La chimica del futuro e il futuro della chimica – XXIII Carnevale della Chimica

Credit by Oliver Strom

E così siamo finalmente e forse un po’ tardivamente giunti alla 23esima edizione del Carnevale della Chimica, il 23 è un numero primo sicuro e felice, in biologia è emblematico del numero di cromosomi nelle cellule germinali umane  (quando le altre ne hanno 23 x 2 = 46), mentre in chimica rappresenta il numero di massa atomica dell’isotopo stabile di sodio e il numero atomico del vanadio, un elemento i cui sospetti poteri antidiabetici fanno prospettare una nuova classe di composti con promettenti capacità terapeutiche e caratteristiche farmacocinetiche tali da lasciare un’ottimistica speranza in questo frangente per il prossimo futuro. 23 è anche l’esponente in base dieci applicato nel numero di Avogadro (6,022 · 10²³) che ci ricorda come ordine di grandezza, quante sono le particelle contenute nell’unità di misura definita dai chimici con il nome di mole, questo dovrebbe essere anche un monito per tutti gli omeopati come limite fisico oltre il quale non è più possibile concepire una diluizione estrema, ove si può solo fantasticarla.

Se la risposta alla domanda fondamentale sulla vita, l’universo e tutto quanto nel romanzo di Douglas Adams Guida galattica per gli autostoppisti non fosse stata 42, potrei tranquillamente azzardare che il numero 23 si adatterebbe anche meglio, Walter Sparrow (magistralmente interpretato da Jim Carrey nel film “Number 23” ci avverte che

“Non esiste il destino. Ci sono solo scelte da fare. Alcune scelte sono facili, altre no. E sono quelle che contano davvero, quelle che fanno di noi delle persone.”

E la chimica (insieme alle scienze tutte) progredisce grazie alle scelte degli stessi uomini, che si prodigano per assicurarci un futuro migliore, impegnati costantemente nella risoluzione di problemi complessi e di ampie ripercussioni in un mondo sempre più caotico e affetto da ritmi frenetici. Secondo alcuni autorevoli pensatori provenienti da vari settori della ricerca è necessario partire da ciò che sappiamo dell’imminente futuro. Sappiamo che per il 2050 la popolazione mondiale aumenterà di un paio di miliardi di individui e che il 75% abiterà nelle città contro l’attuale 50%. Ciò si traduce in un esplosione di consumi, che aumenteranno ulteriormente lo sfruttamento di energia da risorse non rinnovabili con gravi ripercussioni se non verranno introdotte alternative sostenibili al più presto. Maggiori densità urbane comportano maggiori rischi di pandemie, aggravati da un invecchiamento dell’età media a livelli critici. Chiaramente questa è solo una sintesi estrema.

Dovrebbe bastare solo questo scorcio di scenario plausibile dell’anno di grazia 2050 per concordare unitariamente che l’obiettivo da porci oggi è quanto mai impegnativo: chiunque sulla Terra dovrà avere il diritto ad una vita sicura, salutare e appagata dalla simbiosi con il nostro pianeta. Per raggiungere questo obiettivo si ritiene diffusamente che la chimica, tra le altre scienze, giocherà un ruolo primario nello svolgimento di questa visione del futuro. Ma chi sono i futurologi della chimica?

Una delle numerose timeline previste nel futuro della tecnologia

Di certo non esistono sfere di cristallo e sedicenti profeti del mondo che verrà, tuttavia esiste un approccio scientifico con il quale si può tentare di individuare una serie di indizi che determinano possibili scenari. Possono fregiarsi con il titolo di futuristi (o futurologi, se lo desiderano) coloro i quali tentano di prevedere il futuro sulla base di analisi sistematiche che tengono conto del presente, dei percorsi storici e delle tendenze emergenti, i cosiddetti megatrends. Più comunemente si possono annoverare autori, consulenti, manager e strateghi che intraprendono studi largamente interdisciplinari e che adottano il pensiero sistemico per trarne buoni consigli da spendere nell’ambito della previsione dei mercati emergenti, nella gestione dei rischi, nella tattica militare avanzata o nella prevenzione dei problemi ambientali, sociali, economici, medici e tecnologici che rientreranno nei possibili scenari che ci troveremo ad affrontare.

