Alluminio Al

Il contesto scientifico dell'epoca

La prima cosa da fissare è l'abbondanza, perché è ciò che rende assurda tutta la storia che segue. Nella crosta terrestre l'alluminio è l'elemento metallico più abbondante in assoluto — l'8,23 per cento in massa — e il terzo fra tutti gli elementi, dopo l'ossigeno e il silicio. Un gran numero dei silicati che compongono la crosta lo contiene. C'è poi un dettaglio che spiega perché se ne trovi più qui che altrove: nell'universo in generale l'alluminio è in proporzione minore, e la ragione è che forma facilmente l'ossido e resta legato nelle rocce della crosta, mentre i metalli meno reattivi sono sprofondati verso il nucleo. Il mantello terrestre, per confronto, ne contiene solo il 2,38 per cento. La stessa reattività che lo ha reso introvabile per millenni è ciò che lo ha lasciato a portata di mano.

A causa della sua forte affinità per l'ossigeno, però, l'alluminio non si trova quasi mai allo stato elementare: sta negli ossidi o nei silicati. I feldspati, il gruppo di minerali più comune della crosta, sono allumosilicati; e l'elemento compare anche nel berillo, nella criolite, nel granato, nello spinello e nel turchese. Le impurezze nell'allumina danno le gemme: il cromo produce il rubino, il ferro lo zaffiro. L'alluminio metallico nativo è invece estremamente raro e si trova solo come fase minore in ambienti a bassa fugacità di ossigeno, per esempio all'interno di certi vulcani. Ecco il punto che la storia dell'elemento rende drammatico: un metallo che sta ovunque non si è mai presentato da solo. Il rame, l'oro, il ferro dei meteoriti si potevano raccogliere; l'alluminio no, mai, nemmeno una volta in tutta la preistoria.

La contraddizione più vistosa dell'alluminio è che un metallo reattivissimo non si corrode, e la si risolve in cinque nanometri. A temperatura ambiente si forma spontaneamente uno strato di ossido di quello spessore — cinque miliardesimi di metro — che protegge il metallo sottostante da ulteriore corrosione da parte dell'ossigeno, dell'acqua o degli acidi diluiti; il fenomeno si chiama passivazione. La conseguenza più controintuitiva è che l'alluminio non viene attaccato dagli acidi ossidanti, il che consente di usarlo per conservare reagenti come l'acido nitrico e l'acido solforico concentrato. Non è però invulnerabile: l'acido cloridrico caldo e concentrato lo fa reagire con l'acqua sviluppando idrogeno, l'idrossido di sodio o di potassio in soluzione lo attacca già a temperatura ambiente formando alluminati — in queste condizioni la passivazione protettiva è trascurabile — l'acqua regia lo scioglie, e lo corrodono i cloruri disciolti, per esempio il comune sale.

Va detto subito, perché altrimenti la storia dell'alluminio si capisce male: il metallo puro è quasi inutile. È piuttosto tenero e privo di resistenza, e nella maggior parte delle applicazioni si usano leghe. Il salto è enorme e si misura in una sola grandezza: il carico di snervamento dell'alluminio puro sta fra 7 e 11 megapascal, quello delle leghe fra 200 e 600. Fino a cinquanta volte tanto. Quello che resta al metallo puro sono le qualità di lavorazione — è duttile, con un allungamento percentuale fra il cinquanta e il settanta per cento, malleabile, facile da trafilare, estrudere, lavorare a macchina e colare. L'alluminio non è forte come l'acciaio né altrettanto rigido, ma la bassa densità compensa nell'aerospaziale e in ogni applicazione dove conti il rapporto fra leggerezza e resistenza.

Sul piano elettrico l'alluminio ha una qualità che gli ha fatto vincere una gara secolare contro il rame. È un eccellente conduttore termico ed elettrico, e la quantità di alluminio necessaria a portare la stessa corrente del rame pesa soltanto la metà: sulle linee ad alta tensione, dove ogni chilometro di cavo va sospeso fra due tralicci, quel dimezzamento decide tutto. Ci sono poi due proprietà meno note. La prima è che l'alluminio è capace di superconduttività, con una temperatura critica di 1,2 kelvin e un campo magnetico critico di circa cento gauss. La seconda è una coppia di comportamenti opposti verso il magnetismo: essendo paramagnetico, i campi magnetici statici lo lasciano essenzialmente indifferente, ma l'elevata conducibilità elettrica fa sì che i campi magnetici alternati lo influenzino fortemente, inducendovi correnti parassite. Un campo statico non lo smuove, uno alternato lo agita.

