che porterebbe la Società come tale a schierarsi, a prendere posizione, ad abbandonare una impossibile “neutralità” scientifica. La Scienza non può essere neutra, pensare che possa essere neutra è sbagliato, la scienza deve schierarsi sulla base di quello che sa e contribuire a dare dritte sulle scelte sociali, al prezzo di scontentare alcuni. E questo è il compito che aspetta la SCI da grande, scontentare alcuni per accontentare la scienza che studiamo e amiamo e con essa le esigenze della società nel suo complesso non di una sua parte, casomai più potente o più interessata alla Chimica come strumento produttivo.

Prima dell’incendio. Ricordi del Museo di Chimica di Liebig.

19 December, 2022 - 06:20

Roberto Poeti

Ho visitato il Museo di Justus von Liebig a Giessen nel 2012. Fui fortunato, perché quella mattina i visitatori erano quasi assenti e il Prof. Manfred Kroeger, membro del C.d.A. della società Justus Liebig di Giessen, che si trovava lì in quel momento, fu tanto gentile da farmi da guida per l’intero complesso del Museo. Fu una occasione unica per apprezzare la ricchezza del museo che solo un chimico come il Prof. Kroeger sapeva far esaltare. La notizia dell’incendio che è scoppiato nell’ala “nuova” del complesso mi è apparsa in tutta la su tragicità quando è stata pubblicata la prima foto scattata, dopo che l’incendio è stato domato, martedì mattina del  6 dicembre 2022.  

La parte frontale dell’aula magna, dove era collocato il grande bancone per le lezioni dimostrative, gli arredi della parete, nonché parte dei banchi sono andati distrutti. Possiamo avere un’idea del danno se confrontiamo l’immagine con le foto da me scattate durante la visita.

Come possiamo vedere dalla pianta del complesso museale, riportata di seguito, l’aula magna è in comunicazione con il laboratorio di analisi, che a sua volta è messo in comunicazione con il laboratorio farmaceutico, la biblioteca e la sala delle bilance. Questi ambienti, soprattutto il laboratorio di analisi, sono stati danneggiati dalla fuliggine, dalle alte temperature e non da escludere dall’acqua. Se c’è un luogo che rappresenta il cuore di tutto quanto il museo, questo è il laboratorio di analisi. La sua costruzione risale al 1839. Si aggiungeva al vecchio laboratorio dove Liebig lavorava dal 1824. L’Università di San Pietroburgo aveva offerto una cattedra di chimica a Liebig con un salario che era più del doppio di quello percepito a Giessen.  Liebig rimase a Giessen ma ottenne in cambio che venisse ampliato l’istituto con una nuova ala che comprendeva anche il nuovo laboratorio di analisi.    

Il nuovo laboratorio venne costruito secondo le indicazioni di Liebig. Occupava un ampio spazio, era dotato di un sistema di cappe aspiranti e di banchi da laboratorio distribuiti in modo che si potesse svolgere sia un intenso lavoro di analisi, sia quello di insegnamento. Divenne un modello di laboratorio che August Wilhelm von Hofmann, che aveva studiato chimica con Liebig, definì “la madre di tutti gli istituti chimici del mondo intero”. Liebig perfezionò in questo laboratorio un metodo di analisi elementare delle sostanze organiche, inventando l’ingegnoso sistema a cinque bolle per assorbire la CO2, chiamato anche “Kaliapparat”, che oggi è rappresentato nel logo della Società Chimica Americana. L’importanza di questo piccolo apparato può essere compresa da un semplice confronto: Berzelius, che Liebig stesso aveva elogiato come il più abile sperimentatore del tempo, era riuscito ad analizzare 7 sostanze in 18 mesi, usando il vecchio metodo. Liebig analizzò 70 sostanze in 4 mesi. Era come se un pedone cercasse di competere con una automobile molto veloce.

 L’aula magna con il laboratorio adiacente sono ripresi in questo film che ho montato e pubblicato su YouTube:

Veduta interna del laboratorio chimico di Justus Liebig

Il laboratorio chimico di Justus Liebig nell’Università tedesca di Giessen fu uno dei più importanti e famosi di tutto il secolo XIX, divenne così famoso il suo laboratorio che non solo vi fecero pratica chimici di tutta Europa, ma accolse anche chimici dall’America. Il dipinto del 1840, che appartiene alla quadreria del museo, è una delle illustrazioni più famose della chimica classica, mostra in modo efficace l’attività che si svolgeva, era un’immersione in un ambiente internazionale, orientato alla ricerca pura, ma non alieno da applicazioni pratiche.  Vi sono rappresentati in modo realistico diversi chimici: in posa all’estrema sinistra è il messicano Ortigosa, le cui analisi avevano corretto certe ricerche dello stesso Liebig, nella  mano stringe il “Kaliapparat”; in piedi intorno al tavolo di sinistra stanno discutendo W. Keller, poi farmacista a Filadelfia, e Heinrich Will, che sarà il successore di Liebig a Giessen; all’estrema destra E. Boeckmann sta scaldando il fondo di una provetta sotto gli occhi di August Hofmann: il primo diventerà direttore di una fabbrica di coloranti inorganici, il secondo fonderà due scuole di chimica importanti, prima a Londra e poi a Berlino.

