Progetto Galileo

Qualche giorno fa, la storia che ha guadagnato molta visibilità sui media italiani (qui la sensazionalistica versione del Corriere) ed esteri è stata quella di un 13enne tedesco, Nico Marquardt, che avrebbe corretto i calcoli della NASA per quanto riguarda le probabilità di impatto con la Terra dell’asteroide Apophis.

Il quale, secondo le misure e previsioni preparate sotto il Near Earth Object Program della NASA, raggiungerà la sua massima vicinanza alla Terra il 13 Aprile 2036, con una probabilità di impatto di 2.2*10^-5, ovvero 1 su 45000 passaggi. Vista la minuscola probabilità d’impatto, si ritiene che l’evento non debba suscitare alcuna preoccupazione.

Tuttavia, secondo il lavoro di Marquardt la vera probabilità d’impatto sarebbe 1 su 450: molto più preoccupante visto che l’energia liberata dalla caduta dell’asteroide causerebbe una catastrofe immane. Come ha fatto il nostro giovane ricercatore ad arrivare ad un risultato di due ordini di grandezza diverso da quello della NASA?

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“La diossina”, soprattutto dopo l’incidente di Seveso, è diventato uno degli spauracchi dell’età moderna; questo termine viene usato più per il suo valore di propaganda che per il suo esatto significato chimico.

Cerchiamo invece di capire qualcosa di più riguardo questa classe di composti chimici. Intanto non esiste “la diossina”, ma esiste una classe di composti il cui nome scientifico è dibenzo-p-diossine (p sta per para). La struttura della capostipite della serie si trova nell’immagine che apre l’articolo; si tratta di composti triciclici nei quali due anelli benzenici sono connessi da un anello contenente due atomi di ossigeno. Gli atri idrogeni sugli anelli benzenici possono essere sostituiti da diversi atomi o gruppi, e sono le dibenzodiossine clorurate che suscitano particolare preoccupazione per i loro effetti tossici. Con otto posizioni libere, si possono avere dibenzodiossine che contengono da uno ad otto atomi di cloro, ed un vasto numero di isomeri per un totale di 75 composti (chiamati congeneri). La “diossina” per antonomasia è la 2,3,7,8-tetraclorodibenzo-p-diossina (dove i numeri specificano la posizione degli atomi di cloro secondo una numerazione convenzionale), abbreviata in 2,3,7,8-TCDD o semplicemente TCDD, rappresentata qui a fianco. Questa molecola è planare, altamente simmetrica e rigida.

Dalla struttura si può già concludere che questi composti sono chimicamente stabili - quindi persistono a lungo nell’ambeinte e negli organismi; le policlorodibenzodiossine - soprattutto quelle più simmetriche - sono anche poco o ninete polari, per cui più solubili nei solventi organici e nei grassi che nei mezzi acquosi.

Le policlorodibenzodiossine si formano in piccole quantità durante i processi di combustione, specialmente ma non solo dei materiali plastici, vista la naturale tendenza del carbonio ad organizzarsi in anelli benzenici nelle condizioni opportune - come fiamme a bassa temperatura e povere di ossigeno - e l’onnipresenza di ossigeno e cloro; sembra che anche i cloruri metallici sulla superficie delle particelle di cenere abbiano un ruolo importante nella formazione delle policlorodibenzodiossine. Queste sostanze si formano anche durante la sbianca al cloro della carta, e da reazioni parassite che possono accadere durante la sintesi di una certa classe di erbicidi, gli acidi clorofenossiacetici e loro derivati.

La sintesi degli acidi di- e triclorofenossiacetici (2,4-D e 2,4,5-T) si effettua con la reazione fra di- o triclorofenato sodico ed acido cloroacetico in ambiente basico; se la temperatura durante questo processo sale oltre certi limiti (140 °C durante la preparazione del 2,4,5-T), si ha invece la reazione fra due molecole di triclorofenato sodico con formazione di TCDD. Questa reazione è uno degli infrequenti casi di sostituzione nucleofila aromatica, e riesce ad avvenire poichè i due prodotti (TCDD e cloruro di sodio) sono molto stabili e la formazione di NaCl in soluzione produce un forte aumento di entropia. Questo è il motivo della presenza di diossine nell’Agente Orange e della loro formazione a Seveso.