Per millenni l'umanità ha maneggiato un composto dell'alluminio senza sospettare che contenesse un metallo. La storia dell'elemento è stata plasmata dall'uso dell'allume, di cui il primo documento scritto risale al V secolo avanti Cristo ed è di Erodoto. Gli antichi lo usavano come mordente per la tintura, in medicina, nella lavorazione chimica e come rivestimento ignifugo per il legno, a protezione delle fortezze dagli incendi appiccati dal nemico. Del metallo, nulla. E quel sale era merce politica: nel 1461 Giovanni da Castro scrisse al proprio padrino, papa Pio II, di aver trovato una ricca fonte di allume a Tolfa, vicino a Roma, con un argomento che è insieme mineralogia e geopolitica — «se darai ordine di assoldare operai, costruire forni e fondere il minerale, fornirai allume a tutta l'Europa e il Turco perderà tutti i suoi profitti. Andranno invece a te».

Il nome dell'elemento si può far risalire, parola dopo parola, fino a una sensazione sulla lingua. Aluminium e aluminum derivano da alumine, un termine ormai obsoleto per l'allumina; alumine è un prestito dal francese, che a sua volta lo trasse da alumen, il nome latino classico dell'allume, il minerale da cui l'allumina si ricavava. E alumen risale alla radice protoindoeuropea *alu-, che significa «amaro» oppure «birra». Il metallo più prodotto fra i non ferrosi, quello degli aerei e delle lattine, porta dunque un nome che in ultima analisi descrive un sapore: quello aspro e astringente di un sale che si metteva sulla lingua per riconoscerlo — e non è una ricostruzione: descrivendo nel 1746 i propri cristalli, Pott li dice «notevolmente astringenti, con un retrogusto un po' dolce». I chimici del Settecento assaggiavano.

Si legge spesso che i Romani conoscessero l'alluminio, e la storia merita di essere raccontata insieme alla sua smentita. Petronio, nel Satyricon, riferisce che un vetro insolito fu presentato all'imperatore: gettato sul pavimento non si ruppe ma si deformò soltanto, e fu riportato alla forma originaria con un martello; saputo dall'inventore che nessun altro sapeva produrre quel materiale, l'imperatore lo fece giustiziare perché non diminuisse il prezzo dell'oro. Varianti compaiono in Plinio il Vecchio, che però annotava come la storia circolasse «per frequente ripetizione più che per autenticità». Il punto decisivo è un altro: sia Petronio sia Plinio parlano di vetro, non di metallo. L'attribuzione all'alluminio sembra nascere da un errore di traduzione del generale francese de Béville, citato apertamente da Deville nel 1864, che avrebbe inteso l'espressione aurum pro luto habere — «avere l'oro come fango» — leggendo lutum come «argilla» anziché come sporcizia. Una nota a piè di pagina sbagliata, e per un secolo e mezzo i Romani hanno avuto l'alluminio.

La vicenda umana

La data di scoperta dell'alluminio, il 1746, si riferisce a un lavoro che non produsse alcun metallo, e conviene ricostruire la catena per intero perché nessuno dei protagonisti sapeva dove stava andando. Nel 1739 il chimico francese Jean Gello dimostrò che la terra contenuta nell'argilla e quella che si ottiene facendo reagire un alcali sull'allume sono identiche. Nel 1746 il tedesco Johann Heinrich Pott mostrò che il precipitato ottenuto versando un alcali in una soluzione di allume era diverso dalla calce e dal gesso: una terra nuova, distinta da quelle note. Nel 1754 Andreas Sigismund Marggraf la sintetizzò facendo bollire argilla in acido solforico e aggiungendo potassa, e ne descrisse i sali — cloruro, nitrato, acetato. Guyton de Morveau le diede nel 1782 il nome francese alumine. E nel 1789 Lavoisier avanzò l'ipotesi che terre come quella fossero ossidi di metalli non ancora isolati. Cinquant'anni per arrivare a sospettare che lì dentro ci fosse un metallo, e altri trentasei per vederlo.

