ENA, che vuol dire?

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo.

a cura di Luigi Campanella, ex Presidente SCI

Recentemente la prestigiosa rivista Environmental Science & Policy ha pubblicato l’articolo scientifico “The contribution of food waste to global and European nitrogen pollution”, a firma di Ugo Pretato e di Bruna Grizzetti, Luis Lassaletta, Gilles Billen e Josette Garnier del Centre National de la Recherche Scientifique e della Université Pierre et Marie Curie di Parigi.

Lo studio individua nella domanda di cibo uno dei maggiori fattori d’immissione di azoto nell’ambiente, con impatti negativi sulla salute umana e sugli ecosistemi. Nonostante il costo economico e ambientale, la quantità di cibo sprecata è assai rilevante. Il lavoro degli autori quantifica la dispersione di azoto nell’ambiente dovuta allo spreco di cibo su scala europea e globale, e ne analizza il potenziale impatto ambientale lungo il ciclo di vita dei prodotti.

L’impronta d’azoto (nitrogen footprint) costituisce uno strumento utile e innovativo per fornire supporto alla decisione nel quadro delle politiche europee di riduzione del carico ambientale di azoto.

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Sulla stessa lunghezza d’onda l’Unione Europea ha introdotto l’ENA, sigla poco conosciuta, ma molto importante, che rappresenta la valutazione Europea sullo stato dell’azoto e quest’anno ha individuato nell’agricoltura anche finalizzata alle produzioni alimentari la maggior sorgente di perdite di azoto come ammoniaca, nitrato e nitrito. In particolare viene evidenziato il peso minore che le produzioni alimentari basate su piante hanno rispetto alle altre, rapporto circa 1: 4. E’ anche stata calcolata l’impronta azoto per singolo cittadino rilevando che al livello dei Paesi Europei c’è notevole disomogeneità con un fattore compreso fra 2 e 4 fra i valori più alti e quelli più bassi. Il consumo di proteine in Europa è circa del 70% superiore alle raccomandazioni dell’organizzazione Mondiale della Sanità, il che indirizza verso la necessità di diete meno proteiche. Anche per i grassi fra il dato reale e l’optimum si registra una differenza di circa il 40% suggerendo anche in questo caso adattamenti dietetici. Su questi aspetti in uno dei prossimi numeri di Chimica e Industria comparirà un articolo con dati assai più dettagliati, dai quali anche emerge che una riconsiderazione delle diete avrebbe come conseguenza virtuosa una riconsiderazione di come utilizzare il terreno coltivabile a favore di minori emissioni di azoto secondo quanto si diceva all’inizio con presumibile conseguenza anche sul piano sociale ed economico da un lato con attenzione alle produzioni più accessibili a tutti e dall’altro alle produzioni che vengono esportate con conseguente vantaggio per la bilancia dei pagamenti. Tali modifiche possono anche rispondere ad un criterio strettamente ambientale: riduzione dell’inquinamento, riduzione delle emissioni di gas serra e dei conseguenti cambiamenti climatici.

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Nell’aprile di quest’anno-in accordo con quanto sopra detto- è stato pubblicato dalla stessa Ue un Rapporto speciale che fornisce una valutazione di che cosa accadrebbe se l’ Europa decidesse di fare diminuire il suo consumo di carne e di prodotti lattier-caseario.Il rapporto mostra quanto ridurre carne e latte nelle nostre diete diminuirebbe l’inquinamento azotato nell’aria e nell’acqua,nonchè le emissioni di gas effetto serra, al tempo stesso liberando ampie aree di terreno coltivabile per altri scopi quali l’esportazione o la bioenergia.Nel rapporto viene anche considerata l’indennità malattia derivante dal consumo diminuito di carne.

Non fidarsi mai di compiacere il potere

 Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo.

a cura di Giorgio Nebbia nebbia@quipo.it

Haber1Cadono quest’anno ottanta anni dalla morte del chimico tedesco Fritz Haber (1868-1934), grande e controverso protagonista del ventesimo secolo. Nel corso dell’Ottocento era cresciuta rapidamente la popolazione mondiale e la richiesta di alimenti che potevano essere ottenuti con coltivazioni agricole intensive che impoverivano i terreni delle principali sostanze nutritive fra cui quelle azotate. Justus von Liebig (1803-1873), nella metà dell’Ottocento, aveva chiarito che la fertilità dei terreni avrebbe potuto essere reintegrata se fossero stati addizionati con sostanze azotate e aveva indicato come concime il nitrato di sodio che veniva scavato nell’arido altopiano cileno. Era così cominciato lo sfruttamento dei giacimenti, non certo illimitati, di nitrati la cui esportazione stava facendo la fortuna economica del Cile. La dipendenza dai nitrati cileni, costosi e distanti migliaia di chilometri, rallentava lo sviluppo economico e agricolo europeo.