Nonostante le diossine ed in particolare la TCDD siano spesso citate come i più tossici composti esistenti, i risultati degli studi su persone ed animali esposti alle diossine sono meno definitivi. Per esempio, uno studio pubblicato su Environmental Health Perspectives (IF 5.86) nel giugno del 2003 non riesce a trovare alcuna correlazione significativa fra i livelli di TCDD nel siero materno e adverse birth outcomes (risultati avversi della nascita), mentre il rapporto dell’EPA sui rischi delle diossine è stato criticato dalla National Academy of Sciences per avere sottostimato l’incertezza sui rischi per la salute e forse sovrastimato il rischo di cancro.

Con questo non si vuole certo dire che immettere diossine nell’ambiente sia cosa saggia - anzi, la cosa prudente è cercare comunque di minimizzare l’emissione di questi composti. Il panico e l’allarmismo sulle diossine, invece, sono inutili se non dannosi.

Oggi, la storia dell’orrore che sta facendo il giro dei media (qui Repubblica, ma si tratta solamente di uno dei tanti) è quella del distacco di un enorme iceberg dalla Barriera di Wilkins, Antartide. Il fenomeno è avvenuto in un modo che diversi ricercatori considerano preoccupante e dovuto al riscaldamento globale (per quanto riporta l’articolo linkato).

Tuttavia, se si guarda alla scala relativa dell’iceberg e dell’intero Antartide, il distacco appare come qualcosa di poca importanza: secondo i dati di Encarta, l’intero Antartide ha un’area di 14 milioni di chilometri quadrati, mentre il volume totale di ghiaccio che lo ricopre è stimato intorno ai 29 milioni di chilometri cubi.

A seconda delle fonti, l’iceberg viene descritto come grande “sette volte Manhattan” o “il doppio dell’Isola d’Elba”; dati più precisi parlano di 415 km²; questo è il valore che userò nel paragrafo successivo. L’articolo del Corriere è particolarmente confuso a riguardo, visto che prima afferma che l’iceberg misura 41 x 2,5 km (per un totale di 102,5 km²); poi lo descrive come “grande il doppio dell’isola d’Elba”, che sarebbero 446 km².

Facendo un rapido calcolo, si trova che l’area dell’iceberg è di circa lo 0,03 per mille del totale (2.96*10^-5 è il rapporto). Il distacco di questa piccola frazione di ghiaccio è davvero un motivo sufficiente per allarmarsi?

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La temperatura superficiale di un pianeta dotato di atmosfera come la Terra dipende dal bilancio fra la radiazione solare assorbita, e la radiazione che viene riemessa dal pianeta verso lo spazio; questa è solo una versione su larga scala dei bilanci di energia be noti nella chimica ed ingegneria.

I gas serra - per primo il vapore acqueo - riducono la trasparenza dell’atmosfera a particolari lunghezze d’onda, cosicchè parte della radiazione riemessa dalla superficie terrestre viene trattenuta dall’atmosfera che quindi si riscalda fino al punto in cui l’aumento di flusso radiativo (la radiazione di corpo nero), che è proporzionale alla quarta potenza della temperatura, ristabilisce l’equilibrio*. Grazie al naturale effetto serra, la Terra è un pianeta con una temperatura superficiale piuttosto mite.

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Il Corriere di oggi 5 Marzo ha un articolo a firma di Luigi Offeddu che descrive una nuova iniziativa europea per ridurre l’inquinamento provocato dai voli aerei.

