Nicola Armaroli. I nuovi colori del carbonio

Il 3 novembre 2021 la Società chimica europea (EuChemS) ha rilasciato la nuova versione della sua tavola periodica costruita con lo scopo di mostrare al pubblico l’abbondanza relativa degli elementi chimici e la disponibilità residua in base al loro attuale impiego. Realizzata nel 1869 dal chimico russo Dmitrij Mendeleev, la tavola degli elementi è uno schema che classifica gli atomi (e non le sostanze composte come l’acqua) in base alle loro proprietà. La versione rilasciata dalla EuChemS, a differenza di quella tradizionale, presenta caselle di dimensioni diverse in base all’abbondanza della sostanza e con un colore differente in relazione alla durata prevista delle sue riserve.

Se nella prima edizione il carbonio (C) si presentava di colore verde, quindi in abbondante disponibilità e non a rischio esaurimento, in seguito la sua casella si è colorata con un tricolore verde, rosso e grigio. Altreconomia ha intervistato Nicola Armaroli, dirigente di ricerca del Consiglio nazionale per le ricerche membro dell’Accademia nazionale delle scienze e presidente del gruppo di lavoro EuChemS sulla tavola periodica, in merito ai motivi di questo cambiamento.

Professor Armaroli quali motivi vi hanno spinto a pubblicare la vostra versione della tavola periodica? A chi pensavate di rivolgervi?
NA Nel 2019 si è celebrato il 150esimo anniversario della tavola periodica degli elementi e la Società chimica europea stava organizzando una serie di iniziative per celebrarlo, così presentai la proposta di recuperare una versione della tavola pubblicata nel 1976, per aggiornarla e pubblicarla. Visto che si sta finalmente diffondendo l’idea che le risorse del nostro Pianeta sono limitate, abbiamo pensato che fosse una buona occasione per mostrare a tutti la “carta di identità” materiale del nostro Pianeta. Dopo averci lavorato per diversi mesi, l’abbiamo pubblicata a inizio 2019 e ha riscontrato subito un grande successo, superiore alle nostre aspettative, forse perché è anche bella esteticamente. In Italia l’abbiamo diffusa grazie al supporto dell’editore Zanichelli che l’ha inserita all’interno di alcuni libri di testo e mi ha chiesto di illustrarne il contenuto e il significato agli studenti. Il motivo di fondo è far capire alle persone che il Pianeta possiede una certa composizione chimica e questo ha un’influenza sulle nostre vite perché stiamo usando le sue risorse in maniera sempre più massiccia e non sostenibile.

Come avete fatto a stabilire la rarità degli elementi?
NA Si è ricorso a un’analisi della composizione chimica della crosta terrestre per poi calcolare la quantità media degli elementi a livello globale. La dimensione di ciascuna cella indica la quantità della sostanza disponibile nella crosta terrestre, e non nelle parti più profonde del Pianeta, da noi non raggiungibili. Si tratta però di una rappresentazione logaritmica: quando raddoppia la dimensione la quantità dell’elemento aumenta di dieci volte. La disponibilità, ad esempio, del silicio è di diversi ordini di grandezza superiore a quella del disprosio (elemento utilizzato nei motori elettrici, ndr) che è 25mila volte meno abbondante. Il colore indica invece la durata delle risorse in base al nostro consumo attuale. Gli elementi colorati in verde non presentano problemi di disponibilità, quelli in giallo sono limitati soprattutto in relazione agli usi attuali, mentre le risorse in arancione potrebbero esaurirsi entro i prossimi due o tre secoli. Infine il colore rosso evidenzia come la sostanza sia a “rischio estinzione” entro il 2100. Ad esempio l’elio si trova solo in alcuni giacimenti di metano e quando viene disperso nell’atmosfera è così leggero che si perde nello spazio. Gli altri elementi rossi sono però tipicamente persi perché non vengono correttamente riciclati. Per evitare di far crescere il numero delle caselle rosse e provare a invertire la tendenza dobbiamo tradurre in pratica il concetto di economia circolare basato sul riutilizzo di tutti gli elementi, soprattutto i più preziosi. Le cosiddette terre rare, invece, meritano un discorso a parte: non sono gli elementi meno comuni ma sono concentrati in pochi giacimenti sfruttabili. Il colore grigio indica infine gli elementi, provenienti da zone di conflitto o contese militarmente come il tungsteno o l’oro.

“Il carbonio è l’ingrediente chimico chiave della vita sulla Terra ma la nostra civiltà assetata di energia lo ha reso un intricato problema ambientale e geopolitico”

Nella tavola date una grande rilevanza agli elementi indispensabili alla produzione di telefono cellulari. Si tratta di un simbolo per rappresentare l’industria elettronica in generale?
NA Si stima che in una casa nel 1990 fossero presenti in media una ventina di elementi, mentre oggi sappiamo che solo in un telefono cellulare ve ne sono una quarantina, ognuno con la propria funzione specifica. Questo perché si tratta di strumenti che compiono svariate funzioni e ognuno richiede un elemento specifico. Il simbolo del cellulare è stato scelto per segnalare alle persone che se si vuole bene all’ambiente non si deve cambiare il proprio telefono ogni due anni. Anche perché dietro l’estrazione degli elementi necessari alla sua produzione vi è una montagna di rifiuti che ci si lascia alle spalle.

Come è cambiata la valutazione del carbonio? Perché nella prima edizione della tavola era classificato come verde (abbondante e non legato a conflitti) e ora ha una denominazione tricolore (verde, rosso e grigio)?
NA Dopo aver pubblicato la tavola nel 2019 abbiamo ricevuto una lettera da parte di alcuni colleghi che ci hanno fatto notare come la nostra valutazione del carbonio fosse stata poco attenta. Se è vero che si trova in abbondanza nelle rocce, nelle foreste o in atmosfera, la maggior parte del carbonio che utilizziamo viene dagli idrocarburi come il petrolio che sono notoriamente causa di conflitti. La scelta del rosso deriva dal fatto che, con gli attuali livelli di consumo, il petrolio è destinato a esaurirsi entro fine secolo. Da qui viene il triplice colore del carbonio: verde perché ci sono abbondanti risorse in natura, rosso e grigio per la limitata disponibilità degli idrocarburi e i conflitti che hanno sempre causato. Abbiamo pubblicato questo aggiornamento in occasione della Cop26 sul clima di Glasgow proprio per sottolineare l’importanza che una molecola come la CO₂ riveste nelle nostre vite. Si tratta di una sostanza fondamentale per la vita sulla Terra: occupa un ruolo decisivo nel ciclo del carbonio e nel mantenere stabile la temperatura terrestre. Dall’altro lato, però, l’abuso di combustibili fossili nell’ultimo secolo ha causato un eccesso di CO₂ in atmosfera, che costituisce una minaccia. Lo scopo della Società chimica europea è proprio questo: mostrare il ruolo che questa scienza ricopre nelle nostre vite e il cambiamento climatico è solo uno dei tanti aspetti in cui la chimica gioca un ruolo chiave.

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