220px-Nitrate-ion-2DOltre che come concime i nitrati erano importanti per la fabbricazione degli esplosivi, dalla polvere da sparo ai più potenti esplosivi organici, come il tritolo che richiedevano acido nitrico come i prodotti della nascente industria delle sintesi organiche di coloranti e medicinali.

Alla fine dell’Ottocento c’era un gran fermento fra i chimici per trovare dei surrogati del nitrato del Cile. L’azoto era disponibile in quantità grandissime nell’atmosfera ma l’azoto gassoso anche puro, può essere “fissato” con altri elementi, soltanto con mezzi fisici, pressione e temperatura, molto energici. Nel 1898 Adolf Frank (1834-1916) e Nikodem Caro (1871-1935) avevano messo a punto un processo di fissazione dell’azoto atmosferico per reazione con carburo di calcio ottenuto in forno elettrico da calce e carbone; la calciocianammide così prodotta si prestava all’impiego come concime azotato. Gli svedesi Kristian Birkeland (1867-1917) e Sam Eyde (1866-1940) avevano inventato un processo di produzione dell’acido nitrico per reazione ad altissima temperatura, in un arco elettrico, dell’azoto con l’ossigeno dell’aria, ma il processo era costoso per l’elevato consumo di elettricità.

La vera soluzione fu trovata da Fritz Haber; nato a Breslavia da famiglia ebraica, aveva studiato a Berlino, Zurigo e Jena ed era diventato professore alla Scuola Superiore Industriale di Karlsruhe dove raggiunse grande fama per i suoi studi sulla termodinamica delle reazioni fra gas. Altri chimici avevano tentato senza successo la sintesi diretta dell’ammoniaca per combinazione di azoto e idrogeno, una sintesi durante la quale si libera calore e che ha luogo con buoni rendimenti soltanto se la miscela è tenuta ad elevata pressione e a bassa temperatura, due condizioni difficilmente conciliabili.

Haber studiò sistematicamente le condizioni di pressione e temperatura a cui si potevano ottenere rese soddisfacenti di ammoniaca e osservò che i rendimenti miglioravano in presenza di adatti catalizzatori come osmio o uranio. Le condizioni per la produzione di ammoniaca sintetica furono l’oggetto di un brevetto del 1908 subito acquistato dalla grande industria chimica BASF presso la quale Karl Bosch (1874-1940) perfezionò e applicò il processo industrialmente usando un catalizzatore di ferro. La prima fabbrica di ammoniaca sintetica fu aperta ad Oppau nel 1913, alla vigilia della prima guerra mondiale.

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Il processo pensato per produrre i concimi per sfamare milioni di terrestri, ebbe la prima applicazione per produrre esplosivi che uccisero milioni di persone. Con una reazione studiata anni prima da Wilhelm Ostwald (1853-1932) era infatti possibile trasformare l’ammoniaca in acido nitrico, la materia necessaria per gli esplosivi che la Germania avrebbe avuto difficoltà a fabbricare per il blocco delle importazioni del nitrato cileno; senza la sintesi dell’ammoniaca ottenuta da Haber la Germania avrebbe potuto resistere in guerra solo pochi mesi.

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Clara_Immerwahr

Haber spinse il suo patriottismo fino a suggerire l’uso in guerra come gas asfissiante del cloro che fu impiegato per la prima volta contro i soldati francesi il 22 aprile 1915 a Ypres, nel Belgio. Un evento già ricordato in questo blog da Marco Taddia
https://ilblogdellasci.wordpress.com/perle/errori-di-guerra/
La moglie Clara Immerwahr (1870-1915), una chimica anche lei, che Haber aveva sposato nel 1901, cercò di dissuadere il marito dal barbaro impiego digas tossici in battaglia; quando seppe dell’attacco di Ypres si uccise, dieci giorni dopo, il 2 maggio, con un colpo di pistola. L’assegnazione ad Haber del premio Nobel per la chimica nel 1918 suscitò vivaci polemiche.

Finita la “grande” guerra la Germania era sommersa dai debiti per irisarcimenti ai vincitori; ancora una volta Haber, per aiutare il suo paese, pensò di estrarre l’oro dall’acqua di mare che ne contiene 6 milligrammi per ogni mille metri cubi; fu attrezzata una nave-laboratorio ma l’impresa fallì. Intanto Haber era diventato una celebrità internazionale e anche un uomo ricchissimo; grazie al suo processo già nel 1929 il 40 percento dell’azoto industriale usato nel mondo era sotto forma di ammoniaca sintetica.

