Il mondo dei gas


Banane mature color oro… laghi dalle acque cristalline… satelliti nello spazio… il buon vino… chi collegherebbe tutto questo ai Gas Tecnici?

I Gas non si vedono ma sono costantemente intorno a noi e vengono utilizzati in tutto il mondo a tutte le ore del giorno e della notte. Essi sono utilizzati per saldare, per la maturazione della frutta, congelare, per il trattamento delle superfici (es. pulizie industriali), per ricerca ed analisi, per la depurazione delle acque, per il vetro, per la ceramica.

I Gas Tecnici ricoprono ruoli specifici in molteplici processi industriali: nel trattamento dei metalli, nella metallurgia, nell'industria chimica e petrolchimica, nei processi delle industrie alimentari, la protezione dell'ambiente, nell'industria elettronica, nel settore edilizio, nella lavorazione della gomma e della plastica, in medicina, ricerca e della scienza.

Composizione dell'aria

L'aria secca al suolo, è la stessa aria che respiriamo, è composta all'incirca per il 78 % di azoto, 21% di ossigeno e per 1% di argon, più altri componenti in quantità minori. È da considerare che la composizione e la pressione dell'aria cambiano fortemente con l'altitudine.

COMPOSIZIONE DELL'ARIA
Nome Formula Proporzione e
Frazione molecolare
% in peso
Azoto N2 78,08 % 75,37 %
Ossigeno O2 20,95 % 23,1 %
Argon Ar 0,934  % 1,41 %
Diossido di carb CO2 Da 330 a 350 ppm  
Neon Ne 18,18 ppm  
Elio He 5,24 ppm  
Monossido di azoto NO 5 ppm  
Kripton Kr 1,14 ppm  
Metano CH4 1 / 2 ppm  
Idrogeno H2 0,5 ppm  
Ossido di azoto N2O 0,5 ppm  
Xeno Xe 0,087 ppm  
Diossido di azoto NO2 0,02 ppm  
Ozono O3 Da 0 a 0,001 ppm  
Radon Rn 6,0x10-14 ppm  

Nota: 1 ppm ( parte per milione ) = 0,0001 %

L'aria è la miscela di gas costituenti l'atmosfera terrestre.

In un contesto non scientifico, l'aria è uno dei quattro elementi "classici" (aria, acqua, terra, fuoco).

La prima volta che mi parlarono di aria liquida, ero in villeggiatura e un medico che abbiamo avuto il piacere di conoscere, mi ha parlato di un operazione che aveva da poco eseguito con successo, un intervento chirurgico su un paziente, che a seguito di un forte trauma, correva il rischio di restare cieco per il distacco di entrambe le retine.

L'intervento è stato eseguito con uno strumento a forma di matita raffreddata con azoto liquido. La bassissima temperatura ha sigillato lo strappo delle retine con un effetto molto simile a quello dell'estremo calore sui metalli nell'operazione della saldatura.

E l'azoto era stato prelevato direttamente dall'aria che respiriamo ogni giorno, in cui l'azoto come abbiamo visto è presente in grande quantità il 78,08 % del totale.

"Ciò che facciamo – dice Richard Giordano, presidente del gruppo BOC – è estrarre gas dall'aria e da altre fonti per aiutare altre persone a creare nuovi prodotti o a migliorare quelli esistenti. Bisogna venire dietro le quinte per vederci all'opera, ma una volta che cominciate a guardare, ci vedrete dappertutto".

Non avevo bisogno di guardare fuori dalla mia camera d'ospedale per avere conferma di gas industriali intorno a me. Il respiratore accanto al mio letto era collegato ad un contenitore di ossigeno liquido. Il vetro della finestra sono fabbricati in forni che ricevono flussi di ossigeno per aumentarne l'efficienza. L'Argon e il Neon vengono inseriti nelle lampadine e nei tubi fluorescenti che illuminano in nostre case.

Guardando fuori dalla finestra vedevo un fiume che qualche anno prima inquinato. L'ossigeno con cui sono state arricchite le sue acque ha spinto i batteri a divorare le scorie tossiche. Ora il fiume è limpido e pulito, ed è tornato ad essere vissuto da cigni e pesci.

