Luigi Cerruti: La fissazione dell'azoto, ovvero l'ambiguità della scienza

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Pluralismo tecnologico

 

 

 

La verità di Crookes era parziale: l'azoto fissato e in particolare l'acido nitrico non era importante solo per l'agricoltura, esso era indispensabile per l'industria chimica, in particolare nei settori degli alti esplosivi e dei coloranti sintetici. Dato il rilievo economico e strategico di questi prodotti si capisce come la corsa verso la fissazione dell'azoto atmosferico non fosse una passeggiata bucolica, anche se la messa a punto da parte di Ostwald (brevetto inglese del 1903) di un processo per l'ossidazione catalitica dell'ammoniaca in qualche modo attenuò la grande tensione verso l'ossidazione diretta dell'azoto, in quanto grandi quantità di ammoniaca erano comunque ricavabili, con procedimenti abbastanza semplici, dalla distillazione secca del carbone. La prima fabbrica di acido nitrico con il processo Ostwald sorse nei pressi di Bochum nel 1909, con una potenzialità annua di 2400 tonnellate. Nel frattempo si erano delineate numerose direttrici d'attacco al problema della fissazione. Darò qui un breve cenno sullo sviluppo delle due soluzioni proposte da Birkeland e Eyde, e da Frank e Caro, per poi soffermarmi, più a lungo, sui tentativi di Serpek e sul grande lavoro di Haber.

 

A chi fosse interessato alla genealogia dei processi industriali lo studio dei precedenti del processo Birkeland-Eyde permetterebbe una scorribanda su più di un secolo di storia. Potrebbe infatti partire da Cavendish, che nel 1781 bruciava idrogeno nell'aria per sintetizzare acido nitrico dall'aria mediante scariche elettriche, ed approdare presso le cascate del Niagara nel 1903 per vedere la chiusura dell'impianto costruito l'anno precedente dalla Atmosferic Products Company, rapidamente fallita nel tentativo di ossidare direttamente l'azoto. Non sempre il semplice è facile. La reazione di formazione dell'ossido d'azoto

 

N2 + O2   <-->  2 NO        (1)

 

ha una velocità apprezzabile solo ad altissima temperatura, e in quelle condizioni l'equilibrio è molto spostato verso sinistra; a 2850 C si ottiene solo il 3% di NO. In tempi in cui l'industria idroelettrica era a caccia di applicazioni remunerative, anche un simile procedimento, assai costoso in termini di energia, poteva trovare un patron deciso a sfruttarlo. La combinazione utile si ebbe in Norvegia, dove dall'incontro fra Birkeland (1867-1917), scienziato di chiara fama, e S. Eyde, ingegnere interessato ai processi elettrochimici, nacque il 'sole di Birkeland', un forno in cui un arco voltaico deformato necessaria alla reazione. La prima fabbrica cominciò a funzionare nel maggio 1905 a Notodden, in Norvegia, con una potenzialità di acido nitrico puro di una tonnellata e mezza al giorno. Dopo una ventina d'anni il processo, ormai superato malgrado sfruttasse bassi costi dell'energia, venne abbandonato.

 

Il procedimento basato sulla preparazione della calciocianamide ha ascendenti meno lontani, ma in compenso presenta una caratteristica 'singolare': "Quando nel 1892 Heinri Moissan preparava il carburo di calcio con il forno elettrico, non era questo prodotto che cercava ma il diamante. Allo stesso modo quando Frank, Caro e Rothe scoprirono un pò più tardi la calciocianamide facendo reagire l'azoto sul carburo di calcio, la loro intenzione era di preparare un altro prodotto, il cianuro di calcio" (Hackspill). Leggendo questo brano, tratto da un manuale del 1922, si ha un pò l'impressione che si sia giunti ad un'importante innovazione industriale quasi per sbaglio. Il caso c'entra, ma 'corretto' dalla vigile attenzione dei ricercatori. Moissan aveva sì costruito il suo forno elettrico per ottenere diamanti dalla contrazione rapida di masse di ferro contenenti carbonio puro; ma non ignorò certo l'importanza industriale della sua invenzione quando cominciò a studiare sistematicamente la sintesi dei carburi: si ricordi che il carburo di calcio era stato ottenuto per la prima volta da F. Wöhler trenta anni prima, e che la sua produzione industriale, dovuta alle ricerche di Moissan, ebbe un grande sviluppo in funzione dell'illuminazione ad acetilene.

 

Per quanto riguarda i chimici tedeschi, Frank e Caro avevano brevettato nel 1895 un processo che preparava dei cianuri fissando l'azoto atmosferico su carburo di bario riscaldato a 700-800 C; i cianuri erano allora molto richiesti per un nuovo metodo di estrazione dell'oro. Nel 1897 tentando di estendere il metodo alla sintesi del cianuro di calcio F. Rothe ottenne invece la calciocianamide (già sintetizzata in altro modo da Drechsel nel 1877) secondo la reazione:

 

 CaC2 + N2   ->  CaCN2 + C     (2)

 

Questa reazione condotta a 1000-1100 C è alla base dell'industria della calciocianamide; il suo vero successo cominciò quando si propose di utilizzarla come fertilizzante (brevetto tedesco del 1902). Negli anni immediatamente precedenti la prima guerra mondiale la produzione di calciocianamide fiorì ovunque l'energia elettrica fosse a buon mercato, con l'Italia in 'ottima' posizione. Il primo stabilimento italiano sorse a Piano d'Orte (Chieti) nel 1905: fu l'inizio di una delle tante rissose corse verso la sovraproduzione che punteggiano la storia dell'industria chimica nel nostro paese. Ma questa particolare 'storia' ci porterebbe troppo lontano.

 

 

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