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Il Santo Graal del riciclo della plastica.

In evidenza

Claudio Della Volpe

C&N ossia Chemical and Engineering news è una della più brillanti riviste divulgative ed informative di Chimica; curata dall’ACS, la American Chemical Society, la potremmo considerare la sorella maggiore de La Chimica e l’Industria. Ha un settore ampio dedicato proprio alla divulgazione dove sforna figure come questa che vi mostro fatta da Andy Brunning (April 19, 2018 | APPEARED IN VOLUME 96, ISSUE 17):


Vi dà un’idea immediata della situazione del riciclo della plastica (a livello americano e mondiale, guardate i dati con attenzione nelle due colonne), che è stata il tema della recente Giornata della Terra del 22 aprile.

Per fare una cosa del genere ci vuole conoscenza sia della Chimica che della Comunicazione, e anche una abilità grafica e persone che vi si dedicano; eh già direte voi ma dove le troviamo noi? Questo blog si fonda su alcuni volontari quasi tutti pensionati (lo 0.3% degli iscritti SCI e non tutti sono iscritti) che lavorano gratis e C&I ha una redazione fatta da 1 persona a tempo pieno; non azzardo ipotesi sulle cause, mi accontento di considerare le conseguenze disastrose in cui è facile ricevere critiche, ma molto più difficile avere una mano dai medesimi colleghi che criticano: provate voi a scrivere un post, colleghi criticoni, giuro che sarà pubblicato. Ma torniamo al riciclo.

Come vedete dalla grafica la situazione mondiale è tragica; dei 6.3 miliardi di tonnellate di plastica prodotte fra il 1950 e il 2015 solo il 9% è stato riciclato e in effetti buona parte è stato disperso in ambiente, è da questi 6.3 miliardi di ton che arrivano le isole della monnezza dell’oceano. La situazione del riciclo americana è tremenda dato che al massimo riciclano meno del 20% (in media il 9), mentre la situazione europea ed italiana è un poco meglio, siamo in media quasi al doppio.

Dai dati, discussi al recentissimo show del riciclo, PRS, si evince che l’Europa (che ha l’ambizioso progetto di riciclare la plastica completamente dal 2030) ricicla al momento il 41% circa del totale dei rifiuti di plastica.

Se fate il confronto con il riciclo del ferro (>40%), del vetro (80%), dell’alluminio (75% dell’ alluminio mai estratto è ancora in circolazione), Piombo (>60%), della carta (56%) o di sua maestà l’oro che è il materiale più riciclato (chissà perchè?! Si calcola che l’85% di tutto l’oro estratto nella storia umana sia ancora in circolazione) la plastica nella sua media è piazzata veramente maluccio. D’altronde è anche l’ultima arrivata fra tutti i materiali che ho nominato, è un prodotto di massa da pochi decenni, l’alluminio lo è da ben più di un secolo e il ferro o il vetro lo sono da parecchi millenni! I tempi di maturazione delle tecnologie non sono così veloci dopo tutto.

La decisione della Cina di bloccare l’importazione dei rifiuti in plastica ha messo in crisi il giovane apparato industriale di riciclo plastica dell’Europa; l’Europa produce all’incirca un quinto del totale della plastica mondiale (60Mton su 330).

(dati da https://www.plasticseurope.org/application/files/5715/1717/4180/Plastics_the_facts_2017_FINAL_for_website_one_page.pdf)

Solo nel 2016 per la prima volta il riciclo europeo ha superato la discarica, (31% a 27%) ma ATTENZIONE; l’industria considera riciclo “energetico” anche bruciare la plastica, un affare (a mio parere) ecologicamente assurdo che recupera solo una frazione del totale dell’energia immessa nel ciclo e che in realtà serve a mascherare il fatto che il grosso della plastica NON viene riciclata per problemi tecnici, il PVC e il PP per esempio sono di fatto non riciclabili o lo sono poche volte, e nonostante le loro proprietà tecnologiche notevoli non dovrebbero trovare posto nella nostra produzione se non in settori di nicchia (applicati solo in usi di lunga durata, non in altri) mentre fanno la parte del leone.

Quali sono i tempi di uso della plastica? Molto variabili da 1 a 50 anni a seconda dei casi e occorrerebbe evitare di usare in usi dai tempi corti materiali NON riciclabili; per esempio mi risulta che la schiuma di PP come imballaggio sia una sciocchezza: vive pochissimo e non è riciclabile, al massimo la bruciano. Se è così è una assurdità.

Il recupero energetico della plastica (al momento) è un affare solo a certe condizioni: da noi in Italia grazie ai notevoli supporti economici statali verso gli inceneritori: il caso CIP6 in Italia ne è una dimostrazione palese; una scelta che ha deformato il settore energetico, facilitando la costruzione di giganteschi impianti di incenerimento che costituiscono investimenti di lungo periodo e che hanno senso solo pensando a voler continuare a bruciare e non a riciclare; sono i proprietari di questi impianti a combattere una battaglia CONTRO le rinnovabili.

In altri paesi che si sono affidati al “mercato”, (seguendo la più grande bufala concettuale mai inventata ossia che il mercato oligopolistico attuale sia un mezzo efficiente di allocazione delle risorse, posizione che non ha alcuna dimostrazione teorica seria) cosa succede?

In Germania ci sono molti impianti che a causa della riduzione dei consumi nel periodo della crisi e con l’aumento sia pur lento del vero riciclo hanno conosciuto un deficit di offerta. Per riempire il deficit alcuni impianti tedeschi importano regolarmente rifiuti da Italia, Irlanda, Gran Bretagna e Svizzera. La Germania non è l’unica nazione a importare immondizia altrui: la Svezia anche importa rifiuti per alimentare i proprii impianti di generazione termoelettrica mano a mano che i residenti riciclano sempre più: nel 2014 la Svezia ha importato 800.000ton di rifiuti. Se vi sembra una politica “ecologica”!

Considerate infine che il “recupero energetico” della plastica NON elimina le scorie (da recupero fumi) e le ceneri , che rappresentano una quota significativa (5-10%); queste sono poi rifiuti tossici e dunque anche complessi da smaltire e a volte finiscono in discariche speciali.

La realtà è che occorre cambiare strada, e prima di tutto cambiare plastica; o si inventano metodi di riciclo efficienti per materiali come PVC o PP o si rinuncia ad essi: so che molti storceranno il naso. Lo ripeto: prodotti tecnologicamente notevoli ma attualmente non riciclabili come il PVC od il PP che di fatto sono pochissimo riciclati per vari problemi (in genere esistono le tecnologie ma sono costose e poco diffuse), bene per questi o si aggiornano le tecniche oppure occorre passare ad altri prodotti come il PET o altri ancora che consentirebbero proprietà meccaniche E riciclo completo o quasi.

Basterebbe una legge mondiale di un solo articolo: è vietato produrre polimeri che non si possano concretamente riciclare a costi ed in condizioni ragionevoli. La plastica non riciclabile si può usare solo per applicazioni limitate e durature e chi la produce ne deve garantire lo smaltimento a sue spese.

