Cerchi da chiudere, cicli biogeochimici ed economia circolare: Il caso emblematico dell’elemento fluoro.
Salute e Benessere Naturali
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La nascita di un pensiero ecologico va di pari passo con la necessità di contrapporre a un sistema basato sullo sfruttamento di risorse non rinnovabili e del territorio una visione più inclusiva del rapporto tra l’umanità e l’ambiente che la ospita. Il boom economico della seconda metà del novecento portò con se un maggiore benessere dopo le distruzioni della seconda guerra mondiale. A fronte di indubbi vantaggi immediati si cominciò ad intravedere una serie di problemi dovuti a una crescita industriale poco o per nulla rispettosa del territorio e della salute dei cittadini. A cura di Giorgio Petrucci
Redazione Web Macro
Le esigenze di espansione economica portarono a considerare l’ambiente come sacrificabile in nome del progresso. Di pari passo si sviluppò una corrente critica verso il sistema economico dominante tesa a salvaguardare l’ambiente e la salute delle popolazioni dall’assalto di un’industria sempre più inquinante. Il pensiero ecologico crebbe insieme con la necessità di trovare un equilibrio di convivenza tra la salvaguardia dell’ambiente e la spinta antropica di un’economia basata sull’utilizzo di risorse non rinnovabili. Questa nuova disciplina aveva bisogno di armi matematiche efficaci per monitorare e quantificare le mutazioni della pressione antropica sull’ecosistema terrestre. Lo studio dei cicli biogeochimici fu un primo passo verso la giusta direzione.
Cicli
Definite le condizioni di equilibrio di una serie di cicli biogeochimici come il ciclo dell’acqua, dei nutrienti disciolti nel terreno, dell’anidride carbonica nell’aria, del carbonio, dell’azoto, del fosforo in assenza del contributo umano si andarono a considerare i discostamenti che l’attività umana determinava su di essi. Da questi dati gli scienziati cominciarono a studiare le possibilità di intervento per ristabilire un equilibrio alterato. Alcune di queste tematiche sono state affrontate in modo esauriente nel bellissimo libro di Barry Commoner “Il cerchio da chiudere”1.
Il problema dell’eutrofizzazione delle acque, delle schiume e delle piogge acide.
Uno dei primi problemi ambientali di portata globale fu la crescita anomala di alghe nei sistemi acquatici che va sotto il nome di eutrofizzazione. Si constatò che tale crescita era dovuta alla maggiore presenza nelle acque di nitrati e fosfati. La causa del problema risiedeva nell’alterazione nel ciclo delle acque dovuto all’uso di fertilizzanti chimici azotati e fosfati e dagli scarichi urbani incontrollati. Anche l’azoto e il fosforo hanno un loro ciclo biogeochimico che viene alterato con la produzione industriale di nitrati e l’estrazione di minerali di fosforo che sono resi solubili per via chimica ed usati in agricoltura e come anticalcare nelle lavatrici.
Le alghe proliferavano nutrendosi di tali sostanze fino a consumare la totalità dell’ossigeno disciolto nei corsi d’acqua con la conseguente moria delle specie ittiche presenti. E’ interessante sapere che il semplice eccesso di una delle due sostanze non produce effetti negativi che invece sono determinati dalla loro compresenza. Intervenendo per legge sulla formulazione dei detersivi con il bando dei polifosfati e sulla depurazione delle acque reflue è stato possibile il rifasamento dell’equilibrio alterato. La formazione delle schiume nei corsi d’acqua, evidenziata negli anni 60 del novecento, era invece dovuta all’utilizzo di detersivi di sintesi non biodegradabili. Il problema fu risolto riformulando per legge la tipologia di detersivo (biodegradabile al 95%) insieme ad una legge sulla depurazione delle acque reflue.
L’aumento dell’acidità delle piogge era invece legato all’emissione di fumi industriali. Purtroppo si constatò che le piogge scioglievano i gas acidi immessi in atmosfera aumentando fino a più di mille volte l’acidità naturale delle acque piovane. In questo caso si andava ad alterare il ciclo delle acque in un punto diverso dai precedenti. Il fenomeno fu molto studiato in Germania a causa della crisi ambientale che portò alla moria di alberi nella Foresta Nera, un complesso polmone verde che tuttora copre vaste zone tra Germania, Svizzera, Francia e Olanda. L’acidità delle piogge alterava il delicato equilibrio della foresta. La causa principale era dovuta all’emissione dei fumi delle acciaierie della Ruhr e dalle centrali elettriche a carbone. I danni delle piogge acide superarono anche i confini tedeschi fino a interessare i laghi finlandesi. Questi sono sistemi senza uno sbocco in mare aperto. Pertanto concentravano l’acidità delle piogge fino a far collassare il sistema acquatico. Il forte impatto dell’industria tedesca sull’ecosistema nazionale ed europeo fece nascere una profonda coscienza ambientalista in quel paese.
