Di seguito tutti gli interventi pubblicati sul sito, in ordine cronologico.

[🔍CLICCA PER INGRANDIRE ]

Sezione trasversale di un condotto MHD con campo magnetico, elettrodi corrosi e bolle di idrogeno, in un ambiente sottomarino futuristico.

Il dominio del mare ha da sempre preteso lo scotto dell'attrito e del rumore meccanico. La propulsione magnetoidrodinamica si propone come un balzo evolutivo paragonabile al passaggio dalla vela al vapore, obliterando albero, elica e timone e rimpiazzandoli con un condotto dove correnti elettriche e campi magnetici spingono l'acqua di mare. Ma l'acqua salata si oppone ferocemente all'estrazione di forza magnetica tramite la sua stessa chimica degradativa. LEGGI TUTTO L'ARTICOLO

🎧 Ascolta questo articolo

Bonus Video

I principi fisici della propulsione MHD
La propulsione magnetoidrodinamica, nota anche con l'acronimo MHD, si fonda su principi fisici ben consolidati che risalgono ai lavori fondamentali del fisico svedese Hannes Alfvén, premio Nobel per la fisica nel 1970 per i suoi studi sui magnetoidrodinamica. Questa tecnologia innovativa oblitera completamente gli organi di propulsione tradizionali come albero, elica e timone, rimpiazzandoli con un condotto nel quale l'interazione tra correnti elettriche di intensità industriale e possenti campi magnetici, generati da elettromagneti superconduttori, spinge l'acqua salata in base alla rigida matematica della Forza di Lorentz. La Forza di Lorentz, descritta dall'equazione F = q(E + v×B) in cui F è la forza agente sulla particella carica, q è la carica elettrica della particella, E è il campo elettrico, v è la velocità della particella e B è il campo magnetico, agisce sugli ioni presenti nell'acqua di mare, principalmente ioni sodio a carica positiva e ioni cloro a carica negativa, accelerandoli lungo la direzione del condotto. Il movimento degli ioni trascina per attrito viscoso l'intera massa d'acqua circostante, generando un getto propulsivo che spinge l'imbarcazione nella direzione opposta, in perfetta analogia con il principio di azione e reazione della terza legge di Newton. Il fascino del silenzio operativo e del movimento stealth, privi delle vibrazioni e del rumore caratteristico delle eliche tradizionali, ha spinto esperimenti decennali in diverse nazioni, con particolare intensità in Giappone, Stati Uniti, Russia e Cina. Il picco storico di questo programma di ricerca è rappresentato dalla Yamato-1, un'imbarcazione sperimentale giapponese di trenta metri di lunghezza, varata nel 1992 e sviluppata dal Ship & Ocean Foundation con la collaborazione di Mitsubishi Heavy Industries. La Yamato-1 era equipaggiata con due magneti superconduttori raffreddati da elio liquido, capaci di generare campi magnetici di intensità pari a quattro Tesla, sufficienti per accelerare l'acqua di mare nel condotto e sviluppare una velocità massima di circa sei virgola sei nodi. Tuttavia, l'efficienza propulsiva complessiva del sistema si arenò a un misero trenta per cento, un valore troppo basso per rendere la tecnologia competitiva con i sistemi di propulsione tradizionali, che raggiungono facilmente efficienze dell'ottanta per cento o superiori. Nonostante gli sforzi notevoli e i consistenti investimenti finanziari, il progetto Yamato-1 fu accantonato dopo alcuni anni di test, dimostrando le difficoltà pratiche di tradurre un principio fisico elegante in una tecnologia marinara affidabile ed efficiente.