 Il giornalista però fa un lavoro meno che brillante:

Dicono certi esperti che, in un solo volo di andata e ritorno fra Londra e New York, un aereo lascia per i cieli tante porcherie inquinanti quante potrebbe lasciarne una famiglia media, se tenesse acceso il riscaldamento di casa per un anno intero. E se davvero è così, i cieli d’Europa possiamo immaginarli come affollati di termosifoni e di famiglie medie[...]e una scia di emissioni che aumenta sempre più, sempre più nera. E sempre più rumorosa. Dal Co2, il biossido di carbonio, agli ossidi di azoto, all’inquinamento acustico, se uno vuol preoccuparsi c’è solo da scegliere.[...]

ma sulle loro ali, come sulle ruote delle automobili, viaggiano da un paese all’altro anche fantasmi che si chiamano gas serra o riscaldamento della terra.

Il più grosso difetto di questo primo paragrafo è lo stile: retorico, emotivo ed allarmistico, si adatta poco a quello che dovrebbe essere il riportare una notizia in modo imparziale e neutro. Sul piano del contenuto, è chiaro che l’autore ignora quali siano stati gli sviluppi dei motori a reazione, che ormai sono diventati i motori dalla combustione più pulita al mondo: basta andare ad osservare i decolli da un qualsiasi aeroporto per constatare che solo gli aerei più vecchi producono tenui scie di fumo. Le abbondanti scie di fumo nero sono, per nostra fortuna, cosa del passato. Ma se volete approfondire la conoscenza dei motori a reazione, potete iniziare da questo ottimo articolo, però in inglese.

 Continua il Corriere:

[...]dal 1990 al 2005, le emissioni di Co2 causate solo dai voli nazionali nei 15 stati della zona Euro sono aumentate del 44%; ma se si considerano tutti i voli europei, si scopre che l’aumento delle emissioni ha toccato il 73%. Al nuvolone nero contribuiscono anche gli errori umani, come le carenze del controllo aereo:[...]

Ecco di nuovo l’iperbolico nuvolone nero, ma fateci caso: questo pragarafo, si parla dell’aumento relativo delle emissioni di CO2* dovute ai voli aerei, non di quale frazione del totale esse siano. Però il paragrafo successivo dice:

Altri dati, spesso citati dalle imprese aeronautiche, assicurano invece che si deve agli aerei non più del 3% delle emissioni di Co2. Sia come sia, le previsioni parlano chiaro: il traffico passeggeri sui voli nazionali nella Ue continuerà ad aumentare di circa il 4,5% all’anno, e alla fine risulterà raddoppiato nel periodo 2000-2020.

Già qui si comincia male, implicando che tali dati siano di parte perchè favorevoli all’industria aeronautica. Però, il 3% che viene citato è la frazione di emissioni sul totale europeo - ma quel “sia come sia” e l’intera impostazione dei due paragrafi non aiutano certo un lettore distratto a capire la differenza - che invece è critica. Non ho motivo di ritenere che questo sia intenzionale; probabilmente è l’autore stesso che ha preso una cantonata.

Per completezza, le prime due voci nella lista dei consumi di combustibili fossili sono la produzione di energia elettrica ed il traffico autoveicolare; uno strumento molto utile per comprendere il reale stato dei consumi di energia e carburanti nel mondo è lo Statistical Review of World Energy pubblicato annualmente dalla BP.

Più in basso si legge che Paolo Costa, presidente della Commissione (euro)parlamentare trasporti, sostiene che è giusto che le compagnie aeree paghino per i permessi di emissione sui voli brevi e medi, dove il treno è una valida alternativa. Ah si, la famosa alternativa ferroviaria: per una questione di mere distanza e velocità, il treno non è davvero un’alternativa ad un volo più lungo che Milano-Roma, e questo se le cose vanno bene - che non capita sempre. Per non parlare poi della qualità generalmente bassa del servizio ferroviario; anche le mie esperienze con le ferrovie inglesi non sono proprio esaltanti.

