La reazione chimica che sfama il mondo -Daniel D. Dulek

Guarda la lezione completa: http://ed.ted.com/lessons/the-chemical-reaction-that-feeds-the-world-daniel-d-dulek

Come facciamo a coltivare abbastanza raccolto per sfamare miliardi di persone? Usiamo il processo Haber, che trasforma l'azoto dell'aria in ammoniaca, facilmente convertibile nel suolo nel nitrato che le piante usano per sopravvivere. Sebbene abbia aumentato le scorte di cibo in tutto il mondo, il processo Haber ha fatto pagare un tributo imprevisto all'ambiente. Daniel D. Dulek indaga la chimica e le sue conseguenze.

Lezione di Daniel D. Dulek, animazioni di Uphill Downhill.

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.