Le nuove frontiere dei superconduttori ad alta temperatura
Oggi, il progetto PUMP, acronimo di Principles of Undersea Magnetohydrodynamic Pumps, supervisionato dalla prestigiosa agenzia governativa statunitense DARPA, sta rivitalizzando l'interesse per la propulsione MHD sfruttando le recenti scoperte e i progressi tecnologici nei materiali superconduttori ad alta temperatura critica. I nuovi magneti sono realizzati con nastri superconduttori basati su REBCO, acronimo di Rare-Earth Barium Copper Oxide, una famiglia di materiali ceramici che diventano superconduttori a temperature molto più alte rispetto ai precedenti superconduttori a bassa temperatura come il niobio-titanio o il niobio-stagno. I nastri REBCO, composti da strati alternati di ossido di rame, bario, terre rare come l'ittrio o il gadolinio, e materiali di buffer, possono trasportare correnti elettriche di densità enormi senza dissipazione energetica per effetto Joule, anche in presenza di campi magnetici molto intensi. La capacità di operare a temperature accessibili con criogenia più semplice, tipicamente intorno ai settantasette gradi Kelvin, temperatura dell'azoto liquido, anziché ai quattro gradi Kelvin richiesti dall'elio liquido, semplifica drasticamente l'ingegneria criogenica necessaria per mantenere lo stato superconduttore. I magneti REBCO sono in grado di generare impressionanti barriere magnetiche da venti Tesla, cinque volte più intense di quelle utilizzate sulla Yamato-1, e di sostenere densità di corrente superiori a mille ampere per millimetro quadrato di sezione trasversale. A queste potenze magnetiche, l'efficienza teorica del getto propulsivo potrebbe sfiorare il settanta-novanta per cento, valori finalmente competitivi con i sistemi di propulsione tradizionali e tali da giustificare un rinnovato interesse industriale e militare per la tecnologia MHD. I possibili vantaggi della propulsione MHD includono l'assenza di parti mobili soggette a usura meccanica, l'eliminazione del rumore di cavitazione prodotto dalle eliche tradizionali, la riduzione della firma acustica del sottomarino con conseguente miglioramento della stealthness, e la possibilità di manovrare senza timone variando l'intensità e la direzione dei campi magnetici nei diversi condotti. Tuttavia, proprio mentre i fisici e gli ingegneri sembrano aver risolto il problema delle prestazioni energetiche e criogeniche, un nuovo e insidioso ostacolo emerge dalla chimica dell'acqua di mare, un problema che i materiali superconduttori da soli non possono risolvere.

Il conflitto elettrochimico e l'erosione catastrofica
Ciononostante, se si oltrepassa la verniciatura avveniristica e accattivante dei rendering computerizzati e si indaga l'elettrochimica del canale di spinta a livello molecolare, si scorge un conflitto insormontabile tra la fisica della propulsione MHD e la chimica dell'acqua di mare, un problema fondamentale che nessun miglioramento dei materiali superconduttori potrà mai eliminare completamente. Quando correnti elettriche di magnitudo industriale, dell'ordine di migliaia o decine di migliaia di ampere, attraversano una soluzione elettrolitica come l'acqua di mare, ricca di ioni sodio, cloro, magnesio, calcio, solfati e bicarbonati, innescano in modo inevitabile e inarrestabile reazioni di elettrolisi che degradano sia gli elettrodi sia la composizione chimica del fluido propulsivo. Il processo di idrolisi, il nome tecnico con cui si indica la decomposizione elettrolitica dell'acqua, produce sugli elettrodi densi strati di micro-bolle gassose che si accumulano sulla superficie delle piastre metalliche. Sull'elettrodo negativo, il catodo, la reazione predominante è la riduzione dell'acqua a idrogeno molecolare e ioni ossidrile, secondo l'equazione 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻. Sull'elettrodo positivo, l'anodo, la reazione è più complessa e pericolosa: in presenza di ioni cloro, che sono abbondanti nell'acqua di mare con una concentrazione di circa diciannove grammi per litro, si verifica l'ossidazione dello ione cloruro a cloro gassoso molecolare secondo l'equazione 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻, in competizione con l'ossidazione dell'acqua a ossigeno gassoso secondo l'equazione 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻. Le micro-bolle di idrogeno, ossigeno e cloro aderiscono alla superficie degli elettrodi, formando uno strato isolante che aumenta drasticamente la resistenza elettrica della cella e riduce l'efficienza del trasferimento di carica dall'elettrodo al fluido. Le bolle fungono da isolante elettrico transitorio, innalzando drammaticamente l'impedenza della cella e assorbendo parte della potenza elettrica fornita al sistema, che invece di essere convertita in spinta meccanica viene sprecata nella produzione di gas. Peggio ancora, l'idrodinamica estrema del condotto MHD, con velocità del fluido potenzialmente molto elevate e turbolenza intensa, strappa queste bolle dalle piastre elettrodiche trascinandole nel flusso, dove subiscono espansioni e compressioni rapide che ne provocano il successivo e violento collasso micro-cavitazionale. Questo martellamento idraulico, costituito da onde d'urto microscopiche generate dall'improvvisa scomparsa della bolla, unito all'ossidazione acida generata dai gas clorurati disciolti che formano acido cloridrico e acido ipocloroso a contatto con l'acqua, scortica e consuma letteralmente le pareti dei condotti e le superfici degli elettrodi. Recentemente, i laboratori HRL Laboratories hanno introdotto prototipi di celle a idrogeno ricircolante che aspirano le bolle dalla superficie degli elettrodi e le riconducono in un circuito secondario dove vengono ricombinate ad acqua, abbattendo fino al novantacinque per cento l'emissione di queste bolle e dei vapori ossidativi, ma il postulato fondamentale rimane ineluttabile e irrisolvibile dalla fisica stessa: l'acqua di mare, con la sua ricca chimica ionica e la sua capacità di dissolvere gas corrosivi, si oppone ferocemente all'estrazione di forza magnetica tramite la sua stessa natura chimica degradativa. L'avanzamento tecnologico deve, paradossalmente, investire più risorse per impedire alla nave di consumare se stessa di quante ne spenda per muoverla, un bilancio energetico e materiale che rischia di rendere la propulsione MHD perennemente confinata nei laboratori di ricerca, senza mai raggiungere una maturità commerciale o operativa.