Vi presento una scoperta di questi giorni che affronta il problema in modo radicale e che secondo me potrebbe, se confermata, riconciliare tecnologia e ambiente.

Si tratta del 3,4-T6GBL, una sigla che nasconde un intelligente derivato del γ-butirrolattone; quest’ultimo è un lattone ciclico, un estere ciclico di formula:

sulle cui proprietà di solvente e anche di droga ci sarebbe molto da dire, ma al momento ci concentriamo sul fatto che un polimero basato su questo monomero esiste già e non ha proprietà notevoli.

Alcuni anni fa Eugene X.-Y. Chen all’Università del Colorado pubblicò un lavoro sulla possibilità di ottenere un polimero dalla reazione di apertura del ciclo del GBL, a sua volta ottenibile dallo zucchero. Ma la reazione che proponevano era difficile da realizzare su ampia scala a causa del fatto che occorreva gestirla a -40°C o meno e inoltre il polimero così ottenuto era poco stabile e aveva basso peso molecolare come anche proprietà fisiche e meccaniche che ne limitavano l’uso pratico.

Nel frattempo un gruppo dell’Università di Yamagata aveva provato una nuova strada, polimerizzare non il GBL ma un suo derivato ottenuto fondendo il suo ciclo con quello del cicloesano e i cui risultati vedete rappresentati nella figura seguente.

Polymer Journal

Vol.46  No.2 (2014)   pp.89 – 93

Questa sintesi non produsse risultati utili, ma diede l’idea ai ricercatori del Colorado di sfruttare una sintesi simile ma con un nuovo obiettivo che vedete rappresentato nella parte centrale della figura seguente, con lo spostamento dell’afferraggio dell’anello a 6 termini in posizione 3-4 e che ha consentito di realizzare un nuovo polimero molto interessante.

Il nuovo polimero si può ottenere in forma ciclica o lineare con peso molecolare fino ad 1 milione di dalton, quindi con migliaia di monomeri; può essere rapidamente depolimerizzato a temperature accettabili (inferiori a 200°C) con l’aggiunta di un catalizzatore a base di cloruro di zinco; il polimero ottenuto usando i due enantiomeri del monomero ha proprietà eccellenti; la resistenza a rottura è dell’ordine di quella del polipropilene; il limite principale è che la sintesi del nuovo monomero a partire dalla anidride dell’acido trans-1,2-ciclo­esancarbossilico appare costosa e dunque occorre un ulteriore passo verso una diversa sorgente.

Sembra dunque una scoperta molto interessante che potrebbe fornire un polimero termoplastico “ideale”, una sorta di Santo Graal del riciclo plastica, in grado di essere polimerizzato e depolimerizzato in condizioni tali da non esserne danneggiato e di mantenere proprietà meccaniche di primo ordine nella sua forma pratica anche dopo un numero indefinito di ricicli. In questo modo basterebbe un catalizzatore poco costoso per depolimerizzare il materiale di un oggetto qualunque ottenuto dal nuovo polimero e riforgiare una molecola perfettamente identica, senza danni significativi dal processo di depolimerizzazione, come invece avviene attualmente in altri casi di polimeri termoplastici. Il futuro ci dirà se questa scoperta può aiutarci nello sviluppo di una plastica effettivamente riciclabile e con proprietà analoghe se non superiori a quelle del PET e di altri polimeri canonici.

Nel frattempo pensateci anche voi (sia a nuovi polimeri riciclabili che a scrivere qualcosa per il blog).

https://cen.acs.org/materials/polymers/Strong-stable-polymer-recycled-again/96/i18

Zhu et al., Science 360, 398–403 (2018)         27 April 2018

Oggi 25 aprile non ho testi.

In evidenza

Claudio Della Volpe

Non ho testi da pubblicare; eh si capita che il ritmo si rallenti, che le parole si fermino; e allora ci si rivolge al passato, ci si ferma a pensare .

Voglio ricordarvi qui due brevi poesie del nostro indimenticato cantore, Primo Levi; la prima la conoscete certamente è quella celeberrima, Shemà:

Ne trovate facilmente il testo completo, scritta il 10 gennaio 1946:

Voi che vivete sicuri
Nelle vostre tiepide case
Voi che trovate tornando a sera
Il cibo caldo e visi amici:
Considerate se questo è un uomo
Che lavora nel fango
Che non conosce pace
Che lotta per mezzo pane
Che muore per un sì o per un no.
Considerate se questa è una donna,
Senza capelli e senza nome
Senza più forza di ricordare
Vuoti gli occhi e freddo il grembo
Come una rana d’inverno.
Meditate che questo è stato:
Vi comando queste parole.
Scolpitele nel vostro cuore
Stando in casa andando per via,
Coricandovi alzandovi;
Ripetetele ai vostri figli.
O vi si sfaccia la casa,
La malattia vi impedisca,
I vostri nati torcano il viso da voi.
10 gennaio 1946

E’ la poesia della denuncia e dell’orrore, scritta nell’immediato del ritorno, piena di patos.

Ce n’è poi una seconda che sempre ha come titolo una parola ebraica, Bereshid, nel principio, la prima parola della sacra scrittura una poesia che Levi scrisse nel 1970 , in occasione della pubblicazione su Scientific American di un articolo sul Big Bang; stavolta sono passati 25 anni dall’orrore e piano piano l’occhio del poeta riesce a staccarsi da quel ricordo e ad ammirare la bellezze e la grandezza della natura; un inno materialistico ma pieno di amore per la natura, per la grandiosa immagine del Big Bang origine di tutto ciò che conosciamo.

Dunque l’alfa e l’omega, dall’orrore umano allo splendore maestoso dell’Universo.

Anche di questa si trova il testo su molte pagine web e dunque non temo di ripubblicarla qui (comunque mi scuso se sto violando una qualche regola), ma come si fa a limitare una poesia con la P maiuscola di un autore che è nel cuore di noi tutti?

 

Fratelli umani a cui è lungo un anno
Un secolo un venerando traguardo,
Affaticati per il vostro pane,
Stanchi, iracondi, illusi, malati, persi;
Udite, e vi sia consolazione e scherno:
Venti miliardi d’anni prima d’ora,
Splendido, librato nello spazio e nel tempo,
Era un globo di fiamma, solitario, eterno,
Nostro padre comune e nostro carnefice
Ed esplose, ed ogni mutamento prese inizio.
Ancora, di quest’una catastrofe rovescia
L’eco tenue risuona dagli ultimi confini.
Da quell’unico spasimo tutto è nato
Lo stesso abisso che ci avvolge e ci sfida,
Lo stesso tempo che ci partorisce e travolge,
Ogni cosa che ognuno ha pensato,
Gli occhi di ogni donna che abbiamo amato,
E mille e mille soli, e questa
Mano che scrive.

 

Levi scrive di tanto in tanto come poeta, “ ad ora incerta” , come titola la sua prima raccolta; e anche noi lo seguiamo in momenti incerti come questi che viviamo.

https://phys.org/news/2015-02-big-quantum-equation-universe.html

Una storia islandese.

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Claudio Della Volpe.

