Come la chimica industriale può essere sostenibile: dalle superfici attive agli agrochimici

I tensioattivi, così come altri prodotti chimici industriali, svolgono un ruolo fondamentale in settori cruciali come quello della pulizia, dell'agricoltura e della farmacologia. Il loro impiego è diventato essenziale per molte applicazioni quotidiane, contribuendo a rendere i processi produttivi più efficienti. Tuttavia, nonostante i numerosi vantaggi, l'uso diffuso di queste sostanze solleva preoccupazioni legate alla loro tossicità e all'impatto ambientale, portando ad una crescente attenzione globale e all'introduzione di normative sempre più restrittive. La sintesi e lo smaltimento dei tensioattivi, infatti, contribuiscono a problemi ambientali significativi, tra cui il riscaldamento globale, il cambiamento climatico e il degrado della fascia di ozono. La crescente domanda di soluzioni sostenibili ha portato allo sviluppo di alternative ecologiche, come i tensioattivi verdi, e all'introduzione di regolamenti che favoriscono l'uso di prodotti privi di fosfati e altre sostanze pericolose.

Studi recenti suggeriscono che l'adozione di detersivi liquidi anziché in polvere possa ridurre la tossicità dei tensioattivi, mentre metodologie innovative per la preparazione di detergenti per diversi tipi di acqua contribuiscono a limitare ulteriormente i danni ambientali. Allo stesso modo, l'impiego di biosurfattanti, derivati da microrganismi o da materiali di scarto, sta emergendo come una valida alternativa per via della loro bassa tossicità, biodegradabilità e stabilità in varie condizioni. Tuttavia, nonostante le promettenti possibilità, la produzione di questi composti biologici è ancora limitata da costi elevati e una comprensione parziale dei sistemi bioreattori. Tuttavia, i recenti progressi nel design dei reattori e nelle tecnologie di recupero del prodotto potrebbero renderli più competitivi in futuro.

Nel settore agricolo, la situazione è altrettanto complessa. I sistemi agricoli di molti paesi in via di sviluppo dipendono da pratiche insostenibili che portano al rilascio massiccio di effluenti pericolosi nel suolo, nell'aria e nelle risorse idriche. Nonostante i benefici indiscussi dei fertilizzanti e dei pesticidi, il loro uso indiscriminato espone a gravi rischi per la salute umana e l'ambiente. Le moderne tecnologie per la produzione dei fertilizzanti, come i nanofertilizzanti, e i metodi sofisticati di applicazione, tra cui l'uso di droni, stanno cercando di rispondere a queste problematiche. Tuttavia, per ridurre l'impatto ambientale, è fondamentale sensibilizzare gli agricoltori e tutti gli attori del settore sull'uso responsabile di pesticidi e fertilizzanti. L'adozione di tecnologie verdi e sostenibili è una priorità per garantire la resilienza dell'agricoltura nel lungo periodo.

Nel contesto della protezione delle colture, gli agrochimici sono suddivisi principalmente in tre categorie: fertilizzanti, prodotti di protezione delle piante e stimolanti della crescita. La recente evoluzione della chimica dei pesticidi ha portato alla creazione di alternative più sicure, come i piretrini e i neonicotinoidi, che stanno sostituendo le sostanze più tossiche come i tricloruri e gli organofosfati. Nonostante ciò, la variabilità nell'uso degli erbicidi a livello globale, come evidenziato dalla predominanza degli erbicidi negli Stati Uniti rispetto all'uso maggiore di insetticidi in India, è determinata da fattori climatici, tecnologici e agronomici.

Infine, un'altra area critica della chimica industriale è quella dei catalizzatori. I catalizzatori, utilizzati in una vasta gamma di processi chimici industriali, possono essere suddivisi in tre categorie principali: omogenei, eterogenei ed enzimatici. Ciascuna di queste categorie ha caratteristiche specifiche che ne determinano l'applicazione in contesti molto diversi. I catalizzatori eterogenei, ad esempio, sono ampiamente utilizzati per la produzione di biodiesel, poiché offrono vantaggi significativi in termini di sostenibilità ed efficienza rispetto ai catalizzatori alcalini tradizionali. Lo sviluppo di catalizzatori ibridi, che combinano i vantaggi dei catalizzatori omogenei ed eterogenei, sta dando risultati promettenti, soprattutto in settori come la produzione di combustibili a partire da biomassa.

In conclusione, la chimica industriale, pur essendo un pilastro fondamentale della produzione moderna, sta attraversando un periodo di trasformazione volto a ridurre il proprio impatto ambientale e promuovere l'uso di tecnologie più sicure e sostenibili. Sebbene i progressi siano evidenti, il cammino verso un'industria chimica completamente sostenibile richiede ulteriori innovazioni e un impegno collettivo volto alla regolamentazione, alla ricerca e all'adozione di soluzioni ecologiche. La collaborazione tra ricercatori, industrie e governi è essenziale per assicurare un futuro più verde e responsabile per la chimica industriale.

Quali indicatori analitici rivelano l’uso passato o recente di pesticidi organoclorurati nei suoli?