Il nascente movimento ecologista tedesco riuscì ad incidere sull’economia nazionale costringendo le industrie estrattive, del carbone e dell’acciaio, a correre ai ripari. Tutt’ora in Germania è presente un forte movimento verde che conta anche un nutrito numero di rappresentanti nel parlamento nazionale.
CFC e ciclo dell’anidride carbonica.
Ciclo dell’anidride carbonica
Grafico di Kelling per l’anidride carbonica
I clorofluorocarburi o CFC furono studiati negli anni trenta del novecento. Il loro utilizzo crebbe enormemente circa venti anni dopo perché fondamentali nel ciclo di refrigerazione dei frigoriferi e per le bombolette spray. Furono preferiti a gas meno costosi per la loro inerzia chimica, l’atossicità e l’ininfiammabilità che li rendeva meno pericolosi. Sfortunatamente però lo stesso non si è rivelato nei confronti dell’ambiente.
Il ciclo dell’ozono nella stratosfera è molto semplice. Ozono (O3) e ossigeno (O2) sono due forme dello stesso elemento. Lo strato di ozono è una difesa naturale dai raggi ultravioletti provenienti dal sole. Di giorno la radiazione solare favorisce la conversione di ossigeno in ozono che decade di notte riformando ossigeno. Nel 1974 Rowland e Molina (premi Nobel nel 1995) misero sotto accusa i CFC come causa principale per la distruzione dell’ozono stratosferico favorendo la decomposizione di ozono in ossigeno anche di giorno. Una delle conseguenze più eclatanti della sua diminuzione fu la sua quasi totale scomparsa, nei mesi primaverili, al polo sud, evidenziata nel 1985. Questo fenomeno provocò una maggiore insorgenza di forme tumorali cutanee (melanomi), danni al sistema immunitario, alla pelle, agli occhi ed una maggiore possibilità di comparsa di cataratte. L’evidenza dei danni prodotti portò, nel settembre 1987, alla firma di un trattato internazionale volto a ridurre la produzione di CFC. I clorofluorocarburi sono gas più pesanti dell’aria e salgono verso la stratosfera molto lentamente.
Per questa ragione la dimensione del cosiddetto buco dell’ozono ha continuato a crescere e le evidenze della sua diminuzione si sono cominciate a vedere solo intorno al 2015. Oggi la situazione è in via di miglioramento ma ancora lontana da essere risolta. Negli anni sessanta del novecento la possibilità di contrarre un melanoma era irrisoria ma dal 1993 ad oggi solo nella provincia di Livorno i casi di melanomi cutanei accertati ogni anno sono passati da 12 a circa 400.
Se il problema causato dai CFC sembra in via di risoluzione, non così è per quello dei gas serra e per la conseguente crisi climatica. Il ciclo dell’anidride carbonica (CO2), principale gas serra, si basa sull’equilibrio tra La CO2 prodotta dagli animali come scarto metabolico e quella assorbita dalle piante come nutrimento. Questo equilibrio è stato alterato dal ricorso a fonti di energia non rinnovabili che hanno progressivamente introdotto quantità aggiuntive di questo gas nell’aria.
I primi studi a riguardo risalgono alla metà dell’ottocento con Eunice Newton Foote (1856), John Tyndall (1859)2 seguiti da Svante Arrhenius (1896) che pubblicò il primo calcolo sul riscaldamento globale3. Per averne la conferma attraverso dati sperimentali si dovette aspettare la seconda metà del novecento. Chrles Kelling ottenne finanziamenti per costruire un osservatorio e istallare moderni rilevatori di CO2 sul vulcano Muana Loa a 3000 metri di altezza nelle Hawaii. L’osservatorio ha continuato con regolarità ad analizzare la presenza di CO2 dal 1958 fino ad oggi mostrando l’aumento di CO2 e il legame con l’aumento di temperatura mondiale. Sulla base dei primi dati riportati da Kelling nel 1972 si svolse il Summit della Terra a Stoccolma dove per la prima volta si parlò di crisi climatica e della necessità di monitorare le attività umane che potevano esserne la causa.