Il mio personale interesse per l’Islanda è cominciato quando mia sorella Irene (che fra parentesi mi batteva sistematicamente a scacchi) ha fatto la sua mossa del cavallo e mi ha regalato, a uno dei miei compleanni, il primo libro giallo di Arnaldur Indriðason; da allora il mio interesse per questa isola lontana e misteriosa è cresciuto e mi sono anche letto quasi tutti i libri di Indridason, che consiglio anche a voi. Nel frattempo mia sorella ci è andata a vedere le balene. Io invece, che pur essendo un ciclista, sono tendenzialmente più sedentario, ho approfondito le questioni islandesi; ed ho trovato una storia che mi ha fatto molto riflettere.

L’Islanda è una isola di 103mila kmq, situata nel Nord Atlantico, riscaldata, oltre che dai vulcani, che ne hanno generato il territorio negli ultimi 20 milioni di anni (terra giovanissima quindi) anche da un (per ora) favorevole contributo della Corrente del Golfo; attualmente abitata da poche centinaia di migliaia di persone (340.000) con una economia sostanzialmente limitata (fra l’altro produce anche alluminio e cloro e li esporta), ha un territorio coperto per il 10% di ghiacci ed una agricoltura esercitata in avverse condizioni climatiche; ma non solo.      

Quando alla fine del 1 millenio dC (ufficialmente dopo l’874dC) i Vichingi scoprirono e colonizzarono l’isola, questa era ricoperta da una foresta di betulle per circa il 25-40% (per un approfondimento del tema si veda: http://www.nabohome.org/postgraduates/theses/nt/NT_PhD_thesis.pdf). Al momento le foreste la ricoprono solo per meno di un decimo di questa superficie e per i tre quinti sono foreste di betulle; questo nonostante un imponente contributo artificiale: dal 1950 gli islandesi piantano più alberi di quasi tutti al mondo, ma le foreste sono cresciute tutto sommato di poco, non è facile farle riscrescere dopo averle distrutte. Anche se gli islandesi sembrano tipi tenaci.
In questa foto, scattata attorno al 1910 in uno dei siti dove oggi si sviluppa un parco nazionale, si vede quello che allora quasi certamente era il più alto albero di Islanda. Foto: Skógræktin/CE Flensborg.

Quando si racconta la storia umana raramente si tiene conto del potenziale distruttivo che pochi individui possono avere in certi contesti delicati; in poco meno di tre secoli una popolazione vichinga stimata in al massimo qualche decina di migliaia di persone rase al suolo l’intera foresta islandese. Essi erano pastori, contadini e pescatori; le loro pecore volevano spazio di pastura ed erano ghiotte delle piantine del principale albero dell’isola, la betulla.

Considerate le zone verde scuro di questa immagine, che rappresentano una stima minimale.
Nel “Libro degli islandesi” una cronistoria della colonizzazione dell’Islanda scritto nel primo 12°secolo, Ari Thorgilsson scriveva che “in quei giorni (NdT ossia prima dell’avvento dei Vichinghi), l’Islanda era coperta di boschi dalle montagne alle spiagge”. A ulteriore riprova di ciò, nel 1300 la chiesa islandese nei suoi documenti riconosceva un particolare valore agli ormai rari territori alberati in terra d’Islanda.
Nella pagina web del servizio forestale islandese http://www.skogur.is/english/forestry-in-a-treeless-land/ si cita un articolo del 2004 che dice:
Fra le prime cose che un visitatore nota usualmente in Islanda ci sono che fa più freddo del paese da cui viene e che mancano le foreste nel paesaggio. Logicamente egli connnette questi due fatti ed arriva alla conclusione che l’Islanda è troppo fredda per le foreste. Questa impressione è spesso rinforzata quando egli vede le “foreste” di betulle spontanee che sono basse e deformi. Comunque oltre un secolo di afforestazione ha dimostrato che questo non è vero, che è l’uso passato del territorio e non il clima a spiegare il paesaggio privo di alberi. Di fatti le foreste crescono in Islanda come in qualunque altro paese del mondo laddove costituiscano una delle maggiori industrie.
La situazione attuale è questa, considerate sempre le ormai rare aree verde scuro:

Indubbiamente la cosa non è stata inusuale nella storia umana, ma in Islanda la deforestazione fu particolarmente grave in quanto la foresta aveva solo alberi di betulla, che, data la voracità verso i loro germogli da parte di pecore e capre, non poterono nemmeno ricrescere dopo l’abbattimento.
La conseguenza di ciò è il paesaggio islandese attuale, un paesaggio in ampia parte desertico pur in presenza di forti precipitazioni; queste e il vento portano via il terreno e rendono dunque impossibile la rinascita delle piante, la deforestazione ha condotto alla desertificazione pur in presenza di acqua e di tutti gli elementi fondamentali della vita contenuti in abbondanza nella roccia vulcanica: un ossimoro, un “deserto bagnato”; che ha reso possibili, pensate un po’, le tempeste di sabbia al circolo polare artico! Si tratta in effetti di un meccanismo di retroazione positiva: la riduzione della primitiva copertura forestale e il continuo attacco da parte delle specie che pascolano e degli uomini che le supportano riduce la possibilità della sua ricrescita, e dunque meno piante ora, meno piante in futuro, fino alla loro scomparsa: il terreno non è una miscela di nutrienti, ma una struttura dinamica, ricca di sostanze organiche e di esseri viventi che ci vivono, insomma è a sua volta una struttura viva (senza fare vitalismo)!
E’ anche un esempio di come i sistemi complessi siano contro-intuitivi.

Cosa hanno fatto gli islandesi moderni per contrastare il fenomeno?
Beh anzitutto si sono resi conto della situazione solo alla fine del XIX secolo. Nel 1882, dopo una tempesta di sabbia particolarmente devastante a est di Reykjavík, il governo decise che la riforestazione e la conservazione del suolo dovevano diventare una priorità.
La sede del Servizio di Conservazione del suolo è stata posta a Gunnarsholt, ad un centinaio di chilometri da Reykjavik, in una fattoria che nel 1882 fu messa in ginocchio da una terribile tempesta di sabbia che sconvolse tutta l’area ad est della capitale. La fattoria e tutto quello che la attorniava fu sepolto dalla sabbia, centinaia di pecore morirono, la vegetazione scomparve e un lago vicino venne completamente riempito dalla polvere.
Gli islandesi hanno iniziato una serie di politiche di riforestazione che però sono culminate solo dopo il 1950; nella seconda metà del XX secolo è iniziata una riforestazione che prosegue al ritmo di alcuni milioni di alberi all’anno; tuttavia questo corrisponde solo a qualche migliaio di ettari all’anno e dunque in totale solo lo 0.5% del territorio nazionale è stato riforestato finora.Tuttavia gli islandesi hanno un collaboratore naturale che è molto utile nel preparare il suolo alla riforestazione introducendo in esso le componenti azotate necessarie: il lupino dell’Alaska (Lupinus nootkatensis) di un luminoso colore viola-azzurro.