Tragico destino quello di Haber. Quando Hitler salì al potere nel 1933 decise di sbarazzarsi di “quell’ebreo di Haber”; benché Haber si fosse convertito al cristianesimo e nonostante le pressioni di molti autorevoli colleghi, Hitler fu irremovibile. Haber dovette dare le dimissioni dalle sue cariche e dall’insegnamento e riparò in Inghilterra; nel 1934, già malato, si mise in viaggio verso la Palestina, dove era stato invitato, ma durante il viaggio morì a Basilea, nel gennaio di quell’anno.

Vari parenti di Haber furono assassinati nei campi di concentramento nazisti. Il figlio della prima moglie, Hermann (1902-1946) emigrò negli Stati Uniti dove si uccise, oppresso dal ricordo del contributo del padre all’uso dei gas di guerra. Ludwig (1921-2994), figlio della seconda moglie Charlotte Nathan, anche lei, come Clara, una ebrea convertita al cristianesimo che Haber aveva sposato nel 1919, emigrò negli Stati Uniti dove si occupò di storia della chimica e scrisse un libro intitolato: ”The Poisonous Cloud. Chemical Warfare in the First World War” (1986).librohaber

Haber resta una delle figure rilevanti nella storia della chimica, anche se il suo zelante impegno nella guerra chimica ne ha offuscato la reputazione; un esempio di intreccio perverso fra scienza, successo e politica e di come sia pericoloso per uno studioso fidarsi del potere.

Bilanci di materia.

a cura di C. Della Volpe

Negli ultimi anni è cresciuta la coscienza del ruolo della attività umana nel sistema Terra con effetti climatici ed ambientali enormi. Nonostante le prove di questi stravolgimenti si accumulino sempre più, costringendo alle corde i pochi e rarefatti oppositori scientifici ed onesti di questa visione, rimane a livello di grande pubblico una diffusa ignoranza. Grandi masse di persone ignorano le leggi scientifiche e i risultati della ricerca, rimanendo schiave di visioni e concezioni “neghiste” di varia natura.

Una delle cose più difficili da accettare è la dimensione fisica, nel senso scientifico del termine, dell’umanità, ossia il ruolo che l’attività produttiva ha rispetto alle dimensioni dei flussi planetari di materia, una attività umana che ha sconvolto o alterato praticamente tutti i cicli importanti del pianeta. Tento in questo breve post di dare un piccolo contributo per colmare questa ignoranza fornendo alcune informazioni di base sulle quantità di materia processate dall’uomo in rapporto alle quantità di materia che la natura riesce a riciclare ogni anno.

Sapete, per esempio, quali quantità di acqua usiamo rispetto a quella che riceviamo dalle precipitazioni totali sul globo? Secondo i dati Aquastat, che sono dati ufficiali ONU, nel 2008 le precipitazioni totali contano 108.000km3, se eliminiamo l’acqua che evapora e che ammonta a 65.000km3 rimangono circa 43.000km3 di risorse interne, a fronte dei nostri usi complessivi che sono stati di  3860 km3, ossia il 9% delle risorse interne dell’acqua disponibile.

La percentuale è alta ma all’apparenza non enorme. C’è un ma; come la restituiamo l’acqua che usiamo? Beh, parecchio più sporca! Recentemente l’ISPRA, (Istituto superiore per la ricerca e la protezione ambientale) nel Rapporto Nazionale Pesticidi nelle Acque 2013, realizzato sulla base delle informazioni fornite dalle Regioni e dalle Agenzie regionali e provinciali per la protezione dell’ambiente ha concluso che in Italia il 55% dei punti di campionamento superficiale e il 28% di quelli sotterranei era inquinato da qualcuno dei 350 tipi di sostanze fitosanitarie usate in agricoltura e che in circa un terzo dei casi (34.1%) tale inquinamento superava i valori ammessi per la potabilità delle acque. E la situazione non è migliore nel resto del mondo.

Un secondo dato da conoscere è la quantità di anidride carbonica che immettiamo in atmosfera; è difficile valutarla con precisione perché una parte è diretta, ossia dipende dalle combustioni e l’altra invece è indiretta, ossia dipende dalle nostre attività agricole e forestali. Beh, la sola parte diretta assomma a circa 10 miliardi di ton di carbonio equivalente: i nostri consumi di energia primaria sono di oltre 12 miliardi di ton di petrolio equivalente e per l’87% sono di combustibili fossili, e

primaryenergy2012Source: BP Statistical Review of World Energy, 2012

usando le formule brute di petrolio (CH2), carbone (C) e metano (CH4) la quota di carbonio emessa è esattamente di 9.4Gton anno.

Bene, la stima dell’input totale di carbonio in atmosfera da parte dei produttori naturali terrestri è di circa 60Gton/anno. Quindi per questo solo fattore contiamo per il 15% del totale. Ovviamente una parte di questo carbonio in eccesso viene riassorbito da tutti i meccanismi di riassorbimento (principalmente dal mare il cui pH si è spostato verso il basso negli ultimi 250 anni di circa 0.1 unità di pH, pari al 21%) e quindi l’apporto “netto” al carbonio atmosferico è circa la metà di questo valore.