Che quel metallo esistesse fu chiaro presto; tirarlo fuori si rivelò un altro paio di maniche, e l'elenco delle sconfitte porta firme grandissime. Lavoisier nel 1794 e Louis-Bernard Guyton de Morveau nel 1795 scorrere, perché sono quasi tutte firmate da nomi grandissimi. Lavoisier nel 1794 e Louis-Bernard Guyton de Morveau nel 1795 fusero l'allumina ottenendo uno smalto bianco in un fuoco di carbone alimentato a ossigeno puro, e non trovarono alcun metallo. L'americano Robert Hare nel 1802 la fuse con un cannello ossidrico, ottenne di nuovo lo smalto e di nuovo nessun metallo. Poi tocca a Humphry Davy, e la sua è una serie di quattro tentativi che si leggono come un'ostinazione: nel 1807 elettrolizzò l'allumina con batterie alcaline, ma la lega che ne uscì conteneva potassio e sodio e non aveva modo di separarli; scaldò allora l'allumina con il potassio, ottenendo ossido di potassio e nessun metallo; nel 1808 stabilì che l'allumina si decompone nell'arco elettrico, ma il metallo si legava al ferro e neanche allora riuscì a dividerli; provò infine a raccoglierlo su ferro, e ancora una volta non riuscì a separare il metallo agognato.

A Davy, che il metallo non riuscì mai a ottenerlo, toccò però di dargli il nome, e lo fece due volte. Nel 1808 propose alumium; nel 1812 corresse in aluminum, producendo così il nome moderno. Altri scienziati usarono la grafia aluminium, con quella sillaba in più che allinea la parola alla serie di sodium, potassium, magnesium; e la forma di Davy tornò in uso negli Stati Uniti nei decenni successivi. Ecco perché ancora oggi l'inglese ha due grafie legittime dello stesso elemento, e perché l'italiano, che dice alluminio, sta di fatto dalla parte del resto del mondo e non da quella di chi lo battezzò. Tre nomi in quattro anni per una sostanza che nessuno aveva ancora in mano.

Vale la pena ricordare chi fosse l'uomo che nel 1825 annunciò l'alluminio, perché per lui quella fu una faccenda laterale. Cinque anni prima, nel 1820, Hans Christian Ørsted aveva pubblicato la scoperta che l'ago di una bussola viene deviato dal nord magnetico da una corrente elettrica vicina, confermando una relazione diretta fra elettricità e magnetismo: è il fatto che gli è valso l'intitolazione di un'unità di misura, l'oersted. La fonte smonta anche la leggenda che circola sul come: la storia spesso riportata secondo cui vi sarebbe arrivato per caso durante una lezione è un mito, perché cercava quel legame fin dal 1818. Nel 1819 era stato inoltre il primo a estrarre la piperina, il composto del pepe. Un uomo del genere annuncia un metallo nuovo e poi torna alle proprie cose; l'alluminio, per lui, non era la vita.

L'annuncio arrivò nel 1825 e lo fece un fisico, non un chimico: Hans Christian Ørsted, davanti alla Reale Accademia Danese delle Scienze e delle Lettere. Le sue parole, riportate dalla fonte, sono l'esatto opposto di un proclama: «Questo amalgama si separa rapidamente all'aria e, per distillazione in atmosfera inerte, dà un grumo di metallo che per colore e lucentezza somiglia in qualche modo allo stagno». Somiglia in qualche modo allo stagno — è tutto quello che si sentiva di dire. Il lavoro fu poi esteso dal chimico tedesco Friedrich Wöhler, e proprio quella cautela nel descrivere il proprio campione è il motivo per cui la priorità di Ørsted resta discussa fino a oggi, come la nota base di questo elemento racconta per esteso.

C'è un dato che da solo spiega perché la priorità di Ørsted sia rimasta discussa per un secolo e mezzo, e che è più clamoroso di qualunque polemica. Ørsted pubblicò i propri risultati sull'isolamento dell'alluminio in forma di piccole particelle; ebbene, nessun altro ricercatore riuscì a replicare quelle osservazioni fino al 1936. Centoundici anni durante i quali l'esperimento che fonda la scoperta di un elemento non riusciva a nessuno. Oggi a Ørsted viene comunque attribuita la scoperta. I suoi risultati furono poi sviluppati da Friedrich Wöhler — col permesso di Ørsted, annota la fonte, in un raro caso di passaggio di consegne cordiale in una disciplina fatta di rivendicazioni — che ne modificò i metodi sostituendo il potassio metallico all'amalgama di potassio. Wöhler, nel corso della carriera, avrebbe studiato più di venticinque elementi chimici.

Poiché il metodo di Wöhler non produceva grandi quantità, il metallo restò raro e il suo costo superò quello dell'oro: nel 1852 l'alluminio si vendeva a trentaquattro dollari l'oncia contro i diciannove dell'oro. Il primo a stabilire un metodo di fabbricazione fu Henri Étienne Sainte-Claire Deville, che annunciò un procedimento industriale nel 1854 all'Accademia delle Scienze di Parigi. Nella prefazione al suo libro del 1859 scrisse una frase che descrive con esattezza il problema di quell'epoca: il suo primo pensiero era stato di aver messo le mani su un metallo intermedio che avrebbe trovato il proprio posto negli usi e nei bisogni dell'uomo «quando avessimo trovato il modo di portarlo fuori dal laboratorio dei chimici e metterlo nell'industria». È lo stesso libro che un ragazzo normanno di quindici anni avrebbe letto qualche anno dopo.

