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.