Il prezzo dell’abbondanza: fissato sull’azoto

Apr 28, 2023

Intorno al tortuoso fiume Mississippi, nel sud-est della Louisiana, il complesso Donaldsonville di 1.400 acri di CF Industries si erge in uno spettacolo steam-punk. Il colosso delle torri di raffreddamento, dei serbatoi, delle fornaci, dei tubi e delle ciminiere espira vapore e talvolta perdite di ammoniaca che possono comportare un ordine di ricovero sul posto per la comunità locale.

Di notte, il colossale complesso sembra una piccola città. Una vasta gamma di luci brillanti guida i lavoratori in un frenetico alveare di produzione chimica. Quasi 1.000 lavoratori dell’impianto contribuiscono a produrre quasi 8 milioni di tonnellate di prodotti azotati all’anno per l’agricoltura e altre industrie. L'ammoniaca, il nitrato di ammonio, l'urea e il fluido di scarico diesel vengono spediti dal complesso tramite condutture, ferrovie, camion e chiatte fluviali e oceaniche.

Secondo l'azienda, l'impianto di CF a Donaldsonville è il più grande impianto di ammoniaca del mondo. L'ammoniaca, composta da tre atomi di idrogeno legati a un atomo di azoto, fa parte del processo di sintesi dell'azoto. Tra i “Big 3” nutrienti presenti nei fertilizzanti commerciali – azoto, fosforo e potassio – l’azoto è fondamentale per costruire le proteine ​​che a loro volta costruiscono i tessuti nella maggior parte degli esseri viventi.

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Uno degli elementi chimici più comuni, l'azoto costituisce il 78% dell'aria. Le piante, gli animali e le persone non possono vivere senza di essa. Ma non possono nemmeno usarlo nella sua forma gassosa. Ha bisogno di essere "aggiustato". In natura la soluzione avviene lentamente poiché piante e microrganismi convertono l’azoto atmosferico in ammoniaca. Nel secolo scorso, la soluzione è stata potenziata anche per scopi industriali nel cosiddetto processo Haber-Bosch che combina l’azoto presente nell’aria con l’idrogeno sotto una pressione estremamente elevata per creare ammoniaca.

Nel 1918, il processo valse al chimico tedesco Fritz Haber il Premio Nobel per la Chimica per i suoi "mezzi estremamente importanti per migliorare gli standard dell'agricoltura e il benessere dell'umanità". Un secolo dopo, i demografi stimano che solo la metà degli 8 miliardi di persone che oggi vivono sul pianeta potrebbero essere nutrite senza fertilizzanti sintetici a base di azoto.

Ma lo stesso nutriente che nutre miliardi di persone può anche uccidere, con armi chimiche, esplosioni di fabbriche o overdose nell’ambiente. Applicato in eccesso nelle aziende agricole, l’azoto in eccesso scorre nei corsi d’acqua dove alimenta le alghe che proliferano, bloccano la luce e privano di ossigeno altre piante e animali.

"Non c'è dubbio che i fertilizzanti a base di azoto forniscono un enorme beneficio alla società, aumentando la produzione di cibo per nutrire miliardi di persone in tutto il mondo, compresi i paesi in via di sviluppo", ha riferito questa primavera l'Environmental Integrity Project in un appello per una maggiore regolamentazione del industriale a causa delle minacce alla sicurezza pubblica e all’ambiente. "Ma l'uso eccessivo di fertilizzanti chimici comporta anche un costo per l'ambiente, e il danno aumenta quando la produzione di prodotti chimici è scarsamente regolamentata."

All’inizio del XX secolo, gli agricoltori in Europa e negli Stati Uniti facevano affidamento su importazioni come il salnitro dal Cile e enormi montagne di guano dal Perù come fonte di azoto fisso. La scoperta di Haber della produzione di ammoniaca sintetica ha cambiato il mondo, ha affermato il fisico Benjamin Johnson dell'Istituto Max Planck per la storia della scienza di Berlino.

Era in corso un’importante transizione energetica, a quel tempo verso i combustibili fossili. L’agricoltura si stava industrializzando. La gente era entusiasta dell’invenzione di Haber, ma la parte difficile è stata ampliarla, ha affermato Johnson, autore del libro del 2022 Making Ammonia: Fritz Haber, Walther Nernst, and the Nature of Scientific Discovery.

Lo stesso anno in cui brevettò la sua scoperta, nel 1908, la società chimica BASF stipulò un contratto con Haber per sviluppare una sintesi dell'ammoniaca ad alta pressione su scala industriale. L'ingegnere chimico BASF Carl Bosch è stato assegnato al progetto. Doveva costruire l'impianto e la meccanica in grado di sopportare pressioni e temperature intense del gas. Bosch "ha dovuto inventare alcuni involucri speciali per mantenere questa miscela di gas sotto pressione e mantenerla sigillata in modo che i forni a pressione non si rompessero", ha detto Johnson.