Il conflitto tra l'acqua di mare e la propulsione MHD è un conflitto irrisolvibile, una manifestazione della tendenza della natura a resistere alle forzature tecnologiche attraverso reazioni chimiche elementari quanto inarrestabili. Ogni ampere di corrente che scorre nel condotto produce inevitabilmente la sua controparte in bolle corrosive, e ogni bolla che si forma e collassa lascia dietro di sé un minuscolo cratere di erosione sulla superficie degli elettrodi, un processo lento ma inesorabile che condanna questi sistemi a una vita operativa drammaticamente breve rispetto ai motori tradizionali.

 

[🔍CLICCA PER INGRANDIRE ]

Rinoceronte di Giava in silhouette sulla spiaggia di Ujung Kulon con il vulcano Anak Krakatau fumante all'orizzonte, cielo crepuscolare.

Esiste un limite oltre il quale i calcoli di biologia della conservazione perdono significato, sostituendosi con l'escatologia della geografia fisica. Il rinoceronte di Giava, ridotto a una singola popolazione di circa sessanta-ottanta individui, vegeta interamente confinato nella penisola di Ujung Kulon, all'estremità occidentale dell'Isola di Giava. L'intera dotazione allelica mondiale della specie giace alla mercé di faglie tettoniche prive di memoria. LEGGI TUTTO L'ARTICOLO

🎧 Ascolta questo articolo

Bonus Video

Il collasso demografico del rinoceronte di Giava
Il rinoceronte di Giava, noto alla comunità scientifica con il nome binomiale Rhinoceros sondaicus, rappresenta una delle specie più minacciate del pianeta e costituisce un caso di studio esemplare della fragilità estrema a cui possono giungere le popolazioni animali quando fattori antropici e naturali convergono in un collasso demografico apparentemente inarrestabile. Attualmente ridotto a una singola e isolata popolazione di circa sessanta-ottanta individui sopravvissuti, il rinoceronte di Giava è la rappresentazione vivente del crollo sistemico, un taxon un tempo diffuso in vaste aree del Sud-est asiatico, dalle pendici dell'Himalaya in Bhutan e India orientale, attraverso il Myanmar, la Thailandia, la Cambogia, il Laos, il Vietnam, la Malaysia peninsulare, fino alle isole di Sumatra, Giava e probabilmente Borneo. La drastica riduzione dell'areale e dell'abbondanza della specie è iniziata con l'intensificazione della caccia durante l'epoca coloniale, quando i rinoceronti venivano abbattuti per il commercio dei loro corni, utilizzati nella medicina tradizionale cinese e in altre pratiche culturali asiatiche, e si è accelerata nel ventesimo secolo con l'espansione agricola, la deforestazione e i conflitti armati che hanno frammentato e distrutto l'habitat della specie. Oggi, questa esigua aliquota globale di esemplari vegeta interamente confinata all'interno di una penisola paludosa relativamente piccola: il Parco Nazionale di Ujung Kulon, situato all'estremità occidentale estrema dell'Isola di Giava, in Indonesia, un'area di circa mille duecento chilometri quadrati che rappresenta l'ultimo rifugio della specie dopo l'estinzione dell'ultimo individuo in Vietnam nel 2010, evento che ha cancellato la sottospecie Rhinoceros sondaicus annamiticus precedentemente presente nel Sud-est asiatico continentale. La popolazione di Ujung Kulon, sebbene apparentemente stabile o leggermente crescente negli ultimi decenni grazie agli sforzi di protezione che hanno ridotto drasticamente il bracconaggio, presenta tutti i segni di una popolazione che ha superato un collo di bottiglia genetico estremo, con una diversità genetica drammaticamente ridotta rispetto alla popolazione ancestrale, una situazione che la rende particolarmente vulnerabile a malattie infettive, a mutazioni genetiche recessive dannose, e a una ridotta capacità di adattamento a cambiamenti ambientali improvvisi o a nuove pressioni selettive. Gli studi genetici condotti su campioni di tessuto e feci dei rinoceronti di Ujung Kulon hanno rivelato livelli di eterozigosi, una misura della variabilità genetica di una popolazione, estremamente bassi, indicativi di una storia recente di consanguineità e di deriva genetica che ha eliminato gran parte della variazione allelica originariamente presente nella specie. Questa uniformità genetica significa che la popolazione attuale è essenzialmente un clone espanso di pochi individui fondatori, con tutti gli individui che condividono un'alta percentuale del loro genoma, un fattore di rischio significativo per la comparsa di malattie genetiche recessive che in una popolazione più varia rimarrebbero nascoste dall'eterozigosi.