Guidati dagli auspici dell’Anno Internazionale della Chimica, 13 giovani professionisti (Young Leaders) che operano nell’ambito della chimica si sono riuniti per riflettere sul futuro. Nel dicembre del 2011 il team ha presentato i risultati di questo brainstorming alla cerimonia di chiusura dell’IYC2011, evidenziando molto sinteticamente alcuni punti chiave:

• Chimica per il cibo e l’acqua. Il nesso tra cibo e acqua è molto importante. Si stima che quasi un miliardo di persone hanno patito la fame nel 2010 e si anticipa che se la popolazione mondiale raggiungerà i 9 miliardi nel 2050, sarà necessaria una crescita della produzione globale di cibo almeno del 70%. Oggi l’agricoltura impiega circa il 70% dell’acqua dolce disponibile per il suo mantenimento. Aumentare l’efficienza dell’utilizzo di acqua per uso agricolo è uno degli obiettivi chiave per un futuro sostenibile. La chimica potrebbe abilitare lo sviluppo di tecnologie per rendere le coltivazioni più resistenti alla siccità e fertilizzanti che richiedono meno acqua per l’impiego. In parallelo vediamo il ruolo della chimica nella produzione di acqua potabile con l’introduzione di tecniche avanzate di filtrazione e disinfezione.
• Chimica per l’habitat urbano. I centri cittadini costituiranno gli epicentri futuri di molte sfide importanti che coinvolgeranno le infrastrutture urbane, la mobilità e gli schemi consumistici. Queste aree sono tutte soggette alla necessità di innovazione nella chimica. Nei prossimi quaranta anni più di 3 miliardi di cittadini si aggiungeranno agli abitanti delle grandi città e tutti aspireranno ad uno stile di vita moderno producendo una domanda crescente per un gran numero di risorse, le quali diventeranno sempre più scarse o difficili da reperire. Si rende quindi necessario sviluppare sistemi per incrementare la disponibilità delle risorse adeguando i metodi di estrazione, conversione e utilizzo in modo da raggiungere un bilancio sostenibile tra materiali consumati e riciclati con un occhio di riguardo verso un reale efficientamento energetico dell’edilizia.
• Chimica per la salute. La chimica gioca un ruolo determinante nella gestione della nostra salute. Le proiezioni indicano che per il 2020 gli Stati Uniti spenderanno 685 miliardi di dollari all’anno per costi sanitari diretti delle persone affette da malattie croniche.  La rilevazione precoce di malattie croniche come Alzheimer o il Parkinson rese possibili da tecnologie innovative potrebbero avere un impatto decisivo, specialmente se integrate con sistemi capaci di produrre e rilasciare composti vitali che mancano in queste patologie debilitanti. Innumerevoli sono gli esempi che vedono la chimica protagonista potenziale di innovative soluzioni in campo medico, dalla medicina predittiva alla cura contro il cancro, tramite una personalizzazione delle terapie sempre più spinta e mirata.

In questo trittico di sopravvivenza credo che ben si innesti il progresso scientifico in generale e della chimica in particolare, con una serie di ricadute pratiche auspicabili che sembrano sempre meno oniriche e più concrete ogni giorno che passa. Qualche tempo fa ho tentato di approfondire alcuni aspetti del futuro della sintesi chimica individuando nella stereochimica e nella catalisi due aspetti chiave dello sviluppo in questo settore. Ho perfino provato a riflettere sulle domande ancora irrisolte a cui la chimica dovrà prima o poi fornire una risposta, in un viaggio tra i misteri della chimica, che ripropongo senza indugi insieme ai miei vaneggiamenti su progressi e prospettive dopo l’Anno Internazionale della Chimica, ancora in corso di sviluppo e pertanto ancora attuali.