Nel 1990 fu stilato un rapporto scientifico sul clima sottoscritto da 154 paesi durante la conferenza di Rio de Janeiro nel 1992 con la promessa degli stati firmatari di incontrarsi regolarmente negli anni successivi. Il convegno sotto l’egida dell’ONU chiamato Conferenza delle Parti (COP) prese avvio nel 1995 a Berlino con cadenza annuale portando all’approvazione del protocollo di Kyoto nel 1997 e a quello di Parigi del 2015 scritti con l’intento di mitigare i danni della crisi climatica e permettere alle temperature del pianeta di rimanere abbondantemente al di sotto dei due gradi di ulteriore riscaldamento. Questi protocolli introdussero il concetto di crediti ambientali (articolo 6 dell’accordo di Parigi) Essi vengono acquisiti da nazioni o industrie finanziando progetti di riduzione o rimozione delle emissioni di CO2 nel proprio o in altri stati o, se sono Stati e industrie altamente inquinanti, acquistandoli da Stati o enti virtuosi che li hanno acquisiti. Il commercio dei crediti ambientali è di per se stesso un concetto eticamente aberrante; inoltre ha incentivato la nascita di una serie di scappatoie molto “creative” come è spiegato nella fonte riportata4.
Tutti questi incontri hanno perlomeno cominciato a dare risultati evidenti? Purtroppo lo studio del grafico di Kelling ci da una risposta chiara e per nulla rassicurante. Esso disegna un andamento che tende ad impennarsi col passare del tempo. Di conseguenza quello che ci aspetta è un aumento sempre più veloce delle temperature e dei problemi ambientali connessi. Tutto ciò ha un’unica spiegazione: non c’è a livello politico mondiale nessuna intenzione di affrontare davvero questo argomento dato che ciò comporterebbe un totale stravolgimento dell’assetto politico ed economico.
Il caso emblematico dell’elemento fluoro
L’elemento fluoro negli ultimi 100 anni ha avuto sempre più importanza sia nei composti inorganici che nei composti organici del carbonio. Nel primo caso è essenziale nella purificazione dell’uranio, nella chimica dell’alluminio, nella produzione delle batterie al litio e nella produzione di fluoro elementare e acido fluoridrico come intermedi per applicazioni nella chimica organica5. I composti organici del fluoro invece sono migliaia di prodotti tecnologicamente avanzati come teflon, fomblin, PFAS, idrofluorocarburi, farmaci, anestetici, insetticidi, gas isolanti e gas nervini di prima e seconda generazione5. La produzione di composti inorganici e organici del fluoro passa principalmente attraverso l’estrazione di fluorite, un minerale di fluoruro di calcio insolubile. Per utilizzare il fluoro contenuto nella fluorite è necessario solubilizzarla. Tramite quest’operazione non si fa altro che introdurre sempre più fluoro solubile nell’ambiente sotto forma di sali di fluoro o di acido fluoridrico.
I composti organici del fluoro hanno quasi tutti la proprietà di essere molto stabili come per esempio i famosi PFAS che per le loro caratteristiche di permanere per lungo tempo sia nel corpo umano sia nell’ambiente sono stati definiti “inquinanti eterni” e per la capacità di simulare gli ormoni umani sono segnalati come interferenti endocrini5. In particolare il fluoro inorganico è indiziato di: diminuire il quoziente intellettivo, essere collegato al deficit di attenzione e autismo, e dare problemi neurocomportamentali nei bambini 5,6. Altri studi riportano correlazioni tra alto consumo di fluoro nelle acque e rischio di sviluppare fluorosi dentale e ossea, accumulo di fluoro nella ghiandola pineale, disturbi del ciclo del sonno, menarca prematuro, impatto negativo sulla ghiandola tiroidea e osteosarcoma5,6.
Per il fluoro organico il discorso è più complesso ed ha bisogno di un distinguo. Alcuni composti sono indispensabili per il loro utilizzo come anestetici nelle operazioni chirurgiche mentre altre sostanze rientrano nel novero degli psicofarmaci. Essi agiscono sul sistema nervoso centrale e non sono esenti da effetti collaterali. Perciò sono somministrati esclusivamente da un medico anestesista o da psichiatri. I gas fluorurati (idrofluorocarburi (HFC), Perfluorocarburi (PFC), esafluoruro di zolfo (SF6) ) sono invece tra i più potenti e persistenti gas a effetto serra emessi dalle attività umane. Tra essi il SF6 è il più pericoloso con un tempo di permanenza di 3200 anni e un effetto climatizzante di circa 24000 volte maggiore della CO2. Il monitoraggio del SF6 iniziato a Muana Loa nel 1997 mostra che in trent’anni la presenza di questo gas è triplicata e la sua velocità d’immissione nell’aria è più che raddoppiata indice che il suo utilizzo è molto aumentato nel tempo.