Nel periodo compreso tra il 2013 e il 2015, il p,p′-DDE è stato il principale composto derivante dal DDT, mentre nell'ultimo anno dello studio è stato rilevato principalmente il p,p′-DDD. L'analisi del rapporto p,p′-DDT/(p,p′-DDE + p,p′-DDD) in vari siti urbani ha permesso di identificare, in alcuni casi, l’uso recente di DDT. Tuttavia, sono stati riscontrati anche siti con DDT più datato, dove il rapporto indicava fonti invecchiate, con valori inferiori a 1 (Qiu e Zhu, 2010). Nei siti suburbani, il rapporto p,p′-DDT/(p,p′-DDE + p,p′-DDD) è stato inferiore a 1 in tutti gli anni di campionamento, suggerendo un impatto di fonti storiche. Negli ambienti agricoli, oltre l'80% dei siti ha mostrato valori del rapporto inferiori a 1 tra il 2013 e il 2015, con un'ulteriore conferma nel 2016, quando oltre l'88% dei siti agricoli ha presentato un rapporto p,p′-DDT/(p,p′-DDE + p,p′-DDD) inferiore a 1. In contesti industriali, più del 90% dei siti nel 2013 e tutti i siti nel 2014 hanno mostrato lo stesso rapporto, indicando un uso passato di DDT.

Il rapporto o,p′-DDT/p,p′-DDT è stato utilizzato per determinare se i residui di DDT provenissero dall'uso di DDT tecnico o da dicofol. Tra il 2013 e il 2016, il rapporto o,p′-DDT/p,p′-DDT è variato tra 0 e 0,5 in tutti i suoli campionati, suggerendo che i residui di DDT fossero principalmente derivati dall'uso passato di DDT. Per quanto riguarda l'HCH, il rapporto β/(α+γ)-HCH è stato utilizzato per identificare l'uso recente o passato di HCH. Nei principali siti campionati, il rapporto β/(α+γ)-HCH è stato inferiore a 1, suggerendo un uso storico di HCH. Il rapporto α/γ-HCH è stato impiegato come indicatore per distinguere tra HCH tecnico e lindano. I valori di α/γ-HCH in questo studio sono stati compresi tra 0 e 3, suggerendo che i residui di HCH fossero più probabilmente derivati dall'uso di HCH tecnico.

Il rapporto α/β-endosulfan, che varia tra 0 e 2 nel corso degli anni, indica anch'esso un uso storico dell'endosulfan. Per quanto riguarda l'epossido di eptacloro, è stato osservato che questa sostanza è il composto prevalente rispetto all’eptacloro in tutti i siti campionati. Nei siti urbani e industriali, solo l’epossido di eptacloro è stato rilevato. L'eptacloro si metabolizza in eptacloro epoxide nel suolo, un composto che ha una forte affinità per essere assorbito nel suolo ed è resistente alla biodegradazione. La trasformazione dell'eptacloro in eptacloro epoxide potrebbe spiegare l'alta concentrazione di quest'ultimo nei suoli.

In India, che è uno dei principali paesi produttori di pesticidi organoclorurati (OCPs), sono stati condotti numerosi studi sulle concentrazioni di residui di OCPs nei suoli. Uno studio ha rilevato livelli variabili di DDT, HCH e altri OCPs come aldrin, dieldrin, endrin e endosulfan in 31 campioni di suolo provenienti dalle pianure alluvionali del Nord Indo-Gangetico. Tra gli isomeri dell'HCH, i più frequentemente rilevati sono stati il β-HCH e il δ-HCH, mentre il methoxychlor è risultato essere il meno rilevato. In altri studi, come quello condotto da Manickam et al., è emerso che i livelli di DDT e HCH erano più alti nel sud dell'India, con concentrazioni che variavano da non rilevato a 244 µg/g d.s. per il DDT, da non rilevato a 350 µg/g d.s. per HCH, e da non rilevato a 44 µg/g d.s. per endosulfan.

Un altro studio ha esaminato 175 campioni di suolo prelevati da vari distretti indiani, inclusi terreni agricoli, giardini di tè e terreni incolti. È stato riscontrato che il DDT prevaleva in concentrazioni elevate nei giardini di tè, caratterizzati da un alto contenuto di carbonio organico e un suolo fortemente acido, mentre il p,p′-DDE era predominante nei terreni di riso, che presentano un contenuto più basso di carbonio organico e argilla. La concentrazione totale di HCH variava tra 98 e 1.945 mg/kg d.s., con il β-HCH come isomero predominante.

In Nigeria, un altro studio condotto nel Delta del Niger ha esaminato le concentrazioni di OCPs nei suoli e nella polvere. I risultati hanno mostrato una varietà di concentrazioni di OCPs nelle zone agricole monitorate, con il β-HCH e il δ-HCH tra i composti più rilevati. Un altro studio condotto nello stato di Akwa Ibom, una delle principali aree produttive di cassava, ha riscontrato concentrazioni variabili di OCPs nei suoli, con un’alta prevalenza di α-HCH. Il rapporto α-HCH/γ-HCH, superiore a 3 in molti casi, suggerisce un uso tecnico di HCH e il trasporto a lungo raggio di questi composti.

La distribuzione e i livelli di questi pesticidi sono importanti indicatori non solo dell'uso storico di OCPs, ma anche della persistenza di questi composti nell'ambiente, che possono avere effetti dannosi a lungo termine sulla salute umana e sull'ecosistema. I residui di pesticidi organoclorurati continuano a persistere nei suoli per anni, facendo sì che siano necessari approcci strategici per la gestione e il monitoraggio continuo, soprattutto nei paesi in via di sviluppo dove l'uso di pesticidi è stato massiccio in passato.