Ma questo è gran poca cosa se confrontato con i numerosi e inaspettati contributi provenienti da un bel numero di amici e blogger che in questo frenetico dicembre si sono adoperati nonostante tutto e tutti per non esimersi dalla interessante rassegna che ora mi appresto ad illustrarvi.

Dove va la chimica? Le sue frontiere sono già tutte esaurite? Quali sono i suoi punti di forza e quali saranno le prossime sfide che la chimica si troverà ad affrontare nel prossimo futuro? Queste sono le domande a cui tenta di rispondere Franco Rosso tramite Chimicare, uno dei blog di chimica fra i più interessanti sull’argomento, con “Quo Vadis Chimica? Dalla chimica del futuro al futuro della chimica”. Passando da sistemi autoassemblanti all’autoreplicazione con la disinvoltura esperta e competente dell’autore, Franco ci racconta di promettenti scenari relativi alla Chimica Verde, alla Chimica supramolecolare e alle tendenze del mondo della chimica nel prossimo futuro.

Margherita Spanedda conduttrice del blog unpodichimica ci relaziona con un articolo accorato e culminato da un appello che sottoscrivo calorosamente. L’articolo si divide essenzialmente in tre parti: nella  la prima, prende spunto da un libro di Asimov per parlare di futuro e di quanto possano esserne azzardate le previsioni. Nella seconda si avvale del pretesto degli studi sulle nanoparticelle per sottolineare quanto siano vasti e differenziati i campi d’intervento della chimica. Nella terza parte Margherita prova a inquadrare lo sviluppo della chimica dagli anni 50 ad oggi, cercando nella storia le ragioni della cattiva fama che l’affligge. Questo è “Chimica, futuro?” e questo è solo uno splendido incipit:

Non è sorprendente che fin da quando l’intelligenza degli esseri umani fu abbastanza evoluta per comprendere l’incertezza del futuro, essi cercarono in ogni modo di prevederlo. (I.Asimov)

Leonardo Petrillo gestisce il blog Scienza e Musica dal 2009 e scrive post ricchissimi su argomenti scientifici di ampio interesse. Per questo carnevale Leonardo ci propone una visione del futuro della tavola periodica degli elementi con “Il futuro della chimica: la tavola periodica è già completa?”  esplicitando quanto segue.  A seguito di un’introduzione dedicata alla figura di Mendeleev, l’articolo cerca di rispondere a una domanda cruciale: la tavola periodica è già completa o potrebbe ampliarsi in futuro? Viene dunque affrontato il grosso problema che insorge con ipotetici elementi aventi numero atomico superiore a 137: la violazione delle leggi della Relatività di Einstein. Infatti, alcuni elettroni di un ipotetico elemento 138 potrebbero superare la velocità della luce, innescando eventi paradossali come il viaggio a ritroso nel tempo. In conclusione, il post (riportando un passo tratto dal libro Il cucchiaino scomparso) si sofferma sulle diverse conformazioni che la tavola periodica potrebbe assumere, distaccandosi dal tradizionale modello “a castello”. Aggiungo che a tal riguardo anche io ho scritto un modestissimo post sulla tavola periodica degli elementi del futuro, se volete approfittare, approfondire o confrontare.

Annarita Ruberto, vulcanica promotrice della scienza sui blog e dei carnevali scientifici, ci parla di una recente ricerca che apre tutto un settore sulla comprensione e la manipolazione di atomi e molecole per ampliare la conoscenza umana e spingere i confini della capacità di produzione al regime dei nanometri. Lo studio dal titolo “Bond-Order Discrimination by Atomic Force Microscopy” ( doi/10.1126/science.1225621) è stato pubblicato su Science  il 14 settembre 2012. Dopo aver fotografato molecole e atomi sempre più minuscoli, oggi i ricercatori sono riusciti a individuare l’ordine di legame e la lunghezza dei legami all’interno delle molecole, con una tecnica nota come microscopia a forza atomica in assenza di contatto (AFM, Atomic Force Microscope ). Direttamente da Scientificando, ecco “Legami Molecolari: Il Paese delle Meraviglie alla Nanoscala” per uno scorcio di futuro appena giunto nei laboratori del presente.