Andamento della presenza di SF6 nell’aria
Ma perché viene prodotto il gas SF6?
E’ un composto estremamente stabile, molto più pesante dell’aria. E’ utilizzato: nella metallurgia per la produzione di alluminio e magnesio; nella fabbricazione di semiconduttori; negli acceleratori di particelle; come dielettrico in cabine e stazioni elettriche; in ambito medico per la disinfezione di presidi respiratori; in edilizia, all'interno delle vetrate isolanti (vetrocamera)7. Inoltre bisogna considerare che al momento l’esafluoruro di zolfo, essendo un gas con altissime prestazioni come Isolante entra nella tecnologia della produzione dei rotori per pale eoliche ed è oltretutto essenziale nella fabbricazione delle innovative celle fotovoltaiche denominate black silicon o silicio nero. Black silicon è una struttura particolare che il silicio assume in superficie e che gli permette di catturare più energia e si forma dopo l'irradiazione con particolari laser in presenza di un gas contenente esafluoruro di zolfo. La superficie del silicio sviluppa una struttura microscopica auto-organizzata che interagisce più efficacemente con la totalità della radiazione solare8. Non è l’unica situazione in cui, per ottenere energia rinnovabile e liberarsi in parte dalla trappola delle risorse fossili si è costretti a utilizzare sostanze che comunque sono nocive per l’ambiente e la salute. In realtà spesso esistono alternative ai composti più nocivi ma per convenienza economica o anche solo per pigrizia mentale non vengono utilizzate.
Così nel caso delle energie rinnovabili le batterie proposte per le auto elettriche e per gli accumulatori di energia solare nelle abitazioni il fluoruro di litio è fondamentale per migliorare le prestazioni e la sicurezza delle batterie allo stato solido9. Le batterie utilizzate nelle auto elettriche possono contribuire all'inquinamento ambientale da fluoro, anche a causa dell'impiego di sostanze chimiche come i Pfas, che servono a renderle meno infiammabili10.
Nel caso dei composti del fluoro è tempo di prendere coscienza che stiamo alterando il ciclo ecologico di un elemento potenzialmente tossico attraverso manipolazioni industriali di rocce e minerali insolubili contenenti fluoro che vengono trasformati in composti solubili quindi più facilmente assimilabili. Questo ciclo non è mai stato studiato nella sua interezza. L’aumento di fluoro assimilabile che si concentra nella catena alimentare insieme all’introduzione di nuovi composti organofluorurati persistenti nell’ambiente sta già manifestando il suo effetto negativo sulla nostra salute. È quindi necessario usare composti contenenti fluoro solo in casi strettamente necessari quando non esistono altre alternative meno inquinanti e, come nel caso dei prodotti medicali, sotto supervisione di personale competente. Inoltre è essenziale evitare la loro dispersione nell’ambiente ed incentivare il loro recupero per minimizzarne l’impatto sull’ecosistema e sulla salute umana.
Bibliografia 1) Barry Commoner “Il cerchio da chiudere” Garzanti Editore 1977 2) https://it.wikipedia.org/wiki/Riscaldamento_globale 3) https://www.cnr.it/it/news/12414/co2-in-atmosfera-ai-livelli-piu-alti-da-14-milioni-di-anni 4) https://www.qualenergia.it/articoli/obiettivi-climatici-cinque-rischi-crediti-carbonio/ 5) https://www.macrolibrarsi.it/libri/__i-pericoli-del-fluoro-libro.php 6) https://www.floridahealth.gov/newsroom/2024/11/20241122-fluoridation-guidance.pr.html 7) https://it.wikipedia.org/wiki/Esafluoruro_di_zolfo 8) https://en.wikipedia.org/wiki/Black_silicon 9) https://www.marketresearchintellect.com/it/blog/battery-grade-lithium-fluoride-leads-the-charge-transforming-energy-and-semiconductor-markets/ 10) https://auto.everyeye.it/notizie/inquinamento-silenzioso-batterie-auto-elettriche-usano-pfas-728867.html
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