La storia di questo lupino e dei benefici e dei conflitti che ha generato sono raccontati su Internazionale (p. 50 Internazionale 1251 | 13 aprile 2018) Invasione viola da Egill Bjarnason.
Lupinus nootkatensis è una pianta pioniera che serve appunto alla colonizzazione dei terreni abbandonati e impoveriti e che è capace come tutte le leguminose di catturare l’azoto atmosferico tramite i batteri del genere Rhizobium che vivono sulle sue radici; per questo motivo negli anni 40 il servizio di conservazione del suolo la scelse come pianta pioniera da usare sui territori da rimboschire il cui suolo presentava gli aspetti deteriorati del terreno sul quale di solito il lupino dell’Alaska attecchisce. L’uso del lupino prepara il suolo arricchendolo di composti azotati e quando, dopo qualche anno, la situazione è sufficientemente migliorata possono spontaneamente subentrare altre specie.
Il progetto di seminarlo nel deserto di lava nera a Nord Est, Holasandur (The Sand of Hills) un deserto fra Husavik ed il lago Myvatn è un progetto umano.

Nell’Holasandur che è attualmente un deserto di 130kmq di sabbia nera le forze distruttive dell’uomo e della Natura hanno giocato per 300 anni riducendolo come è mentre tutto attorno c’è suolo buono e terra fertile. E’ un deserto a qualche centinaio di metri di quota, un “deserto bagnato” sul quale agisce ora un progetto di rimboschimento finanziato dalla vendita di buste di plastica, e che prevede che milioni di semi di lupino siano sistemati colà senza altra azione, senza usare concimi di alcun genere; su uno spazio così ampio e con quelle condizioni atmosferiche il costo dei metodi tradizionali di rimboschimento che prevederebbero concimi di sintesi sarebbe del tutto insopportabile. Comunque è alto anche il costo del metodo di piantare semi di lupino dell’Alaska.
http://www.diamondringroad.com/holasandur.html
Ovviamente il deserto è diventato una attrazione come è, viene visitato da migliaia di persone ed, a torto o a ragione, è una delle attrazioni dell’Islanda moderna, è entrato nella sua cultura profondamente. Ma è giusto lasciarlo così?
La fase di ricostruzione del suolo dura da 15 a 35 anni, durante i quali zone crescenti di territorio vengono letteralmente invase dal lupino; il lupino, anche grazie ai cambiamenti climatici prospera più del dovuto anche dove sarebbe stato inimmaginabile vederlo crescere.
Nel suo lavoro di rimboschimento il servizio statale addetto usa varie piante anche indigene, ma ha scelto l’aiuto fin dal 1940 di questa pianta “estera”. Il Nootka lupin (Lupinus nootkatensins), viene usato in modo crescente in questo progetto nazionale di rimboschimento. Il lupino è una pianta aggressiva , forma strutture dense e compatte e può dominare le altre vegetazioni per 15-35 anni riducendone la ricchezza in specie. Solo quando il terreno cambia il lupino si ritrae consentendo la colonizzazione di altre specie e col tempo la crescita di alberi ne ridurrà lo sviluppo togliendogli letteralmente il sole. E’ sicuramente una pianta efficace ma la sua forza è imprevista; aiutato dai cambiamenti climatici certamente il lupino ha effetti inaspettati che devono essere attentamente gestiti. Come racconta l’articolo di Internazionale la situazione è dinamica; ci sono città dell’Est dell’Islanda che forniscono gratuitamente strumenti per estirpare il lupino mentre in altre zone, soprattutto ad Ovest avviene il contrario; ci sono coloro che amano incondizionatamente il lupino valutando che possa aiutare a rimboschire l’isola islandese una volta verde e ci sono quelli che difendono lo status quo che dopo tutto ha un suo fascino (anche se perverso!).
Voi cosa ne dite?

https://www.nytimes.com/interactive/2017/10/20/climate/iceland-trees-reforestation.html
Rimboschimento islandese: una sfida difficile.
Per approfondire:
http://www.skogur.is/english/history-of-icelands-forests-for-kids/
https://www.cbd.int/doc/world/is/is-nr-01-en.pdf

Ancora chimica e sottomarini. Freon, killer a bordo!

In evidenza

Giuseppe Poeta Paccati

L’8 novembre 2008 si verificò un gravissimo incidente sul sottomarino* nucleare russo K-152 Nerpa della flotta del Pacifico provocata da un’avaria al sistema antincendio a Freon che provocò la morte per asfissia di 20 persone e 41 feriti tra il personale tecnico civile e quello militare.

Sottomarino russo Nerpa (K-152), oggi in dotazione alla marina indiana come INS Chakra

Costruito presso il cantiere di Komsomol’sk-na-Amure (unico sottomarino nucleare russo a non essere in costruzione nei cantieri Sevmaš di Severodvinsk), il sottomarino appartiene alla classe di sottomarini nucleari sovietici dal nome in codice NATO Akula, Progetto 971 Ščuka-B ed era destinato ad essere ceduto in leasing alla marina indiana.

I battelli di questa classe sono in grado di attaccare con successo sia gruppi di unità navali ostili (subacquee e di superficie), sia installazioni terrestri. Grazie ai due scafi in acciaio amagnetico più distanziati del normale, in caso di incidente, hanno una maggiore probabilità di evitare danni allo scafo interno che è, a sua volta, diviso in otto compartimenti. Dotati di un reattore nucleare OK-650B da 190 MW (100’000 hp) per la propulsione che consente una velocità di 20 nodi in emersione e 35 in immersione, sono costruiti con materiali e tecnologie pensate appositamente per rendere minima la loro traccia acustica e renderli più difficilmente localizzabili in immersione.

L’unità incrociava nel golfo di Pietro il Grande, una vasta insenatura lungo la costa russa nell’estremo oriente, situata nella parte nordoccidentale del mare del Giappone per svolgere un programma di collaudi e, per questo motivo, l’equipaggio che era a bordo il giorno dell’incidente era molto più numeroso del solito: 208 persone di cui 81 militari e 127 ingegneri civili dei cantieri navali Amursky, responsabili della costruzione e dell’allestimento del sottomarino.

I compartimenti di un sottomarino russo sono presidiati da stazioni di erogazione di gas freon R-114B2 (dibromotetrafluoroetano, noto come khladon in russo) per estinguere rapidamente gli incendi in spazi chiusi.

Dibromotetrafluoroetano, R-114B2, Halon 2402, CAS Number 124-73-2   (1,2-isomer)

Alle 8:30 PM (ora locale), durante la prima prova di immersione, l’attivazione accidentale del sistema di estinzione del sottomarino causò la chiusura ermetica di due compartimenti adiacenti che furono saturati di gas estinguente prima che il personale lì presente potesse essere evacuato. Il dibromotetrafluoroetano, in alte concentrazioni, può causare narcosi, che progredisce per fasi in eccitazione, confusione mentale, letargia e, infine, asfissia. Molti dei feriti hanno sofferto degli effetti delle ustioni da congelamento causate dal gas.