Dal blog Brain 2 Brain, Mario Esposito ci offre una riflessione che non verterà sulle “magnifiche sorti e progressive” della chimica del futuro, che certamente non mancheranno di stupirci e di migliorarci la vita, quanto un po’ provocatoriamente sulla “chimica dell’esistenza” dell’Uomo del Futuro. Cosa si intende per chimica dell’esistenza dell’uomo del futuro ve lo lascio scoprire da soli, a patto che vi precipitiate a leggere il suo interessante contributo sul tema.

Palmiro Poltronieri Zavorka scrive delle sue esperienze come ricercatore sul blog knedliky ci illumina sulle frontiere dei nuovi materiali capaci di manifestare proprietà ambite quali l’effetto antibatterico di alcune molecole chiave applicabili in diversi settori. Nel futuro prossimo, avremo sempre più bisogno di superfici antibatteriche e batteriostatiche, a causa del passaggio delle resistenze agli antibiotici tra ceppi differenti, ecco una parte della chimica futuristica!

A tal riguardo, segnalo un’interessante dissertazione sul ruolo che gli antibiotici hanno svolto nel passato recente, come scrive Claudio Della Volpe sul nuovissimo blog della Società Chimica Italiana (il blog della SCI),

Uno dei maggiori successi della chimica e della biologia sono state la scoperta e la capacità di sintetizzare gli antibiotici; dopo la scoperta degli antibiotici e lo sviluppo della loro produzione industriale i tassi di mortalità dovuti alle malattie infettive si sono ridotti drasticamente.

L’articolo ci lascia con una domanda inquietante sul loro futuro e per scoprirla dovrete necessariamente immergervi nella lettura di “Una pallottola spuntata”, cliccando sull’apposito link.

Da qualche tempo un nuovo interessante blog è entrato a far parte della divulgazione scientifica come intrattenimento. Sto alludendo a Biocomiche che grazie al suo conduttore Danilo Allegra riesce sempre ad allietare le letture con un pizzico di ironia e una scrittura fluente. Questa volta ci parla della Catastrofe dell’ossigeno e i radicali liberi, uno dei grandi problemi ancora irrisolti che sicuramente sarà ai primi posti della ricerca nel prossimo futuro, data l’intrinseca importanza nelle questioni dell’invecchiamento cellulare e non solo.

Gianluigi Filippelli veterano gestore di blog scientifici, da buon fisico con la passione per l’astronomia, dal suo Dropsea condivide con noi “Cosmicomiche: le origini della luna” riportandoci indietro nel tempo agli albori della creazione del nostro satellite naturale e esplorando le diverse teorie che hanno cavalcato le epoche, fino a farci comprendere come la chimica abbia fornito importanti indizi per giungere ad ipotesi più concrete e plausibili.

Enrico Bo scrive sul blog Soffia il vento dell’est e ci sottopone un altro degli annosi problemi che affliggono il nostro passato, presente e futuro alimentare, quello delle aflatossine, una classe di tossine molto tossiche prodotte da specie fungine appartenenti alla classe degli Ascomiceti (genere Aspergillus) oppure da alcune muffe e che sono ritenute essere tra le sostanze più cancerogene esistenti. Le soluzioni proposte sono davvero efficaci? Ai posteri la sentenza e a voi la lettura di “Aflatossine 2012”.

Al Tamburo Riparato è un frizzante blog collaborativo che spesso presenta post a sfondo scientifico pur spaziando su vari argomenti, tra i più disparati, sempre con approcci stimolanti. Bruna Vestri ci parla ancora degli elementi in divenire, quelli ancora non presenti nelle tavole periodiche stampate sui libri di chimica passando per una affascinante digressione attraverso le esplorazioni spaziali e i risultati analitici dei reperti cosmici fino alle rilevazioni spettrali dello spazio profondo rese possibili dagli odierni strumenti verso la scoperta degli elementi che vanno … “Al di la del 118”.

