Quale credete che sia
la scoperta più importante
fatta negli ultimi secoli?
Il computer?
L'automobile?
L'elettricità?
O forse la scoperta dell'atomo?
Io direi questa reazione chimica:
una molecola di azoto
più tre molecole di idrogeno
che creano due molecole di ammoniaca.
Questo è il processo Haber
che lega molecole di azoto nell'aria
a molecole di idrogeno,
e che trasforma l'aria in fertilizzante.
Senza questa reazione,
gli agricoltori riuscirebbero a produrre cibo a sufficienza
solo per 4 miliardi di persone;
mentre la nostra popolazione si aggira intorno ai 7 miliardi.
Quindi, senza il processo Haber
oltre 3 miliardi di persone sarebbero senza cibo.
Sapete, l'azoto in forma di nitrato, NO3,
è un nutriente essenziale per la sopravvivenza delle piante.
Crescendo, le coltivazioni consumano azoto,
assorbendolo dal suolo.
L'azoto può essere reintegrato
attraverso dei lunghi processi di fertilizzazione naturale
come la decomposizione delle carcasse di animali
ma gli uomini vogliono far crescere il cibo
molto più velocemente di così.
Ora, ecco la parte frustrante:
il 78% dell'aria è composta da azoto
ma le coltivazioni non possono semplicemente trarre l'azoto dall'aria
perché contiene dei legami tripli molto forti,
che le coltivazioni non riescono a rompere.
Praticamente, ciò che Haber ha fatto
è stato quello di ideare un modo
per sottrarre l'azoto presente nell'aria
per trasferirlo nel terreno.
Nel 1908, il chimico tedesco Fritz Haber
ha sviluppato un metodo chimico
per utilizzare la vasta fornitura di azoto presente nell'aria.
Haber scoprì un metodo
che sottraeva azoto dall'aria
per legarlo all'idrogeno
e formare ammoniaca.
L'ammoniaca può quindi essere iniettata nel suolo,
dove si trasforma velocemente in nitrato.
Ma se il processo Haber doveva essere utilizzato
per sfamare il mondo,
lui doveva necessariamente trovare un modo
per creare molta di questa ammoniaca in maniera facile e veloce.
Per capire
come Haber abbia superato questa sfida,
abbiamo bisogno di sapere qualcosa
riguardo all'equilibrio chimico.
L'equilibrio chimico può essere raggiunto
quando si ha una reazione in un contenitore chiuso.
Per esempio, mettiamo
idrogeno e azoto in un contenitore chiuso
e diamo loro la possibilità di reagire.
All'inizio dell'esperimento,
abbiamo molto azoto e idrogeno,
cosicché la formazione di ammoniaca
procede ad alta velocità.
Ma non appena idrogeno e azoto reagiscono
e si esauriscono,
la reazione rallenta
perché ci sono meno azoto e idrogeno
nel contenitore.
Alla fine, le molecole di ammoniaca raggiungono un punto
in cui cominciano a decomporsi
nuovamente in azoto e idrogeno.
Dopo un po', le due reazioni,
che creano e disfano l'ammoniaca,
raggiungeranno la stessa velocità.
Quando questa velocità si equivale,
diciamo che la reazione ha raggiunto l'equilibrio.
Questo potrebbe sembrare positivo, ma non lo è
quando ciò che volete
è creare tonnellate di ammoniaca.
Haber non vuole affatto
che l'ammoniaca si disfi,
ma se si lascia la reazione
in un contenitore chiuso,
questo è ciò che accadrà.
Ecco dove Henry Le Chatelier,
un chimico francese,
ha potuto dare il suo aiuto.
Ciò che scoprì era
che se prendiamo un sistema in equilibrio
e aggiungiamo qualcosa,
come, ad esempio, ammoniaca,
il sistema lavorerà
per ritornare di nuovo allo stato di equilibrio.
Le Chatelier scoprì inoltre
che se aumentiamo
la quantità di pressione in un sistema,
il sistema cercherà di lavorare
per ritornare alla pressione originaria.
È come essere in una stanza affollata.
Più molecole ci sono,
più è grande la pressione.
Se ritorniamo alla nostra equazione,
vediamo che a sinistra
ci sono quattro molecole
e solo due a destra.
Quindi, se vogliamo che la stanza sia meno affollata,
e ci sia quindi meno pressione,
il sistema comincerà
a combinare azoto e idrogeno
per fare molecole più compatte di ammoniaca.
Haber si accorse che per creare
grosse quantità di ammoniaca,
avrebbe dovuto creare una macchina
che aggiungesse continuamente azoto e idrogeno
mentre aumentava anche la pressione
del sistema in equilibrio,
che è esattamente ciò che fece.
Oggi, l'ammoniaca è uno dei composti
chimici più prodotti al mondo.
Ne sono prodotte circa 131 milioni di tonnellate all'anno,
il che vuol dire circa 131 miliardi di kg di ammoniaca.
È più o meno la massa
di 30 milioni di elefanti africani,
che pesano circa 4500 kg ciascuno.
L'80% dell'ammoniaca è usata nella produzione di fertilizzante,
mentre il resto è utilizzato
nelle lavanderie casalinghe e industriali
e per produrre altri composti azotati,
come l'acido nitrico.
Studi recenti hanno rilevato
che la metà dell'azoto di questi fertilizzanti
non è assimilata dalle piante.
Di conseguenza l'azoto è stato trovato
come composto chimico volatile
nell'atmosfera e nelle riserve d'acqua della Terra,
danneggiando gravemente l'ambiente.
Certo, Haber non aveva previsto questo problema
quando introdusse la sua invenzione.
Seguendo la sua visione pionieristica,
gli scienziati oggi stanno cercando
un nuovo processo Haber del ventunesimo secolo,
che raggiunga lo stesso livello di utilità
senza le conseguenze dannose.