Per finire, Offeddu ci presenta le soluzioni tecnologiche promosse dalla UE:

Il maggior progetto di ricerca della Ue, appena lanciato, si chiama Clean Sky e coinvolge 54 industrie di 16 paesi. Costerà 1,6 miliardi di Euro (800 milioni finanziati dalla Ue), studierà gli aerei «ad ala intelligente » o quelli fabbricati con materiali superleggeri.

Cosa sarà questa ala intelligente? Razionalmente, si può pensare che sia un’ala in grado di ottimizzare il suo profilo in modo da avere le massime prestazioni in ogni situazione. Ma anche questo concetto è troppo complesso per il giornalista medio italiano, che quindi ci infila un “intelligente” buono per tutte le stagioni. Anche i materiali superleggeri (compositi di metallo, resine e fibre) non sono esattamente una novità, visto che sia Boeing che Airbus li usano già da anni - e non sono privi di loro difetti rispetto al comune alluminio.

Per favore notate che questo post non tratta del riscaldamento globale antropogenico, quindi commenti su di esso andrebbero off-topic.

* Secondo la convenzione oggi in uso nella chimica, la prima lettera del simbolo di un elemento si scrive in maiuscolo, la seconda (quando c’è) in minuscolo, mentre i numeri degli atomi si scrivono come pedici. Quindi, la notazione corretta è CO₂ (e comunemente si considera come un nome femminile); Co invece è il simbolo del cobalto.

Mentre la scienza si occupa, alla radice, di capire come è fatto e come funziona il mondo intorno a noi, tecnologia ed ingegneria hanno lo scopo meno aulico di trasformare tali conoscenze in ogetti e processi che siano utili in pratica. E l’utilità pratica spesso si traduce nel far guadagnare un sacco di soldi agli azionisti della compagnia per la quale l’ingegnere lavora.

Per fare un esempio tratto da situazioni che conosco piuttosto bene, i chimici puri sono interessati a stabilire i meccanismi di reazione e la struttura dei complessi attivati; gli ingegneri od i chimici industriali invece vogliono avere a disposizione una costante di velocità della reazione (nelle appropriate unità di misura) che permetta loro di progettare un reattore che ogni giorno possa sfornare la quantità di prodotto richiesta dai pianificatori. O altrimenti, che permetta ai progettisti di spiegare ai pianificatori economici perchè i loro piani sono irrelizzabili.

Non si può onestamente stabilire quale sia superiore fra scienza e tecnologia; in realtà esse sono complementari, perchè la scienza è la base della tecnologia, ma senza la seconda la prima rimarrebbe fine a sè stessa. C’è poi un ciclo di feedback (o retroazione), in quanto le scoperte scientifiche permettono agli ingegneri di costruire nuovi apparecchi, che a loro volta possono essere usati per ulteriori scoperte. I semiconduttori rappresentano un trionfo della fisica dello stato solido, ma d’altra parte la produzione di massa di dispositivi a semiconduttore richiede avanzata tecnologia in tutti i campi - e per finire, ormai non c’è laboratorio scientifico al mondo che non faccia un massiccio uso di computer per acquisire, archiviare, analizzare ed elaborare dati, permettendo così nuove scoperte.

Tuttavia, spesso e volentieri gli scienziati “puri” si possono permettere di ignorare tutti quei dettagli che riguardano l’applicazione pratica delle scoperte scientifiche. Se si aggiunge a questo la profonda specializzazione degli scienziati moderni, si capisce perchè alcuni di loro ogni tanto affermino pure castronetrie, specialmente fuori dalle loro strette competenze. L’ingegneria è meno soggetta alla specializzazzione profonda, perchè le diverse branche condividono molti principi fondamentali ed anche si sovrappongono di frequente nei loro campi di applicazione.  Se poi vogliamo dire la verità, discipline come la fisica teorica e cosmologia sono più astrazioni matematiche che considerazioni su oggetti reali e tangibili.

Quando si parla delle differenze fra scienza e tecnologia, si può citare un vecchio proverbio: Fra il dire e il fare c’è di mezzo il mare.

 FabioC. (fabster2)