Sempre dallo stesso blog ricevo la segnalazione di un altro post a cura di Ponder Stibbons dal titolo “Il ritorno dell’alchimia” molto divertente e che vi consiglio caldamente per passare qualche minuto in allegria.

DoppiaM è l’autore del blog Prosopopea. I suoi interessi includono la scienza, la filosofia, pontificare, i bradipi e scrivere di sé stesso in terza persona. Così scrive il bravo conduttore del blog ci rivela alcuni sue peculiarità, ma la lettura dei suoi articoli è un vero passatempo costruttivo. Su Prosopopea, uno che di chimica ne sa ben poco e di futuro ancora meno, fa un tuffo nel passato per dare una breve occhiata a  com’era immaginata mezzo secolo fa la chimica del futuro.” Per l’occasione, anche se per sua stessa ammissione barando un po’, ci introduce un’interessante divagazione sul tema partendo dal futuro previsto nel passato recente, concepito tra speranze e paure. Devo ammettere che le conclusioni a cui giunge DoppiaM nel suo “Storie di Chimica da un futuro passato” sono ineccepibili e consiglierei a chiunque di osservarle scrupolosamente per un migliore futuro personale.

Teme di risultare un po’ fuori dal contesto Roberto Flaibani che dal suo blog Il Tredicesimo Cavaliere ci propone la lettura de “Gli Europei alla ricerca di Pandora”, ma forse si sbaglia in quanto l’esplorazione spaziale, argomento quasi troppo ingegneristico o astronomico, potrebbe sfociare in astrochimiche inesplorate e sviluppare tecnologie chimiche applicate all’astronautica e alle missioni sugli esopianeti in modo inaudito, come egli stesso ben sottolinea.

Prima di concludere, una breve pausa ludico-didattica generosamente offerta dal poliedrico Paolo Pascucci, blogger per Questione della Decisione, che potrebbe risultare anche una frase di senso compiuto! Due i giochi passatempo che Paolo ci propone. Nel primo “Crea una molecola” lo scopo del gioco è unire gli atomi, ognuno con la sua valenza segnalata da un numerino bianco, così da creare una molecola per poi passare al livello successivo. Una variante prevede di collegare gli atomi per formare molecole conosciute ma il problema è come farlo: gli atomi si muovono con le frecce solo in orizzontale e verticale, e non si possono ruotare, bisogna usare solamente la disposizione di alcuni mattoni, una specie di labirinto. Il secondo gioco è un divertente Mahjong modificato e personalizzabile con tessere chimiche da abbinare secondo le regole per testare le proprie conoscenze.

La vera perla però giunge quasi a ridosso di questo carnevale, ma vale tutta la pena dell’attesa per la straordinaria complessità e la precognizione che emergono dalla lettura di “Futuro e scopo della chimica e della scienza: una prospettiva filosofica”. Difficile farne un resumé (anche perché mi è proprio mancato il tempo materiale di leggerlo accuratamente), tuttavia si citano Galileo Galilei, Bacone, Karl Popper, Kant per formulare una prospettiva filosofica molto interessante che riguarda il nostro futuro, quello della scienza e quello della chimica. Da leggere con la dovuta attenzione.

Ed ecco che siamo giunti al termine di questa rassegna o kermesse futurscientificarnevalesca che dir si voglia, una carrellata di buone letture grazie agli sforzi di impegnatissimi blogger che sono riusciti a riservare un po’ del loro tempo per dedicarlo a questo futuristico carnevale, e ai quali vorrei rivolgere tutta la mia gratitudine per la graditissima e riuscitissima partecipazione. Quattordici blog per raccontare qualche visione del futuro, alcune ottimistiche, altre meno, qualcuna prospettica e qualcun’altra realista, ma proprio nessuna irrealizzabile o inutile, il futuro non è già scritto, a quello dobbiamo pensarci noi tutti.

E per finire vi lascio con i miei migliori di ogni bene per il vostro futuro, che sia pregno di pace e prosperità per voi e per i vostri cari. Ed ecco anche un simpatico video che ben si innesta in questo frangente, tra auguri, futuro e chimica del domani.