Le minacce biologiche e ambientali nella penisola di Ujung Kulon
Gli accademici, i biologi della conservazione e le commissioni internazionali che monitorano lo stato di conservazione del rinoceronte di Giava misurano assiduamente e con crescente preoccupazione il progresso dell'erosione genetica endogama, l'invasività crescente di alcune specie vegetali che alterano la composizione della foresta, e l'agghiacciante minaccia epidemiologica rappresentata dalla setticemia emorragica, una patologia batterica che transita agevolmente dai bufali d'acqua limitrofi, appartenenti alla specie Bubalus bubalis, agli immunodepressi rinoceronti, con tassi di mortalità che possono superare il novanta per cento negli animali infetti. La pianta invasiva più pericolosa per l'ecosistema di Ujung Kulon è la palma Arenga obtusifolia, una specie che si sta espandendo rapidamente nelle aree disturbate della foresta, formando fitti popolamenti che soffocano le essenze foraggiere preferite dal rinoceronte, riducendo la disponibilità di cibo di qualità e costringendo gli animali a spostamenti più ampi per trovare nutrimento sufficiente, con conseguente aumento dello stress energetico e riduzione del successo riproduttivo. Le palme Arenga producono inoltre frutti che, seppur commestibili per i rinoceronti, hanno un valore nutrizionale inferiore rispetto alle piante che stanno sostituendo, creando un potenziale deficit calorico che, sommato ad altri fattori di stress, potrebbe compromettere la salute e la fertilità della popolazione. La setticemia emorragica, causata dal batterio Pasteurella multocida, è endemica nella popolazione di bufali d'acqua selvatici che vive nei pressi del parco, e occasionalmente si verificano episodi di spillover in cui il batterio salta la barriera di specie e infetta i rinoceronti, con conseguenze spesso letali per gli animali colpiti. Dal momento che la popolazione di rinoceronti è così piccola e geneticamente uniforme, la comparsa di un focolaio epidemico di setticemia emorragica potrebbe decimare una frazione significativa degli individui sopravvissuti, potenzialmente spingendo la specie oltre il punto di non ritorno verso l'estinzione definitiva. Questo stillicidio quotidiano di minacce, misurate e monitorate con sempre maggiore precisione dai biologi della conservazione, maschera tuttavia, come un palliativo cognitivo che distoglie l'attenzione dalla vera natura del pericolo, la spada di Damocle sismica e vulcanica che oscilla inesorabile sulla testa dell'ultima popolazione di rinoceronte di Giava, una minaccia di natura così diversa da quelle biologiche da richiedere un cambio di paradigma nel modo di pensare la conservazione della specie. Ujung Kulon si protende direttamente nello Stretto della Sonda, il braccio di mare che separa le isole di Giava e Sumatra, una regione geologicamente tra le più attive e pericolose del pianeta, situata lungo la celebre Cintura di Fuoco del Pacifico, dove placche tettoniche si scontrano, si subducono e generano terremoti, tsunami ed eruzioni vulcaniche con frequenza e intensità superiori alla media globale.

