Così la fisica può suggerire alla politica come bilanciare salute e costi

Da qualche puntata sto svolgendo un mini corso di fisica dell’aerosol per l’uomo comune che odia le formule ma ama la fisica. Siccome è passato un po’ di tempo, vi aiuto a rintracciare gli articoli precedenti: 7 e 8 gennaio, “La forza dell’aerosol”; lunedì 16 gennaio “Come combattere l’inquinamento dell’aria: la fisica aiuta”; lunedì 23 gennaio, ”La fisica del quotidiano: la grande agitazione delle particelle”; venerdì 3 febbraio, “Il filtro perfetto esiste. Ma c’è un bel prezzo da pagare”. Capite che sto facendo una cosa sconveniente: la divulgazione fatta da chi fa, e ha fatto, le cose che dice, e non da chi dice le cose che si fa dire da chi le fa, per spiegarle agli altri. Magari senza capirle pienamente lui stesso. Gli inglesi, che in questo ci sanno fare, obbligano il coordinatore di un progetto di ricerca a spendere direttamente in divulgazione il due per cento dell’intero budget. Questo pistolotto per introdurre la spiegazione dell’ultima delle forze agenti sulle particelle sospese in un fluido, la diffusioforesi. Un po’ più complicata delle altre forze, essa richiede dal lettore maggiore concentrazione. Ma ne vale la pena perché con la conoscenza di tutte le forze possiamo perfezionare le tecnologie di separazione delle particelle dal fluido gas che le ospita evitando così che l’uomo si faccia del male da solo respirando schifezze. Per non parlare del maggiore rispetto del pianeta e della sua biosfera che così si ottiene.

Per riassumere brevemente quanto abbiamo già detto, per aerosol intendiamo il sistema delle due componenti, particelle e fluido, nel quali esse sono sospese. Ci interessa soprattutto l’aria, e per portare via le particelle dall’aria si usa la diffusione browniana per le piccolissime, la cattura aerodinamica per le più grandi e la cattura elettrostatica per tutte. Nelle dimensioni intermedie sono efficaci però anche le forze foretiche, termo e diffusioforetiche. La termoforesi l’abbiamo vista responsabile del baffo scuro sulla parete fredda sopra il termosifone. Se c’è un gradiente di temperatura nel gas, la particella subisce urti più violenti dalle molecole nella parte che affaccia la temperatura maggiore che non dall’altra, e quindi si muove verso “il freddo”. Ma cosa succede se invece di avere un gas di un solo tipo ne abbiamo uno di due tipi, composto cioè di molecole di massa diversa? Se inventandoci un’altra metafora, a colpire un grande schermo su ruote avessimo palle da tennis e palloni da calcio, ma con maggior numero di palloni da calcio da una parte che non dall’altra, lo schermo su ruote si muoverebbe allontanandosi dalla zona dove sono maggiori le concentrazioni di palloni da calcio. Questa è in essenza la diffusioforesi. Notate che in questo caso la temperatura è la medesima da una parte e dall’altra, ma è la massa delle due palle a essere diversa. Dunque sospesa in una mistura isoterma di due gas, la particella si muove se sono presenti dei gradienti di concentrazione di uno dei due gas o di entrambi. In generale si muoverà nella direzione del flusso diffusivo del gas di massa molecolare maggiore.

Abbiamo così completato il quadro delle forze agenti sulle particelle sospese nell’aerosol. Fatto lo sforzo di capire la loro natura, arriva ora la soddisfazione di comprendere le applicazioni ed eventualmente migliorarle. La prima importante applicazione è nel disinquinamento, sia che si tratti di ambienti indoor, di scarichi di motori a combustione interna o di caldaie di riscaldamento, o di effluenti industriali. I meccanismi di cattura che abbiamo descritto, ad esempio, trovano applicazione in corrispettivi impianti industriali: la cattura aerodinamica nei filtri a manica e a tessuto, la cattura elettrostatica negli elettro-precipitatori, la cattura termo-foretica nei termo-precipitatori, quella diffusio-foretica negli scrubber. Quest’ultimo è un termine che si tiene in inglese per gli addetti ai lavori ma vuol dire semplicemente “nebulizzatore d’acqua”. Con quanto abbiamo detto finora ogni sistema avrà caratteristiche sue quanto a efficacia e quanto ai costi sia di investimento per realizzarli che di energia che dovrà essere impiegata per farli funzionare. Tutto ha un costo ma vale la pena affrontare questo costo perché i rischi per la salute umana, gli “health hazards”, vanno evitati. 

Quanto alle diverse caratteristiche, i filtri a manica e a tessuto avranno un calo di pressione consistente a valle, gli scrubber richiederanno un forte input di energia e avranno il problema della rigenerazione dell’acqua di scarto, i filtri elettrostatici richiederanno un forte investimento iniziale ed un alto consumo di energia. Ovviamente il discorso diventa strettamente tecnologico quando si cerca di combinare due effetti in un unico dispositivo (ad esempio termo-precipitatori con scubber). Ma perché sottolineo questi aspetti che annoiano (sono molto “boring”) e pochi sono i lettori chiamati a scegliere dispositivi per le loro industrie che non possiedono. Perché è un campo, quello dei costi e benefici che interessa tutti, alla fine chi paga è il contribuente-Pantalone o il consumatore. Il compromesso fra benefici alla salute e costi è alla base di tante scelte politiche, che vengono spesso fatte nella ignoranza assoluta (ho già citato la incredibile questione degli inceneritori a Roma). Per questo il mio non è tanto un discorso di tecnica di disinquinamento industriale ma di un divulgatore che, partendo dalla fisica che presiede ai diversi sistemi, vuole mostrare che c’è un ampio margine di miglioramento; suggerisce dove mettere in campo gli sforzi della ricerca, come incanalarla nella direzione nella quale sono presumibili i progressi. Nel caso specifico, ritengo sia quello delle forze foretiche. Attualmente, con gli scrubber si va “a tentoni”. Gli ingegneri vedono che qualche vantaggio si ottiene, ma quanto a condizioni ottimali di temperatura, concentrazione e dimensioni delle goccioline e altri parametri è necessario una messa a punto che ancora non esiste in quanto basata sulla fisica del processo. 

Quello che dico è un discorso che vale per la guida della ricerca di un paese. La Finlandia è un ottimo esempio di paese che ha saputo dare direttive alla ricerca nazionale, e partendo dalle esigenze della sua industria cartaria si è portato fra i paesi di punta nella fisica dell’aerosol. Vanno dati degli obiettivi non solo sulla base delle esigenze del paese ma soprattutto sulla situazione della conoscenza scientifica e sulla possibilità che vengano conseguiti risultati di avanguardia. Tornando a noi, il ruolo delle forze foretiche nel disinquinamento è uno di questi.