Girolamo CastaldoAnche un bambino sa che l’acqua e il fuoco sono assolutamente incompatibili tra loro e svolgono funzioni diametralmente opposte. In particolare, nessuno si sognerebbe mai di usare l’acqua al posto del fuoco per bruciare i rifiuti.
Eppure, andando a indagare, si scopre che le cose non sono esattamente così semplici.
La scienza ci dice, infatti, che è perfettamente possibile sfruttare l’acqua a fini per cui tradizionalmente si impiega il fuoco.
Andiamo a vedere come e quali sono i possibili utilizzi pratici e problemi ancora insoluti.
Cos’è l’acqua supercritica e come la si ottiene
Oltre ai tre stati classici della materia (liquido, solido e gassoso), ne esiste un quarto più “esotico” detto stato supercritico, raggiunto il quale una sostanza (acqua, in questo caso) presenta caratteristiche tipiche sia dello stato liquido che di quello gassoso.
Come spiega Savannah Geary su SciShow (qui il video completo), per rendere l’acqua supercritica è necessario riscaldarla sotto forte pressione.
Normalmente l’acqua evapora quando la sua temperatura raggiunge i 100 gradi, in quanto in quel momento la sua pressione interna equivale a quella dell’aria.
Ma in una pentola a pressione la pressione dell’aria è superiore al normale, quindi anche l’acqua necessita di una pressione maggiore per evaporare (la raggiunge quando la sua temperatura è intorno ai 120 gradi).
Continuando su questa strada, si possono creare situazioni in cui l’acqua necessita di una pressione ancora maggiore per evaporare, fino a raggiungere un punto, detto punto critico, in cui l’acqua non riesce più a restare liquida, né può evaporare.
Essa passa quindi al cosiddetto stato supercritico, raggiungibile intorno ai 373 gradi di temperatura e 217 bar di pressione (oltre 200 volte superiore a quella dell’aria che respiriamo).
Le proprietà dell’acqua supercritica e l’ossidazione
Nello stato supercritico, l’acqua è simile a un gas (cioè, vapore acqueo), ma mantiene la capacità di dissolvere sostanze, tipica dello stato liquido.
E poiché è estremamente calda, riesce a dissolvere anche materiale organico, spezzando i legami tra le molecole.
Tali molecole organiche sono quindi libere di reagire con l’ossigeno presente nell’aria e si ossidano, perdendo elettroni e diventando più cariche positivamente.
Il processo di ossidazione è molto simile a quello che avviene quando si accende un fuoco: quello che ci appare come qualcosa che brucia, in realtà è il carburante che si ossida (e difatti per estinguere un fuoco basta privarlo di ossigeno).
Di conseguenza, è possibile usare acqua nello stato supercritico per bruciare rifiuti, allo stesso modo di come si fa col fuoco.
Vantaggi e possibili utilizzi dell’acqua supercritica
Questo processo, noto come ossidazione con acqua supercritica, elimina quasi del tutto i rischi associati all’uso del fuoco, in quanto genera solo qualche piccolo punto infuocato, senza fiamme.
Di conseguenza, è perfetto per sbarazzarsi di liquami e rifiuti in luoghi in cui non è possibile accendere fuochi, ad esempio su una stazione spaziale.
A tal proposito, ricercatori dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) hanno scoperto che mischiando acqua supercritica con rifiuti organici come l’ammonio, si riescono anche a ottenere sottoprodotti riciclabili come acqua e anidride carbonica.
Quest’ultima è utilizzabile in ambiente spaziale per nutrire piante, che sono a loro volta una fonte di cibo e acqua.
Ancora più di rilievo è il fatto che l’acqua supercritica riesca a distruggere le cosiddette sostanze perfluoro alchiliche (PFAS), comunemente usate per produrre pentole anti-aderenti, ma estremamente inquinanti e difficili da smaltire.
Per di più, l’acqua bonificata dai PFAS torna a essere potabile.
Problemi da risolvere e sviluppi futuri per l’acqua supercritica
Ci sono purtroppo ancora dei problemi per l’utilizzo su larga scala dell’acqua supercritica.
Innanzitutto, l’ossidazione con acqua supercritica produce sali, che come noto corrodono metalli e macchinari.
Inoltre, l’ossidazione dei PFAS in acque contaminate genera comunque anidride carbonica, che sulla Terra andrebbe a peggiorare la già grave crisi climatica.
Per fortuna si sta già lavorando a un modo per eliminare l’anidride carbonica emessa dalla reazione prima che raggiunga l’atmosfera o, ove non possibile, per imprigionarla nel sottosuolo.
Si può quindi sperare in un futuro con meno rifiuti, più acqua potabile e miglior supporto per lunghe missioni spaziali, che possano magari anche portare l’uomo su Marte.