Dalla Enciclopedia Treccani ho tratto questo significativo passaggio di Marco Beretta alla voce “L’Ottocento:  Chimica e istituzioni”:

« Una cittadina provinciale [Giessen] di poco più di 5000 abitanti la cui unica risorsa erano gli studenti, per di più situata in uno Stato relativamente periferico nella galassia degli Stati tedeschi, non sembrava promettere un grande avvenire alle ambizioni di Liebig di creare una scuola e un laboratorio di chimica quantomeno dignitosi. Le cose, come è noto, andarono diversamente e in pochi anni il suo laboratorio divenne la capitale della chimica mondiale, sottraendo prestigio e autorità alle più celebri scuole di Berzelius, Gay-Lussac e Davy. Studenti di tutti i paesi e di tutti i continenti furono attratti dalla capacità sperimentale e dai metodi innovativi di insegnamento adottati da Liebig. Vi studiarono infatti i francesi Wurtz, Charles Frédéric Gerhardt e Henri-Victor Regnault, i britannici Alexander W. Williamson, Lyon Playfair e James Muspratt, il messicano J.V. Ortigosa e i tedeschi Wöhler, Kopp, August Wilhelm von Hofmann, Volhard, Friedrich August Kekulé per non  citare che i nomi più noti [  Furono allievi di Liebig anche diversi chimici italiani. Ascanio Sobrero frequentò il laboratorio di Giessen nel 1843 dove isolò allo stato puro il guaiacolo ] . Cosa può aver indotto 194 studenti ‒ tanti furono gli stranieri che a vario titolo frequentarono il laboratorio di Liebig tra il 1830 e il 1850 ‒ a spingersi fino a Giessen quando, standosene a Londra o a Parigi, avrebbero potuto disporre di sedi ben più attrezzate e moderne, lo spiega lo stesso Liebig: gli ingredienti principali del successo erano il rapporto di stretta collaborazione che egli era capace di instaurare con ciascuno studente, e la libertà, sia pur guidata, dei loro programmi di ricerca sperimentale. Per completare il quadro si può aggiungere la totale mancanza di distrazioni che offriva Giessen.»

Come si può vedere dall’immagine, il laboratorio si è conservato integralmente. Non c’era il camice da lavoro, si vestiva in tait, come usava anche Liebig. Non c’è da meravigliarsi se si pensa che in tait operavano all’epoca i chirurghi durante le esercitazione con gli studenti nelle aule anatomiche.

Nel complesso museale si è conservato il vecchio laboratorio, indicato con il n°1 nella pianta, che venne colpito da un bombardamento durante la seconda guerra mondiale, per poi essere ripristinato. Non è stato toccato questa volta dall’incendio. È interessante un confronto tra nuovo (1839) e il vecchio laboratorio (1824) per capire il salto compiuto nella organizzazione del laboratorio chimico da Liebig.

Liebig lavorò in questo laboratorio all’inizio con 9 e più tardi 12 studenti. Qui è dove ha posto le  fondamenta della chimica organica. Nel mezzo della stanza è collocata un forno, ricostruito secondo la vecchia pianta, dotato di apparecchiatura del periodo. Il fuoco nel forno era alimentato con carbone; la fiamma di “spirito”, o alcol, era riservata per i lavori più importanti. Non c’erano cappe aspiranti. Se necessario le finestre e le porte esterne erano aperte per creare ventilazione. Si può immaginare che questo veniva fatto di rado durante l’inverno. Già a quel tempo gli esperimenti erano fatti usando sostanze più o meno pericolose, ma impiegando generalmente una larga quantità di sostanza rispetto a quella che sarebbe necessaria oggi. Una difficoltà aggiuntiva era che a quel tempo i chimici dovevano produrre tutti i necessari reagenti da loro stessi o isolarli da prodotti commerciali disponibili grezzi. Questa procedura, per esempio la distillazione di acidi, era eseguita nel piccolo forno, il quale era equipaggiato da una cappa aperta ai lati. È comprensibile che questa mancanza di condizioni igieniche chimiche erano dannose alla salute dei chimici, molti dei quali soffrivano inevitabilmente di problemi di salute cronici.  Lettere dai chimici in quel periodo confermano che essi stessi consideravano i loro frequenti problemi di salute come “malattie professionali”.

Parlano di malattie della pelle, condizioni asmatiche (Liebig), disturbi di stomaco e altre. Anche il sistema nervoso soffriva. Sono descritte fasi di profonda depressione, e generalmente una irritabilità costante viene documentata, per la quale Wohler conia il nome “isteria dei chimici”.

Con il nuovo laboratorio si sanano molte situazioni igieniche e i disturbi associati all’attività del chimico in gran parte scompaiono. È un altro grande merito di Liebig.

Conclusione

Il Museo di Liebig   è una testimonianza storica, per tutto quello che abbiamo visto, di enorme valore. Non a caso è stato candidato per essere dichiarato Patrimonio dell’umanità. Ci auguriamo che possa essere recuperato e restituito ai chimici, e non solo, di tutto il mondo.

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