Sette miliardi

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Sette miliardi di essere viventi che respirano, bevono e si nutrono delle risorse della Terra. Com’è stato possibile raggiungere una simile cifra?

In un articolo pubblicato da Nature nel 1999, Vaclav Smil si interroga su quale sia stata l’invenzione più importante del secolo scorso. I reattori nucleari che hanno permesso di ottenere, attraverso la fissione, enormi quantità di energia? L’invenzione del computer? L’invenzione della radio e della televisione? No. Ebbene, secondo lui, e secondo me, l’invenzione più importante è stata quella di replicare, in qualche modo, ciò che avviene da miliardi di anni nel mondo dei batteri: la fissazione dell’azoto; quella reazione che trasforma l’azoto presente in atmosfera scarsamente reattivo (N2) in ammoniaca (NH3). Il processo industriale che mima la reazione batterica prende il nome dei suoi scopritori: Fritz Haber e Carl Bosch.

Il processo Haber porta alla formazione di ammoniaca partendo, più o meno, dagli stessi ingredienti usati dai batteri, ma con una sostanziale differenza. Se la reazione batterica prevede l’utilizzo di un enzima (la nitrogenasi), la reazione “umana” prevede l’utilizzo di alte temperature (350-550 °C) e alte pressioni (fino a trecento volte quella atmosferica: 140-320 atm). In queste condizioni, azoto e idrogeno molecolari reagiscono e formano…. NH3! Non fu però molto semplice convincere i vertici della BASF, l’azienda chimica tedesca per la quale Haber e Bosch lavoravano, a operare in condizioni di pressione così elevate. Non dobbiamo dimenticarci che siamo nel 1909! August Bernthsen, come riporta Smil, era scandalizzato: “Cento atmosfere di pressione! Solo ieri un’autoclave è salta in aria applicando appena sette atmosfere!” Tuttavia, Bosch, che era a capo dell’unità di lavoro, si mostrò deciso e fiducioso che il processo potesse funzionare anche in condizioni così estreme. E fu così. Dal reattore che lui e Haber misero a punto, iniziò la produzione continua di ammoniaca. Era il 9 Settembre 1913, l’inizio di una nuova era. Ma perché l’ammoniaca è così importante?

In questo grafico da Erisman (2008) è possibile apprezzare il ruolo del processo Haber Bosch sulla crescita della popolazione mondiale. La linea rossa tratteggiata indica la crescita della popolazione in assenza del processo Haber-Bosch, mentre quella nera continua indica la crescita della popolazione effettiva.
In questo grafico (Erisman et al., 2008) è possibile apprezzare il ruolo del processo Haber Bosch sulla crescita della popolazione mondiale. La linea rossa tratteggiata indica la crescita della popolazione in assenza del processo Haber-Bosch, mentre quella nera continua indica la crescita della popolazione effettiva.

Uno dei principali fattori che limita la produttività di un suolo è la scarsità di azoto ivi contenuto. L’azoto, nella sua forma reattiva, quindi assimilabile dalle piante, viene fornito al suolo sia dai batteri, come abbiamo visto, ma anche da letame o da deposizione atmosferica. Tuttavia, l’impatto di queste sorgenti non è sufficiente se pensiamo a quanto cibo dobbiamo produrre per soddisfare le nostre esigenze. Aumentando la quantità di azoto in un suolo, quindi, si aumenta anche la produttività del suolo stesso. I principali fertilizzanti prodotti sono l’urea ed il nitrato d’ammonio (guarda i dettagli in questo video di Rai Scuola), entrambi sintetizzati a partire dall’ammoniaca. Ecco che quindi il processo Haber-Bosh, ufficialmente entrato in funzione nel 1913, ha dato l’inizio all’era dei fertilizzanti. Si stima infatti che nel 2008, il 48% della popolazione mondiale è stata sfamata grazie all’invenzione del processo Haber-Bosh. In altre parole, questo processo garantisce la sopravvivenza di metà della popolazione mondiale.

Bosch e Haber, i padri dell'omonimo processo
Bosch e Haber, i padri dell’omonimo processo

Smil conclude il suo articolo con un’immagine bucolica a ricordarci il ruolo che il processo Haber ha avuto e sta avendo sulla vita di molte persone, specialmente nei paesi in via di sviluppo: “Quando viaggi nello Jiangsu o nel delta del Nilo, ricordati che le proteine dei bambini che vedrai correre, derivano dall’urea che i loro genitori hanno usato per fertilizzare i campi e, di conseguenza, dalla sintesi dell’ammoniaca del processo Haber-Bosch”. Questo però, non può farci dimenticare il ruolo significativo che l’ammoniaca ha avuto anche nella produzione di esplosivi (nitroglicerina su tutti). Durante la Prima Guerra Mondiale gli esplosivi venivano prodotti partendo dal nitrato di sodio, importato dalla Germania nazista dal Cile. In seguito alle difficoltà di approvvigionamento di questa molecola, il processo Haber garantì ai tedeschi una produzione interna di ammoniaca, dalla quale sarebbe poi stato possibile sintetizzare esplosivi. Sembra che la scoperta di Haber abbia causato un prolungamento del conflitto mondiale ritardando la vittoria degli Alleati. In tutto il XX secolo, si suppone che siano stati fino a 150 milioni i morti direttamente causati all’utilizzo del processo per scopi bellici. Quattro atomi, uno di azoto e tre di idrogeno, una molecola. Di vita e di morte.

Nota: parleremo dei problemi ambientali legati all’utilizzo eccessivo di fertilizzanti prossimamente

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Autore dell'articolo: François

Laureato in Chimica dell'Ambiente presso l'Università di Torino ha da sempre la passione per la divulgazione della scienza e della chimica in particolare. Oltre a lavorare in un laboratorio, ama andare in montagna.

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