La domanda è che cosa cambiano 4.5Gton di carbonio, come CO2, ossia 4.5×3.66=16.5 Gton di CO2? Ebbene esse costituiscono all’incirca lo 0.5% in aggiunta allo stock atmosferico di questo gas (sono all’incirca 3000Gton, attualmente corrispondenti a 390ppmv) che così aumenta ogni anno in proporzione: ed ecco le circa 2 ppmv di aumento medio annuo della concentrazione di anidride carbonica!

Sto facendo certo una enorme semplificazione rispetto ai complessi flussi di tutti i meccanismi, ma è impressionante come le quantità complessive si ritrovino:

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Volete qualche altro esempio? Allora consideriamo i due elementi non “fungibili” della vita P e N; nella sua poesia Robert Garrels,

garrels

che ne analizzò fra i primi i comportamenti, recitava:

I put some P into the sea
the biomass did swell
But settling down soon overcame
and P went down toward Hell

From Purgatory soon released
it moved up to the land

To make a perfect rose for thee
to carry in thy hand

But roses wilt and die you know
then P falls on the ground

Gobbled up as ferric P
a nasty brown compound

The world is moral still you know
and Nature’s wheels do grind

Put ferric P into the sea
and a rose someday you’ll find

Quante sostanze contenenti fosforo usiamo? In agricoltura usiamo i minerali fosfatici in ragione di 200Mton/anno;

phosphate(dati USGS)

che, dato che le rocce fosfatiche contengono circa un terzo in massa di ione fosfato PO4-3, corrispondono approssimativamente a 7×1011 moli di P. Ebbene questa quantità corrisponde a 7 volte la stima del “fosforo” che arriva in mare dalla degradazione naturale delle rocce (The Earth System 3rd ed. Kump, Kasting, Crane, ed Pearson) e ad un settimo di tutto il “fosforo” che la “pompa biologica”, ossia il complesso dei flussi oceanici in upwelling e downwelling mobilizza ogni anno.

Un numero mostruoso!

Ma non è il solo; che succede con l’azoto? Una cosa equivalente. L’industria dell’ammoniaca, basata sulla reazione di Haber-Bosch, è in grado di fissare ogni anno quasi 140Mton di azoto.

nitrogen(dati USGS)

Stiamo quindi parlando di circa 1013 mol di azoto all’anno che è circa quanto viene “fissato” sulla terra e sul mare dal resto della biosfera, ossia 1.4×1013 mol (The Earth System 3rd ed. Kump, Kasting, Crane, ed Pearson).

Secondo i testi universitari ci sono molti dubbi che attualmente il ciclo dell’azoto e del fosforo siano effettivamente bilanciati, dato il gigantesco apporto umano legato alla moderna agricoltura industrializzata e che non prevede alcun meccanismo retroattivo utile di recupero. Azoto e fosforo si accumulano nell’ambiente con enormi danni alla catena trofica.

La Terra e l’aria sono i nostri depositi dell’immmondizia! Per P e N l’uomo è il player principale. Ha di gran lunga superato ogni altra specie vivente e anche parecchi processi naturali a scala planetaria.

E la cosa più assurda è che nonostante questa gigantesca produzione di azoto e fosforo abbia sbilanciato i due cicli naturali preesistenti, oltre un miliardo di uomini soffre la fame e i più ricchi soffrono di malattie da sovra-alimentazione. La tanto celebrata rivoluzione verde, pur non riuscendo a nutrire tutti, ha certamente sbilanciato i cicli della biosfera e l’unico modo per renderla sostenibile sarebbe di attivare meccanismi di riassorbimento efficaci.

Quale conclusione possiamo trarre?

Direi che gli attuali metodi ed approcci produttivi non sono più a lungo sostenibili e la Chimica avrà la responsabilità di cercare delle alternative sostenibili.

Ma soprattutto chi ha la responsabilità di fare scelte a livello globale deve conoscere e riflettere su questi numeri ed operare scelte conseguenti.

E, infine ciascuno di noi consapevole di questi trend, deve, nel suo quotidiano, vivere cercando di ridurre  il proprio impatto sul pianeta.

Enzo Tiezzi avrebbe detto: L’economia non può fare  a meno della Chimica.

Per approfondire:

The Earth System 3rd ed. Kump, Kasting, Crane, ed Pearson

http://www.educazionesostenibile.it/portale/sostenibilita/tecnica-a-ecologia/racconti/1524-breve-storia-dei-fosfati-nutrimento-della-terra.html

la pagina dello US Geological Survey è una miniera di dati sui minerali

http://www.usgs.gov/

http://www.wri.org/publication/content/8398

http://nmsp.cals.cornell.edu/publications/factsheets/factsheet12.pdf