La spada di Damocle vulcanica dell'Anak Krakatau
E in quelle acque agitate dello Stretto della Sonda, a pochissima distanza dalla costa occidentale di Ujung Kulon, sorge l'Anak Krakatau, ovvero il "Figlio del Krakatoa", un cono vulcanico emergente che è cresciuto dal fondo del mare dopo la catastrofica eruzione del 1883 che distrusse l'isola madre del Krakatoa. L'Anak Krakatau è un vulcano attivo, giovane, imprevedibile e in continua crescita, che riposa sull'esatta faglia geologica che nel lontano 1883 liberò un'energia stimata pari a diecimila bombe nucleari della potenza di quella sganciata su Hiroshima, una delle più grandi esplosioni mai registrate nella storia umana, il cui fragore fu udito a quasi cinquemila chilometri di distanza. La gigantesca esplosione del 1883 generò onde tsunamiche decametriche, alte fino a trenta metri o più, che si abbatterono sulle coste di Giava e Sumatra, spazzando via centinaia di villaggi, uccidendo più di trentaseimila persone e sommergendo vaste aree costiere, comprese quelle stesse foreste di Ujung Kulon oggi calpestate dagli ultimi rinoceronti di Giava. La ricostruzione della geologia della regione indica che eruzioni di scala simile a quella del 1883, o anche più violente, si verificano nell'area dello Stretto della Sonda con una frequenza stimata di circa una ogni mille-duemila anni, un intervallo di tempo relativamente breve in termini geologici ma sufficientemente lungo da far perdere la memoria del pericolo alle popolazioni umane e agli stessi biologi della conservazione, che tendono a concentrarsi su minacce più frequenti e visibili come il bracconaggio, la perdita di habitat e le malattie. I modelli di estinzione simulati al computer per la popolazione del rinoceronte di Giava, che incorporano la probabilità di eventi catastrofici naturali come eruzioni vulcaniche di grande scala e i conseguenti tsunami, attribuiscono un tasso di mortalità totale causata da catastrofi naturali ogni secolo con altissime percentuali, indicando che la probabilità che la specie venga spazzata via da un evento vulcanico o sismico nei prossimi cento-duecento anni è tutt'altro che remota e anzi superiore alla probabilità di estinzione per cause biologiche come la consanguineità o le malattie. I biologi della conservazione sono ben consapevoli di questa minaccia e cercano ostinatamente da decenni un habitat di dislocamento secondario dove trasferire una parte della popolazione di Ujung Kulon, creando una popolazione separata geograficamente che possa sopravvivere indipendentemente in caso di disastro catastrofico nel sito originale. Sono stati esplorati potenziali siti idonei nell'isola di Sumatra, in particolare nel Parco Nazionale di Way Kambas e in altre aree protette che in passato ospitavano rinoceronti di Sumatra, una specie diversa ma con esigenze ecologiche simili. Lo spostamento di alcuni individri da Giava a Sumatra è però bloccato da barriere giurisdizionali complesse, che richiedono accordi tra governi centrali e locali, da tempistiche logistiche esasperanti dovute alla necessità di costruire recinti di acclimatamento, trasportare gli animali in condizioni di massima sicurezza e monitorarli per anni dopo il rilascio, e dalla preoccupazione di non competere con l'ultima popolazione di rinoceronte di Sumatra, anch'essa gravemente minacciata e bisognosa di ogni risorsa di conservazione disponibile. Nel frattempo, mentre i funzionari e i biologi discutono, pianificano, ritardano, l'intera dotazione allelica mondiale di Rhinoceros sondaicus, l'intero patrimonio genetico di una specie che ha impiegato milioni di anni di evoluzione per perfezionarsi, giace alla mercé di faglie tettoniche prive di memoria, di coscienza e di pietà, indifferenti ai valori estetici, ecologici e culturali che gli esseri umani attribuiscono alla biodiversità. L'umanità sta operando un gigantesco e irresponsabile gioco d'azzardo planetario, stipando l'intera argenteria della biodiversità, rappresentata dall'unica popolazione superstite del rinoceronte di Giava, al centro di uno stadio riempito di cariche esplosive attive pronte a detonare in qualsiasi momento, con un innesco costituito non dalla volontà umana ma dalle inesorabili e imprevedibili leggi della termodinamica del magma sotterraneo.

Qui, per il rinoceronte di Giava, l'estinzione non sarà probabilmente causata dal logoramento lento del bracconaggio, che gli sforzi di protezione hanno ormai ridotto a livelli molto bassi, né dalla consanguineità che si accumula gradualmente di generazione in generazione, né dalla competizione con le piante invasive che riducono lentamente la capacità portante dell'habitat. L'estinzione, se e quando arriverà, sarà improvvisa, violenta, totale, causata dall'inesorabile e imprevedibile equazione termodinamica del magma sotterraneo, che in un singolo istante di faglia aperta, in un'ora o in un giorno di eruzione pliniana e di tsunami successivi, abbatterà a zero il numeratore dell'esistenza della specie, cancellando per sempre dalla faccia della Terra un animale che aveva imparato a sopravvivere alla giungla, ai predatori, ai cacciatori, ma non al fuoco della terra che lo aveva generato.