  1. Personnel working in front section of submarine affected when fire extinguishers set off unexpectedly
    2. Affected area may have been sealed off, trapping personnel inside. There were more staff than usual on board as submarine was undergoing tests
    3. Fire extinguishers release freon gas, which displaces breathable oxygen, causing workers to suffocate

http://news.bbc.co.uk/2/hi/europe/7718156.stm

Il dibromotetrafluoroetano è un liquido incolore con punto di ebollizione di 47,2 °C.

Dal 1994 il protocollo di Montreal prevede l’eliminazione, la produzione, l’utilizzo e il commercio delle sostanze dannose per l’ozono stratosferico (ozone-depleting substance, ODS). Il dibromotetrafluoroetano ha un elevato potenziale di distruzione dell’ozono (ozone-depleting potential, ODP).

Il Potenziale di eliminazione dell’ozono (Ozone Depletion Potential o ODP) di un composto indica la capacità di danneggiare lo strato di ozono rispetto a quella esercitata da un composto preso come standard di riferimento, il triclorofluorometano (R-11), cui viene dato il valore di ODP pari a 1,0. Ad esempio, in questa scala, il clorodifluorometano (R-22), ha un ODP di 0,05 mentre il dibromotetrafluoroetano di 6.[1]

Secondo le testimonianze dei sopravvissuti, le vittime non sarebbero state avvertite in tempo perché l’allarme sonoro di segnalazione di pericolo d’incendio sarebbe scattato solo dopo che il gas aveva già iniziato ad essere erogato nei compartimenti. Alcune delle vittime sono state trovate che indossavano i loro kit di respirazione di emergenza mentre altre, si stabilì in seguito, non furono in grado di attivare i kit respiratori d’emergenza prima di rimanere asfissiate.[2]

Gli esperti individuarono due principali spiegazioni del disastro: un malfunzionamento del sistema antincendio di bordo e l’errore umano. Secondo questa seconda ipotesi un membro dell’equipaggio avrebbe attivato il sistema “senza permesso o alcun motivo particolare”.

Questa grave accusa sarebbe però destituita di fondamento perché il membro dell’equipaggio che era stato accusato risultò essere uno specialista esperto e competente. L’attribuzione delle responsabilità all’equipaggio sarebbe il tentativo della marina russa di individuare un “capro espiatorio”[3] Alcuni ufficiali della marina in pensione riferirono alla stampa che era impossibile che una persona soltanto fosse l’unica responsabile dell’incidente perché il sistema antincendio doveva ricevere più livelli di conferma prima di poter essere attivato.

L’incidente al K-152 Nerpa è stato il peggior incidente per la Marina russa dopo la perdita del sottomarino a propulsione nucleare K-141 Kursk avvenuta nel 2000 nel Mare di Barents durante un’esercitazione militare navale in cui perì tutto il suo equipaggio di 118 uomini.

  • (NdP. Un sottomarino a differenza di un sommergibile è una unità che viaggia essenzialmente sott’acqua, con prestazioni migliori che in superficie , mentre il sommergibile, viceversa, è una unità che viaggia essenzialmente in  superficie)

[1]          http://gestis-en.itrust.de/nxt/gateway.dll/gestis_en/031750.xml?f=templates$fn=default.htm$3.0

[2]          Halpin, Tony (13 November 2008). “Crew member blamed for Russian submarine disaster”. London: The Times.

[3]          “Russia accused of cover-up over gassing of 20 sailors on nuclear submarine”, Daily Mail, 13 November 2008.

Il riciclo “di fatto” della plastica.

In evidenza

Claudio Della Volpe

Molti pensano che il riciclo sia fatto una volta che i rifiuti siano separati nei vari cassonetti; poi le famose “mani invisibili”, quelle inventate da Adam Smith, ci penseranno; beh le cose non stanno così.

La separazione dei rifiuti è solo il primo passo, necessario ma non sufficiente; i rifiuti devono poi arrivare in un deposito e successivamente in un luogo di produzione dove l’azione venga perfezionata. (I comuni “ricicloni” non stanno riciclando, stanno solo separando.)

Ora questa strada verso il riciclo è lunga, molto lunga e anche pericolosa per i poveri rifiuti o materie prime seconde, come si dice in politicalcorrettese.

Un esempio di cosa succede ai rifiuti anche nostrani si vede in questo film che potete scaricare o di cui potete vedere qualche fotogramma qui:

La Cina è stata di fatto il deposito intermedio dei rifiuti di mezzo mondo; la cosa dà da “vivere” a un po’ di cinesi ma con qualche problema, tanto è vero che i politici cinesi si sono resi conto che qualcosa non quadrava ed hanno deciso di BLOCCARE, ripeto bloccare, l’import di rifiuti plastici da riciclo dall’Europa dal 1 gennaio di quest’anno di grazia 2018. La cosa ha avuto qualche effetto che adesso analizzeremo brevemente.

Il Corepla (Consorzio nazionale per la raccolta, il riciclo, il recupero degli imballaggi in plastica) scrive in un recentissimo report:

Le aumentate quantità raccolte hanno generato un incremento dei costi di selezione; i costi di recupero sono aumentati in quanto, a seguito della saturazione degli spazi disponibili presso i recuperatori, causata dai volumi provenienti dalla raccolta urbana, sono cresciuti i corrispettivi medi. Questo ha anche generato la necessità di trasferire materiali dal centro-sud al nord, con conseguente aumento dei costi di trasporto.  Laddove ciò non è stato possibile si è reso necessario trasferire del materiale in discarica, con conseguente aumento anche dei costi di smaltimento.”

Dice Il Sole 24 ore: Senza mercato, in Europa i carichi di materiali diventati inutilizzabili vengono deviati verso gli inceneritori affinché almeno vengano ricuperati sotto forma di combustibile di qualità.

http://www.ilsole24ore.com/art/impresa-e-territori/2018-01-12/la-cina-blocca-l-import-rifiuti-caos-riciclo-europa-160732.shtml?uuid=AELQpUhD

Dunque c’è troppo da riciclare e la plastica finisce in…discarica o nell’inceneritore. (Poi dicono che al classico non si impara nulla? Signori miei questo è un esempio di dialettica hegeliana: la negazione della negazione!)

Ma non solo; molto “riciclo” arriva in depositi di materiale plastico che non riescono a perfezionare il passaggio né verso le fabbriche vere e proprie che sono spesso altrove, casomai in Cina, né perfino verso gli inceneritori.

Sempre il solerte giornale di Confindustria ci avverte:

I pochi impianti italiani di ricupero energetico marciano a tutta forza e non bastano;  in una situazione di forte domanda di incenerimento e di poca offerta di impianti di ricupero energetico le tariffe praticate dagli inceneritori salgono a prezzi sempre più alti, oltre i 140 euro la tonnellata.

Già in ottobre Andrea Fluttero, presidente di un’associazione di imprese del riciclo (Fise Unire), aveva avvertito che «purtroppo sta diventando sempre più difficile la gestione degli scarti da processi di riciclo dei rifiuti provenienti da attività produttive e da alcuni flussi della raccolta differenziata degli urbani, in particolare quelli degli imballaggi in plastica post-consumo».