Quasi ogni volta che prendevo in mano un giornale vi trovavo riferimenti all’uso dei gas industriali. A New York, è stato utilizzato dell’azoto liquido per eliminare strati di vernice in decomposizione dalla Statua della Libertà. In Unione Sovietica, dopo il disastro di Chernobyl, l’azoto liquido è stato immesso sotto il reattore nucleare per congelare il terreno e abbassare la temperatura nel nucleo.

A Milano, nei cantieri della Linea 3, delle sonde sono state inserite in profondità nel terreno, che si presentava friabile e ricco di falde acquifere, in cui è stato flussato azoto liquido a 196° sotto zero, per consolidarlo congelandolo e rendere possibile lo scavo e la costruzione delle volte della galleria.

Ero così incuriosito dal mando quasi sconosciuto dei gas industriali, che decisi di visitare un impianto di separazione dell’aria che produce diverse centinaia di mc di gas al giorno. Alcuni uomini sorvegliavano il processo di carico di gas in alcune autocisterne. Ma in giro non vedevo nessuno scaricare la materia prima.

Chiesi informazioni all’Ingegnere che mi accompagnava e sorridendo mi indicò un’apertura di quattro metri quadrati provvista di persiane vicino alla sommità di un muro. “eccola la nostra materia prima” disse. “Aria, pure e semplice aria”. Si sentiva all’interno un rumore metallico. Ma non vedevo altro che uomini in camice bianco intenti a controllare la batteria di strumenti, d’indicatori e di stampanti. L’Ingegnere Responsabile e i suoi collaboratori lavorano dal 8 alle 17 del lunedì al venerdì. L’impianto invece, rimane in attività 24 ore su 24, sete giorni la settimana, con una gestione totalmente informatizzata.

Due tecnici, sono sempre reperibili e vengono chiamati dal sistema in caso di necessità.

Mi chiesi, se la materia prima “l’aria” è gratuita e la manodopera è estremamente ridotta, i gas che se ne ricavano costeranno molto poco, “niente affatto – rettificò – sono invece molto costosi perché il processo di separazione dell’aria richiede enormi quantità d’energia elettrica, convogliare l’Aria costantemente e contribuire a scomporla nelle varie parti che la costituiscono”.

All’inizio del secolo scorso gli scienziati ritenevano per lo più che l’aria e i suoi principali componenti, ossigeno,e azoto, fossero “gas permanenti” e che non fosse possibile un cambio di stato. Ma nel 1877 Louis Cailletet in Francia e Raoul Pictet in Svizzera produssero nei loro laboratori alcune gocce bluastre d’aria liquida.

Verso la fine del secolo il tedesco Karl Von Linde e il francese Georges Claude elaborarono, indipendentemente l’uno dall’altro, tecniche per produrre aria liquida e separarne i componenti gassosi su scala industriale. Poco dopo, Linde costituì una società per sfruttare la sua invenzione in Germania.

Le tecniche si basavano su tre principi. Il primo è che la temperatura alla quale un gas si liquefa varia a seconda della pressione esercitata si di esso. Il secondo è che i gas si riscaldano quando vengono compressi e si raffreddano quando si espandono. Lo si può costatare osservando una capsula di anidride carbonica che trasforma acqua comune in acqua soda. Il gas è stato compresso nella capsula a una pressione quattro o cinque volte maggiore di quella atmosferica, e quando viene liberato nell’acqua della bottiglia fa diventare la capsula gelida al tocco. Il terzo principio dice che si può separare un liquido nei suoi componenti gassosi facendolo bollire. La parte più volatile s’innalzerà come vapore e potrà essere raffreddata e condensata riportandola allo stato liquido in un altro recipiente. E lo stesso procedimento seguito da un agricoltore che, per fare il brandy di mela, distilla l’alcol dal succo fermentato del frutto.

La differenza tra questa operazione e il lavoro di un impianto per la separazione dell’aria è solo un fatto di gradi. Ma a questo riguardo è considerevole. Il punto di ebollizione dei gas dell’aria alla pressione atmosferica, che è anche il punto in cui diventano liquidi, è molto basso: 183 centigradi sotto zero per l’ossigeno e 196 centigradi per l’azoto. Per arrivare a queste temperature la tecnica ha dovuto fare miracoli.

Il processo in un impianto per la separazione dell’aria comincia con i giganteschi compressori che aspirano l’aria esterna e filtri che bloccano sostanze inquinanti, vapore acqueo, anidride carbonica.

