Come i fertilizzanti sintetici hanno cambiato il mondo, nel bene e nel male

Se ci fermassimo a ragionare sulle invenzioni hanno cambiato maggiormente la vita e la storia dell'umanità, buona parte delle risposte riguarderebbero la nostra preistoria: penseremo all'uso del fuoco, all'agricoltura e la nascita di insediamenti stabili, la lavorazione dei metalli e così via. Poche scoperte hanno però avuto la capacità di influenzare tanto rapidamente le nostre vite come quella dei fertilizzanti sintetici, che hanno permesso un incredibile aumento dei raccolti e la crescita demografica esponenziale sul nostro pianeta. Queste sostanze potrebbero, a tutti gli effetti, essere considerate tra i più grandi contributi della chimica all'umanità, ma ci pongono anche di fronte a nuove sfide e conseguenze da mitigare, in un costante compromesso tra il bisogno di risorse e la salvaguardia dell'ambiente.

La storia dei fertilizzanti sintetici

Tra le principali risorse necessarie alla crescita delle piante c'è l'azoto, elemento diffusissimo in atmosfera sotto forma di gas N₂, per più del 78%. Le piante non sono in grado di catturare l'azoto dall'aria, come fanno invece con la CO₂, e devono quindi basarsi su diverse strategie per ottenere questo prezioso nutriente, dalla simbiosi con batteri specifici a una dieta carnivora a base di insetti.

Nel corso dei secoli gli agricoltori hanno affinato diverse tecniche per favorire l'assorbimento di azoto e altri nutrienti nel terreno: basta pensare all'uso di concimi ricavati dallo sterco animale o alla rotazione triennale delle colture, la pratica di alternare piante da raccolto a specie in grado di arricchire il suolo di nutrienti. Alcune di queste pratiche sono utilizzate anche oggi, nell'agricoltura intensiva, per la capacità di migliorare la struttura del terreno e favorire, per esempio, la ritenzione dell'acqua di irrigazione.

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Solamente nel primo decennio del Novecento il chimico tedesco Fritz Haber mise a punto un metodo sperimentale per ottenere ammoniaca (NH₃) a partire dall'azoto atmosferico e dall'idrogeno (a sua volta ricavato dal metano) tramite la seguente reazione chimica:

N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃

La reazione è favorita da alte pressioni e temperature, ma soprattutto da opportuni catalizzatori, ossia sostanze che non partecipano alla reazione ma la “facilitano” rendendola più rapida ed efficace. Inizialmente fu utilizzato l'osmio, per poi passare all'uranio e a più economiche leghe ferrose usate ancora oggi. Il brevetto, acquistato dalla compagnia chimica tedesca BASF, fu industrializzato dal chimico Carl Bosch, che aggiunse quindi il suo nome a quello che sarebbe diventato il processo Haber-Bosch e maggiore importanza ad una scoperta che finì per valere un Nobel a testa, rispettivamente nel 1918 e 1931.

A seguito di questa invenzione, l'improvvisa disponibilità di composti azotati diede una spinta costante alla produzione agricola, soprattutto grazie al nitrato di ammonio (NH₄NO₃). Questo composto divenne rapidamente uno dei fertilizzanti più usati, perché in grado di fornire azoto in maniera istantanea (grazie al nitrato NO₃^–) ma anche a lento rilascio (grazie al gruppo ammonio NH₄⁺, che alcuni batteri e funghi convertono lentamente in nitrati) favorendo una crescita più equilibrata delle coltivazioni.

L'impatto della scoperta e il boom demografico

Nel corso dei decenni i fertilizzanti diventarono sempre più importanti per l'agricoltura, soprattutto grazie all'introduzione di prodotti in grado di rilasciare anche fosforo (P) e potassio (K), altri elementi fondamentali per la crescita vegetale: proprio per questo i moderni fertilizzanti sono classificati con la numerazione NPK, la percentuale dei tre elementi (o meglio, di azoto N e degli ossidi P₂O₅ e K₂O) nel prodotto.

A oggi, nonostante le numerose innovazioni come l'uso massiccio di serre o le specie OGM, la resa in tonnellate per ettaro delle coltivazioni è ancora pesantemente correlata alla quantità di fertilizzanti utilizzati, una relazione evidente in territori e climi profondamente diversi tra loro.

Proprio la crescente disponibilità di cibo dovuta all'uso dei fertilizzanti ha favorito una crescita costante della popolazione umana, soprattutto a partire dal secondo dopoguerra: si stima che, a oggi, almeno 3 milioni e mezzo di persone al mondo sopravvivano grazie all'apporto di questi prodotti.

L'uso indiscriminato di fertilizzanti ha però portato anche a pesanti impatti sull'ambiente: una massiccia diffusione causa infatti la perdita di fertilizzante nelle falde acquifere e nei fiumi delle aree più coltivate, come la Pianura Padana, favorendo lo sviluppo di specie vegetali nei laghi e mari dove sfociano e portando al fenomeno dell'eutrofizzazione. Attualmente, si stima che 2/3 dell'azoto e la metà del fosforo apportato dai fertilizzanti non sia effettivamente sfruttato dalle coltivazioni, andando a inquinare i bacini idrici soprattutto nei paesi dove l'agricoltura è più industrializzata.

Le terribili conseguenze dell'invenzione di Haber

Sin dai primi sviluppi, la tumultuosa situazione europea portò anche all'interessamento dell'industria bellica per la scoperta di Haber: la produzione di acido nitrico (prodotto per ossidazione dell'ammoniaca) e altri precursori di esplosivi permise a Paesi poveri di risorse naturali, come la Germania, di aumentare la produzione di armi e le proprie capacità militari anche di fronte a embarghi di materie prime, favorendo probabilmente lo scoppio e il prolungarsi della Prima guerra mondiale.

Il legame tra fertilizzanti ed esplosivi è tutt'oggi importante, come ci ha ricordato l'esplosione del porto di Beirut del 2020: a rendere pericolosi composti usati anche in agricoltura, come il nitrato d'ammonio, è l'ossigeno disponibile nel gruppo nitrato, che favorisce la combustione rapida di altri prodotti, e la grande energia rilasciata dalle reazioni che portano alla formazione di azoto N₂ a partire da composti più instabili.

La prima guerra mondiale vide Haber tra i protagonisti: ormai famoso e riconosciuto genio della chimica ma anche fervente interventista, egli si arruolò volontario e contribuì personalmente, con le sue ricerche, allo sviluppo e all'utilizzo nel 1915 delle prime armi chimiche. Questa scelta controversa mise a rischio il suo Nobel e colpì profondamente la moglie Clara Immerwahr, prima donna tedesca laureata in Chimica, che si tolse la vita quello stesso anno. Lo stesso, tragico destino toccò anche a due dei suoi figli negli anni a seguire.

Il blasone e la fama di Haber lo accompagnarono anche nel primo dopoguerra; il crescente potere del partito nazista nel suo paese di origine lo spinse però, per via della sua origine ebraica, alla ricerca di incarichi all'estero, interrotta dall'improvviso decesso avvenuto nel 1934.

Tristemente, proprio alcune delle sue ricerche sui pesticidi furono alla base dell'invenzione dello Zyklon B, veleno usato nelle camere a gas dei campi di concentramento dove anche alcuni suoi parenti troveranno la morte nei decenni successivi.