Viviamo in un mondo di acciaio. È così comune che lo usiamo come metafora della vita quotidiana. Abbiamo individui con “nervi d’acciaio”, e l’acciaio è il materiale di riferimento per le imponenti bicipiti di molti giovani muscolosi. L’acciaio è ovunque, nei nostri edifici, nei nostri veicoli, nelle nostre cucine, nelle strade che percorriamo e persino nel nostro corpo. Tuttavia, sebbene l’acciaio sia onnipresente, raramente riceve l’attenzione che merita nel mondo della ricerca scientifica e tecnologica.
L’acciaio: un materiale onnipresente
L’acciaio è la seconda materia prima più consumata a livello globale dopo il petrolio. Sorprendentemente, costituisce il 99% del consumo di metalli nel mondo. È un materiale che incontriamo quotidianamente, in una varietà di forme e applicazioni: dai comuni contenitori per alimenti ai gioielli, dai veicoli e edifici ai treni e alle infrastrutture stradali. Perfino molti degli impianti medici che salvano vite contengono componenti in acciaio.
Un aspetto notevole dell’acciaio è la sua alta riciclabilità. Il 100% dell’acciaio può essere riciclato, e il 90% di quello consumato proviene da fonti riciclate. Questa caratteristica lo rende un materiale sostenibile, contribuendo a ridurre la quantità di rifiuti e l’uso di risorse naturali.
Inoltre, l’acciaio è economico da produrre, facile da modellare, forgiare e saldare. È leggero rispetto alla sua resistenza, il che significa che può essere usato in modo efficace per creare strutture robuste e durature. Ad esempio, se la famosa Torre Eiffel fosse stata costruita utilizzando acciaio invece di ferro, sarebbe stata tra 3 e 4 volte più leggera di quanto non lo sia oggi.
La mancanza di attenzione alla ricerca sull’acciaio
Nonostante la sua onnipresenza e la sua importanza nella società moderna, l’acciaio spesso viene trascurato nel mondo della ricerca scientifica e tecnologica. Se chiedete a una ventina di esperti di elencare dieci nuovi materiali o materiali avanzati, è improbabile che l’acciaio venga menzionato. Inoltre, se si esaminano i programmi di studio di dieci programmi di master in materiali avanzati, l’acciaio è di solito assente. E persino nelle convocazioni per finanziamenti di progetti di scienza e ingegneria dei materiali, raramente si trova l’acciaio tra le priorità.
Tuttavia, non c’è materiale strutturale che influenzi di più la società, specialmente quella tecnologica, dell’acciaio. Le nuove tecnologie spesso dipendono dall’acciaio per la loro realizzazione, e l’acciaio ha un impatto significativo sulla transizione verso fonti di energia più sostenibili.
Le qualità della perlite
L’acciaio è una lega basata su ferro e carbonio, insieme ad altri elementi di lega. La sua microstruttura è regolata da una reazione chiamata eutectoide, che porta alla formazione di un materiale noto come perlite. La perlite potrebbe essere considerata il materiale composito perfetto se non fosse per il fatto che, tecnicamente, non è un materiale composito.
La perlite è costituita da strati alternati di ferro (che è duttile e malleabile) e carburo di ferro (che è fragile e duro). Questi strati sono così intimamente collegati in una relazione perfetta che il risultato è un materiale molto resistente e allo stesso tempo abbastanza duttile.
Ciò che rende l’acciaio davvero straordinario è la sua capacità di essere modificato attraverso una vasta gamma di trattamenti termici, che offrono innumerevoli combinazioni di resistenza, durezza e duttilità. Non esiste nessun’altra famiglia di leghe così versatile.
Inoltre, i processi di fabbricazione, la formatura e i trattamenti termici dell’acciaio sono tra i più affidabili e riproducibili tra tutte le leghe esistenti.
Il tallone d’Achille dell’acciaio: le emissioni di CO₂
Nonostante le sue eccezionali qualità, la produzione primaria dell’acciaio presenta un notevole inconveniente: la produzione di ingenti quantità di anidride carbonica (CO₂). Questo avviene durante il processo di riduzione del minerale di ferro negli altiforni. È il secondo processo industriale, dopo la produzione di cemento, a generare la maggior quantità di CO₂. In un mondo sempre più impegnato nella riduzione delle emissioni di carbonio, questo rappresenta un problema significativo. Fortunatamente, esistono soluzioni, come la produzione di acciaio con zero emissioni di CO₂, sostituendo il carbonio (tipicamente sotto forma di coke) con l’idrogeno.
Poiché l’acciaio è cruciale per la produzione di energie “alternative”, è essenziale incrementare la ricerca e lo sviluppo di processi alternativi per la produzione primaria dell’acciaio. Inoltre, poiché una grande parte dell’acciaio consumato è riciclato, c’è un’opportunità altrettanto importante nella gestione efficiente dei materiali riciclati.
L’acciaio e la scienza dei materiali
Non c’è nessun materiale o lega che sia stato studiato più a fondo dagli ingegneri e dai scienziati della comunità scientifica del ferro. Conosciamo a fondo la sua microstruttura e tutte le sue sfumature. Tutti gli strumenti di simulazione, progettazione e sviluppo di materiali iniziarono con lo studio dell’acciaio come oggetto di ricerca. I trattamenti termici dell’acciaio sono il punto di riferimento per lo studio di qualsiasi altra lega. La scienza dei materiali poggia su fondamenti di metallografia fisica dell’acciaio. Uno dei primi diagrammi di fase studiati fu il diagramma Fe-C, ed è tuttora uno dei diagrammi più utilizzati nella scienza dei materiali.
La necessità di investire in ricerca e sviluppo dell’acciaio
Nella società odierna e nelle decadi future, l’acciaio continuerà a essere un elemento essenziale nella nostra vita. È fondamentale che investiamo nella ricerca e nello sviluppo dell’acciaio per garantire che rimanga all’avanguardia. Nonostante la sua lunga storia, l’acciaio è tuttora in grado di sorprenderci, proprio come fece con gli eserciti egiziani che, quattromila anni fa, si scontrarono con le spade e gli scudi in bronzo degli Hititi, solo per scoprire che il nuovo materiale dell’avversario, l’acciaio, tagliava quei bronzi come burro e garantiva la vittoria in battaglia.
La ricerca e lo sviluppo dell’acciaio non dovrebbero essere trascurati. Le sue applicazioni in continuo aumento, la sua importanza nelle nuove tecnologie e la sua critica rilevanza nella transizione verso fonti di energia sostenibile richiedono un maggiore investimento in questo campo. La sfida principale consiste nel rendere la produzione dell’acciaio più sostenibile, riducendo le emissioni di CO₂. Questo richiede innovazione e ricerca, ma i benefici che ne derivano sono tangibili, sia in termini di efficienza sia in termini di riduzione dell’impatto ambientale.
In conclusione, l’acciaio è il materiale più utilizzato al mondo ma, paradossalmente, uno dei meno studiati. La sua importanza nella nostra società è innegabile, e la necessità di investire in ricerca e sviluppo per migliorare le sue proprietà e renderlo più sostenibile è evidente. L’acciaio è e rimarrà un elemento chiave nella nostra vita quotidiana e nella costruzione di un futuro più sostenibile. Nonostante la sua longeva storia, l’acciaio ha ancora molto da offrire, e la scienza e la tecnologia devono continuare a esplorarne il potenziale.