(notate la raffinatezza di quel “di poca offerta di impianti di ricupero energetico” messo lì con nonchalance! E facciamo altri inceneritori, dai!)

Di conseguenza con o senza l’aiuto di malavitosi compiacenti la plastica prende la via dello smaltimento forzato, della “termovalorizzazione obbligata” tramite incendio doloso; nella seconda metà del 2017 il numero di incendi dei depositi di plastica nella zona Lombardo Piemontese è aumentata di quasi il 50%; difficile dimostrarne la origine dolosa, ma come avviene negli incendi dei boschi c’è qualche traccia e soprattutto i numeri parlano chiaro. (Attenzione anche ai depositi di carta e alle cartiere!).

Potete leggere a proposito un recente e brillante articolo comparso sulla cronaca milanese del Corriere del 3 aprile a firma di Andrea Galli (Milano, il «sistema» degli incendi gemelli: affari sporchi nella terra dei fuochi).

(http://milano.corriere.it/notizie/cronaca/18_aprile_03/milano-sistema-incendi-gemelli-affari-sporchi-terra-fuochi-6ab3f2e2-36a0-11e8-a836-1a6391d71628.shtml)

C’è una terra dei fuochi anche nel cuore del triangolo industrializzato, fatta di depositi di plastica (o di carta) che scoppiano anche grazie al divieto cinese, ma non solo, e il cui problema viene risolto bruciando tutto e contando sulle inefficienze o sulle compiacenze dell’apparato statale; l’industria chimica esalta i successi del riciclo, ma i 2700 impianti di deposito plastiche del Nord Italia, sulla via del riciclo, non potendo contare più sulla via della Cina, via alla rovescia, che una volta importava seta ed adesso esporta rifiuti, cercano soluzioni alternative.

Il rischio è che qualcuno (ricordate la frase del Sole citata prima) dica “visto che lo bruciano comunque allora fatecelo bruciare per bene”; col cavolo! rispondo io; la plastica non va bruciata MAI! Riciclare e cambiare la sua produzione e il suo uso.

Dunque paradossalmente il successo della differenziata ha messo in luce un problema serio: la via del riciclo è complessa e costosa; in alcuni casi come il PET, la plastica delle bottiglie di cui abbiamo anche parlato di recente la cosa più o meno funziona, ma di plastiche, al plurale ce ne sono tanti tipi che non sono miscibili fra di loro e il loro riciclo costituisce un serio problema, ancora non risolto.

Paradossalmente il PET è un esempio negativo nel senso che occorrerebbe semplicemente consumarne di meno, usare più acqua del rubinetto e meno acqua da bottiglia, meno acqua minerale. Ma è anche il caso in cui il riciclo viene meglio, il caso guida, anche se con qualche problema di qualità.

Come abbiamo detto altrove il riciclo comincia dalla produzione, la materia deve essere trattata dal momento della prima produzione con l’ottica del riciclo, non si può riciclare tutto (dopo averlo ben mescolato!!!) poichè i costi energetici della separazione, dovuti all’onnipresente effetto del 2° principio della termodinamica sono ENORMI. E d’altronde riciclare non il 100% ma poniamo il 95, non risolve il problema, ma lo sposta nel tempo: 0.9510=0.6 ; se ricicliamo dieci volte di seguito una cosa al 95% alla fine ce ne ritroveremo solo il 60% e dovremo comunque attingere a risorse casomai non rinnovabili o al collasso.

Questo è un analizzatore di colore che separa i flakes di PET (ottenuti per macinazione) per colore, realizzando una parte del costoso processo antientropico di separazione.

La realtà vera è che riciclare è assolutamente necessario, ma COSTA! Servono tecnologie sofisticate e spazio di stoccaggio.

E il costo di questo passaggio epocale al momento non è stato ancora né quantificato né chiarito. Lo spazio grigio viene riempito dalla malavita o da imprenditori di pochi scrupoli. Il successo (inaspettato) del riciclo della plastica deve essere a sua volta “curato” riducendone la produzione e l’uso: imballaggi in numero e quantità eccessivi devono essere eliminati e le tipologie di plastica devono essere scelte con l’occhio al loro fine vita. Per fare un esempio pratico, lo stesso PET nel momento in cui si cerca di esaltarne le caratteristiche aggiungendo altri materiali come nanosilicati, grafene o altri diventa più difficilmente riciclabile; la soluzione non è una strategia supertecno dal punto di vista dello scopo ma molto meno dal punto di vista complessivo dell’economia circolare; cosa faremo quando tutto il PET sarà “caricato” di diversi qualcosa? Sarà ancora riciclabile come adesso?

L’economia circolare non può coincidere col riciclare quello che c’è già, e che si fa come si fa adesso e con i medesimi scopi (mercato, profitto, crescita dei consumi); finora l’industra ha riciclato in quest’ottica (vetro, ferro, alluminio, PET), ma adesso le dimensioni sono diventate planetarie e il metodo tradizionale non funziona più.(D’altronde la “pattumiera” oceanica è satura.)

Ora si deve necessariamente trasformare il contenuto “fisico” dei prodotti e della loro manipolazione e anche in definitiva tutto il nostro rapporto con la Natura: non solo riciclare, ma consumare meno e meglio, riprogettando dal principio ogni materiale ed oggetto che usiamo.

Una rivoluzione. In cui la chimica gioca la parte del leone.

La chimica delle uova di Pasqua e altre storie.

In evidenza

Claudio Della Volpe

Le uova di Pasqua sono una tradizione che risale a ben prima della cultura cristiana.

Dioniso con l’uovo e il càntaro, IV sec. a.C. Parigi, Louvre | © RMN

Il Dioniso di Tanagra (Beozia, dove Dioniso sarebbe nato) figura tombale o quello del Louvre, che mostrano un uovo, ricordano l’uso di donare uova (casomai colorate o dipinte) come augurio di fecondità e salute all’inizio della primavera, tradizione che risale al primo millennio a.C. (Egitto, Persia). Solo poi, nella cultura cristiana, l’uovo, apparentemente minerale, ma che nasconde la vita, acquista il senso della rinascita dalla morte e, dunque, della resurrezione.

Le uova di cioccolata invece sono un prodotto recente non foss’altro perchè la cioccolata è stata importata in Europa come dolce frutto dello scambio “colombiano” di cui abbiamo parlato in altro post. E infine solo il macchinismo industriale le ha rese comuni perchè lavorare l’uovo di cioccolata a mano non è certo semplice: roba da re al tempo del Re Sole, le uova di cioccolata diventarono comuni solo dopo la 2 guerra mondiale dalle nostre parti.

Eppure uova colorate cuocendole con foglie e fiori opportuni erano comuni già nel medioevo. Insomma, a parte il simbolismo, le uova colorate e la chimica che c’è dietro sono un prodotto “popolare” dell’”oscuro” medioevo tedesco. (ma poi perchè il medioevo è sempre oscuro?).

Hieronymus Bosch, Concerto nell’uovo, Lille, Palais des Beaux-Arts | © RMN - 
Copia anonima del XVI sec. Fra gli altri significati di quest'opera perduta 
l'uovo potrebbe essere il contenitore  dell'Universo, un contenitore dove 
il chimico ermetico mette a reagire gli elementi creandone una sinfonia,
un pò folle.