Una volta purificata, l’aria è sottoposta a enorme pressione – fino a 20 volte quella dell’atmosfera – per poter poi essere espansa e usata come refrigerante. Poiché la compressione ne fa risalire bruscamente la temperatura, l’aria viene fatta circolare attraverso unità refrigeranti e sottoposta a ulteriori trattamenti per poter arrivare a 80 centigradi sotto zero. Ora la pressione su quasi tutta l’aria è sei volte inferiore alla norma.

Espandendosi, questa massa d’aria raffredda il resto, che rimane sottoposto ad alta pressione, fino a 160 centigradi sotto zero, e a questo punto comincia a formarsi un liquido bluastro. Da ora in avanti si tratta di convogliare l’aria liquida attraverso un dedalo di tubi e di scambiatori, di pressione che si espandono e contraggono, di temperature che si alzano e si abbassano.

Infine, la distillazione: si elimina l’azoto con la bollitura, e quello che rimane è ossigeno puro.

La distillazione avviene in colonne di acciaio inossidabile dentro le quali sono accatastati centinaia di “vassoi”, ciascuno perforato da migliaia di minuscoli fori. Il gas sale attraverso i fori; il liquido, debordando dai vassoi, si riversa sul livello sottostante. In questo modo, il gas si arricchisce di azoto, e il liquido di ossigeno.

Il processo, come tanti aspetti di questa industria, è invisibile. Dovendo essere compiute a temperature così basse, le operazioni hanno luogo entro le pareti metalliche di quella che è chiamata scatola fredda (cold-box). Ciò che esce dalla scatola fredda può essere allo stato gassoso o a quello liquido, a secondo di dove e di come deve essere spedito.

Allo stato gassoso, l’aria e altri gas industriali sono spesso trasportati per mezzo di condotti sotterranei. Allo stato gassoso o liquido possono anche essere spediti in cilindri d’acciaio specialmente isolati, autocisterne, carri ferroviari e navi.

Gli impieghi dei gas industriali nel nostro mondo ipertecnologico sono numerosi e vari. Alimenti congelati in azoto o anidride carbonica liquidi hanno trasformato il nostro modo di mangiare. Sempre nel settore alimentare, la Barilla ha sperimentato di recente con successo un metodo di disinfestazione del grano duro conservato nei silos con un gas non tossico: l’anidride carbonica. I programmi spaziali richiedono enormi quantità di idrogeno e di ossigeno liquidi, usati come carburante dei razzi. Le piastrine di silicio dei computer sono così delicate che possono essere prodotte soltanto in un’atmosfera di azoto ultrapuro e ultrainerte ( o del suo ancora più inerte cugino, l’argon). E le trivellazioni sottomarine sono rese possibili dall’uso di enormi quantità di elio e di ossigeno allo stato gassoso.

Quali meraviglie possiamo aspettarci dal futuro? Nella sua sede centrale di Parigi, Edouard de Royère, presidente e direttore della Air Liquide, parla di progressi tecnici che sono già sui tavoli di progettazione. Gli aerei ci porteranno in meno di due ore dall’Inghilterra all’Australia volando nella parte superiore dell’atmosfera con i serbatoi pieni di ossigeno liquido prelevato dall’aria circostante. I treni viaggeranno a 500 chilometri l’ora, galleggiando letteralmente sul paesaggio grazie a un effetto levitazione indotto da potenti elettromagneti raffreddati in elio liquido. Le automobili avranno motori in ceramica, due volte più leggeri di quelli d’acciaio, e consumeranno meno carburante. La ceramica sarà fatta di ossidi in polvere, con tecniche che dovranno essere usate soltanto in un’atmosfera di azoto ultrapuro e inerte. “Saremo noi a far muovere gli ingranaggi del XXI secolo, ma pochi lo sapranno” dice Royère con una nota di tristezza nella voce.

Non tutti saremo così poco informati. Se gli scienziati tradurranno in realtà i loro sogni, centinaia di migliaia di persone afflitte da malattie respiratorie croniche potranno condurre una vita normale, grazie a contenitori d’ossigeno portatili. Altri guariranno dal gomito del tennista e dai reumatismi mediante terapie a base di azoto. E molti di noi non dimenticheranno mai che qualche goccia di gas ghiacciato ci ha salvato dalla cecità.

Testo di Robert Wernick, tratto dal Reader’s Digest

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