La parola “Ostern” in tedesco non si riferisce all’origine greca e latina della festa ebraica per celebrare l’emigrazione degli ebrei dall’Egitto, ma si riferisce invece alla dea “Ostara”. Nella Germania delle figurine bruciate negli “Osterfeuer” (fuochi di Pasqua), pratica molto popolare nel nord del paese ma nota anche in altre regioni, (figurine che erano simboli dell’inverno e bruciate dopo la “Tag-und-Nacht-Gleiche” (giorno e notte dell’equinozio)), lo “Osterhase” (Coniglio di Pasqua), che “nasconde” dolciumi (soprattutto uova di Pasqua di cioccolata) è più popolare dell’agnello come animale simbolico della Pasqua. Già, ma come si fanno le uova colorate e come funziona il meccanismo di colorazione delle uova? Ovviamente c’è un meccanismo base di assorbimento della superficie dell’uovo che è porosa. Ma non solo.

Hamilton, R. M. G. (1986) “The Microstructure of the Hen’s Egg Shell – A Short Review,” Food Structure: Vol. 5: No. 1, Article 13.

Available at: http://digitalcommons.usu.edu/foodmicrostructure/vol5/iss1/13

https://www.researchgate.net/publication/51895246_The_eggshell_structure_composition_and_mineralization/figures       Figure 4. Artistic rendition of cross-sectional view of chicken eggshell. The major morphological features are labelled.

Questo bel grafico lo troviamo su Chemical and Engineering News; il metodo è semplice ed è spiegato bene qui.

Il guscio dell’uovo di gallina è fatto principalmente di carbonato di calcio e, immergendolo in un acido debole come l’aceto, si hanno due effetti:

1) il guscio reagisce con l’acido producendo diossido di carbonio gassoso (vedrete formarsi delle bollicine sulla superficie dell’uovo). Il guscio inizia a sciogliersi il che ne acccresce l’area e ne espone una maggiore superficie al contatto con l’esterno.S. O’Malley su https://www.sciencefriday.com/educational-resources/eggs-to-dye-for/

2) le proteine nella sottile cuticola del guscio reagiscono con l’acido debole e si protonano, acquistano ioni idrogeno e dunque cariche positive in eccesso. Sono proprio queste cariche positive a legare le molecole di colorante se queste sono caricate negativamente come quelle che sceglierete opportunamente seguendo i consigli di C&En News.S. O’Malley su https://www.sciencefriday.com/educational-resources/eggs-to-dye-for/

Ovviamente potrete sperimentare usando acidi deboli diversi come quelli elencati qui sotto (aspirina, succo d’arancia, aceto o vitamina C; o altri) e diversi coloranti che si usano in cucina.Fra i coloranti da cucina: succo di barbabietola, di carota o di cavolo rosso, curcumina dalla curcuma, le antocianine del vino o dei mirtilli, il succo di altri frutti o il thè o il caffè, succo di pomodoro, etc.

Una volta che sarete diventati esperti con questi metodi potrete andare oltre le uova di Pasqua e far cambiare il colore del thè aggiungendo un acido o una base (succo di limone, soda Solvay (carbonato di sodio) o bicarbonato) oppure perfino il colore dei fiori come le ortensie facendo cambiare l’acidità del terreno.

Provate e sappiatemi dire.

Entropia e biosfera.2.

In evidenza

Claudio Della Volpe

Continuiamo a presentare la relazione fra la biosfera e il flusso entropico che la attraversa, la cui prima parte è stata presentata qui. Il flusso di entropia può essere visualizzato molto più semplicemente dell’entropia stessa che appare un concettto molto astratto.

Dato che le sue dimensioni sono quelle di una energia diviso una temperatura diviso un tempo, il flusso di entropia corrisponderà a quello di una potenza diviso una temperatura; se la temperatura del sistema o della sua interfaccia è costante la potenza dissipata dal sistema sarà di fatto proporzionale al flusso entropico.

La biosfera, il sistema Terra, come lo abbiamo definito nel post precedente è di fatto una gigantesca macchina termica che trasforma in energia meccanica, potenziale e chimica la radiazione che arriva dal Sole e anche l’ormai flebile flusso di calore proveniente dal’interno della pianeta. In realtà quel flusso di entropia ha il suo corrispondente, il suo alter-ego diciamo così in quella che noi chimici chiamiamo energia libera, produzione di entropia e grandi gradienti di energia libera che lo sostengono: produzione e flusso di entropia e flusso di potenza che gli corrisponde.

Quanto è grande questo flusso?

Si sente spesso dire che il flusso di energia solare è decine di migliaia di volte superiore a quello che usiamo perciò non dobbiamo preoccuparci: se passiamo alle rinnovabili non avremo più problemi di energia. Ma è così?

Vediamo da vicino.

Certo se stimiamo la quantità netta di energia che arriva dal Sole essa è veramente grande, ma quanta di quella energia si può effettivamente sfruttare? In genere le macchine termiche tradizionali, quelle dotate di due sorgenti una calda ed una fredda hanno un limite di trasformazione che è dato dal famoso teorema di Carnot.

Efficienza= 1-Tbassa/Talta

Di fatto il criterio di Carnot è solo un limite teorico insuperabile; ma esistono altri criteri che consentono di arrivare semplicemente più vicino alla realtà della cose; uno di questi criteri è il cosidetto criterio endoreversibile (AJP, Courzon e Ahlborn, vol. 43 p. 22, 1975) frutto del cosiddetto approccio della termodinamica a tempo finito. L’idea di base è che per avere potenza da una macchina termica occorre considerare dei salti finiti di temperatura e che se si semplificano le condizioni di calcolo considerando ideale la macchina in se e attribuendo la irreversibilità al solo salto termico per di più semplificato considerando degli scambiatori “lineari” ossia in cui la trasmissione del calore è proporzionale al salto termico è possibile arrivare ad una condizione concreta: se la macchina termica così concepita lavora alla massima potenza, allora la sua efficienza effettiva diventa

Efficienza= 1-√(Tbassa/Talta).

Dato che le moderne macchine termiche sono il frutto di oltre due secoli di perfezionamenti e i materiali degli scambiatori sono anch’essi sofisticati l’approssimazione funziona alla grande, anche se pochi testi di fisica tecnica ne fanno menzione; in pratica gli ingegneri snobbano questo approccio mentre i teorici come Callen lo hanno accolto a braccia aperte (Callen, Thermodynamics and an introduction to thermostatistics, 2 ed. p. 125-127, 1985)

Per poter applicare questa stima al nostro caso, alla nostra particolare macchina termica, però dovremmo dimostrare che valgono le condizioni che ho detto prima.

Sulla approssimazione lineare del trasporto di calore nel nostro caso essa è certamente grossolana, anche se considerando valori medi la cosa è certamente applicabile; mentre è più facile immaginare di essere in una situazione di massima potenza e dunque di massima entropia prodotta.

Non ci sono criteri assoluti di evoluzione nei sistemi lontani dall’equilibrio, ma va facendosi strada l’idea che se c’è un numero sufficientemente alto di gradi di libertà l’evoluzione di un sistema seguirà la regola della massima produzione di entropia (MEPP); attenzione non confondete questa idea con quella di Prigogine, valida solo per i sistemi stazionari, in quel caso il sistema produce la minima quantità di entropia compatibile, ma quello è un sistema stazionario.

Dopo tutto l’idea della MEPP è una sorta di generalizzazione del 2 principio; nei sistemi isolati il sistema evolve verso il massimo di entropia; l’evoluzione verso il massimo seguirebbe a sua volta una legge di massimo: va verso il massimo di entropia e ci va alla massima velocità possibile; ripeto non ci sono dimostrazioni, si tratta di una proposta che di fatto è entrata a far parte di alcuni dei sistemi più importanti lontani dall’equilibrio, come quelli ecologici, ma non abbiamo dimostrazioni valide in assoluto (si pensi qui al principio di Odum , principio della massima potenza o anche al caso del teorema di Thevenin per i circuiti elettrici; la massima potenza di una batteria si ottiene quando la resistenza interna e quella esterna sono uguali; mi piace anche ricordare qui la discussione a riguardo di Enzo Tiezzi e Nadia Marchettini in un loro indimenticato libro di qualche anno fa (Che cos’è lo sviluppo sostenibile?: le basi scientifiche della sostenibilità …Donzelli Ed. 1999)

Con queste due ipotesi tuttavia il calcolo è facile: al confine fra Sistema Terra e spazio esterno che viene arbitrariamente posto sulla superficie dove il flusso di radiazione solare in ingresso eguaglia quella terrestre in uscita si hanno, tenendo conto della riflessione dell’albedo circa 235W/m2, come spiegato nel post precedente.

La superficie di cui parliamo è poco più di 500 milioni di chilometri quadri e dunque l’ordine di grandezza della potenza in ingresso è di 100.000 TW, centomila terawatt!! Contro questa sta il consumo di energia primaria dell’uomo di circa 18TW di potenza equivalente*; poco, ma abbiate pazienza, c’è un trucco o due da tener presenti:

  • anzitutto tutta questa energia che entra nella macchina termica usa come piastra calda una sorgente che è alla temperatura media della Terra, molti chilometri più in basso; è lì che la radiazione si assorbe, la temperatura per effetto serra è di circa 15°C, ossia 288K; alla superficie di uscita invece dove effetto serra non ce n’è la temperatura media è stimabile in 254K circa; dunque la nostra macchina che efficienza avrebbe in termini endoreversibili? Beh circa il 6%, perchè 1-√(Tbassa/Talta).=1- √(254/288)= 0.06 dunque solo 6000 TW arrivano come energia meccanica e servono prima di tutto a rimescolare l’atmosfera! A questa quantità occorre sommare sostanzialmente l’energia radiante catturata come fotosintesi, 200TW, e il debole flusso dal centro della Terra, ma sono solo 40TW, è un flusso che ci mette anni a forgiare la forma del pianeta e secoli ad accumulare l’energia meccanica che si scarica poi nei terremoti e nelle eruzioni.
  • L’umanità usa 18TW di energia primaria, intesa come potenza media continua, ma di fatto ne usa di più; perchè per esempio in questa potenza non c’è la quota di energia solare catturata nel nostro cibo; non c’è la quota di energia solare necessaria a pompare l’acqua come pioggia verso la sommità dei nostri bacini di accumulo e tanti altri servizi naturali che di fatto sfruttiamo di “stramacchio”; in totale Kleidon stima la quota di potenza umana media continua a circa 50TW, pensate più di quella che l’interno della Terra cede alla superficie!

Ora facciamo qualche precisazione; questa descrizione che vi ho fatto è una forma diversa da quella usata da Kleidon nei lavori che ho già citato e che ricito qui; ho cercato di essere molto semplice e ho usato un paio di strade concettuali che probabilmente non sono mai state pubblicate per questo scopo, e il mio risultato è uguale quello di Kleidon, che fa però un modello più dettagliato e preciso.

Dalla seguente figura vedete subito i rapporti espressi come potenze istantanee in terawatt e se li intendete come flussi di energia libera (per unità di tempo ovviamente) e li dividete per la temperatura assoluta dissipati dai vari processi avrete i flussi di entropia corrispondenti.

Dunque l’umanità non è tanto piccola; la quota di potenza catturabile qui giù in fondo all’oceano atmosferico non può superare i 6000TW; di questi la fotosintesi vecchia di miliardi di anni ne cattura 200 circa e noi ne rubiamo 50 in due quote: una relativa a quella che la fotosintesi aveva accumulato negli ultimi 400 milioni di anni come combustibili fossili ed un’altra che intercettiamo come servizi di mobilità di acqua e materiali vari (vento, onde, pioggia, etc)che trasformiamo in idroelettrico,eolico e altre cosette tipo cibo per 7 miliardi e mezzo; in tutto sono 50TW (18 è solo energia primaria esplicita diciamo così).

50TW sono all’incirca l’1% del totale di energia libera disponibile (sempre per unità di tempo), ma è molto di più se si pensa che la quota di attività fotosintetica intercettata ad ogni ciclo è dell’ordine del 15-20%. La biomassa terrestre dei vertebrati è praticamente tutta al nostro servizio, ne abbiamo il 98% (uomo e animali domestici mentre i leoni gli elefanti e i lupi e gli orsi sono il 2% e vogliamo anche ammazzarli ancora). Ma anche quella oceanica è talmente sovrasfruttata da essere ridotta al lumicino; dobbiamo interrompere la pesca ogni anno in molte zone per consentire un ripopolamento appena sufficiente.

Certo in una visione dysoniana (la sfera di Dyson ricordate?) potremmo sostituirci alla grande macchina termica; volete sapere come? Beh piazziamo alcune centinaia di milioni di chilometri quadri di pannelli al bordo dell’atmosfera; intercettiamo così il 20% dell’energia in arrivo, sono 20.000TW, energia elettrica pura mica quella povertà di 6000TW attuali da macchina termica!) e li usiamo noi per fare tutto: moto ondoso, venti, monsoni, luce diretta, tutto controllato da una adeguata intelligenza artificiale; vi sembra abbastanza grandioso?

A me sembra una follia ma il fatto è che siamo diretti da quelle parti se continuiamo a crescere così, e sono sicuro che troverei qualcuno che mi finanzierebbe una ricerca in merito. Povero me!!

Voi che ne dite?

* per avere il consumo annuo dovete moltiplicare questo numero per quello dei secondi: 18TWx31.5 milioni di secondi= oltre 500 exajoule

Riferimenti:

1) Axel Kleidon

Phil. Trans. R. Soc. A 2012 370, doi: 10.1098/rsta.2011.0316, published 30 January 2012

2) A.Kleidon R.D.Lorenz (Eds.)

Non-equilibrium Thermodynamics and the Production of Entropy

Life, Earth, and Beyond, Springer 2005

3) . Kleidon Physics of Life Reviews 7 (2010) 424–460