Il seguito della storia comincia da due adolescenti, e conviene raccontarli uno per volta. Charles Martin Hall si iscrisse all'Oberlin College nel 1880, a sedici anni, e nel secondo trimestre seguì con notevole interesse una lezione del professor Frank Fanning Jewett sull'alluminio. Jewett mostrò alla classe un campione del metallo che si era procurato da Friedrich Wöhler a Gottinga — il Wöhler che aveva rifatto e perfezionato il lavoro di Ørsted — e osservò che «se qualcuno inventasse un processo con cui l'alluminio possa essere prodotto su scala commerciale, non solo sarebbe un benefattore del mondo, ma potrebbe anche mettere insieme per sé una grande fortuna». Sei anni dopo quel ragazzo lo inventò, nella legnaia annessa a casa propria, e ottenne entrambe le cose. Un campione passato di mano da Wöhler a Jewett e mostrato a lezione: è tutta la catena della trasmissione del sapere, in un oggetto solo.

Di Héroult si sa con precisione da dove venne l'idea, ed è una di quelle storie che fanno pensare al valore di un libro capitato nelle mani giuste. A quindici anni lesse il trattato di Henri Sainte-Claire Deville sull'alluminio. A quell'epoca il metallo costava quanto l'argento ed era usato per lo più in oggetti di lusso e gioielleria. Héroult volle renderlo più economico — così la fonte, con una semplicità quasi infantile — e ci riuscì sette anni dopo, scoprendo nel 1886 il processo elettrolitico. Un adolescente legge un libro di chimica, decide che una cosa costa troppo, e a ventidue anni ha cambiato il prezzo di un metallo per sempre.

La coincidenza è tale che se la si trovasse in un romanzo sembrerebbe forzata. Charles Martin Hall nacque in Ohio il 6 dicembre 1863 e morì in Florida il 27 dicembre 1914, a cinquantun anni. Paul Louis-Toussaint Héroult nacque a Thury-Harcourt, in Normandia, il 10 aprile 1863, e morì ad Antibes il 9 maggio 1914, anche lui a cinquantun anni. Nel 1886, ventiduenni entrambi, scoprirono indipendentemente lo stesso procedimento per produrre alluminio a basso costo, uno per ciascuna sponda dell'Atlantico. La voce enciclopedica dedicata a Hall usa un'espressione che vale la pena riportare per intero: l'alluminio divenne così il primo metallo a raggiungere un uso diffuso dopo la scoperta preistorica del ferro. Non un metallo nuovo fra i tanti: il primo dopo millenni.

Il lavoro di Hall si faceva in una legnaia, e non da solo. Hall dovette fabbricarsi da sé la maggior parte dell'apparato e preparare i propri reagenti, e fu assistito dalla sorella maggiore Julia Brainerd Hall, chimica anche lei, vissuta dal 1859 al 1925, che — dice la fonte senza mezzi termini — lo aiutò nelle sue ricerche. L'invenzione di base gli riuscì il 23 febbraio 1886: far passare una corrente elettrica attraverso un bagno di allumina disciolta in criolite, con il risultato che sul fondo della storta si forma una pozza di alluminio. Il 9 luglio dello stesso anno depositò il primo brevetto. Il processo porta il nome di Hall e di Héroult; di Julia Brainerd Hall, che nella scheda enciclopedica del fratello compare alla voce «famiglia», non porta il nome nulla.

L'impatto industriale e sociale

Il salto industriale di Deville fu reso possibile da un finanziamento pubblico di cui conviene conoscere l'entità e il movente. Napoleone III gli promise un sussidio illimitato per la ricerca sull'alluminio, e in totale Deville spese trentaseimila franchi francesi: venti volte il reddito annuo di una famiglia comune. L'interesse dell'imperatore non era scientifico ma militare — voleva che armi, elmetti, corazze e altro equipaggiamento per l'esercito francese fossero fatti del nuovo metallo leggero e lucente. La svolta tecnica fu sostituire il potassio di Wöhler con il sodio, più conveniente e meno costoso, per ridurre il cloruro di alluminio; così Deville riuscì a produrre un lingotto. All'Esposizione Universale del 1855 dodici piccoli lingotti furono esposti per la prima volta al pubblico, presentati con una formula che dice tutto sull'effetto che facevano: «l'argento dall'argilla». Quanto al celebre banchetto con le posate d'alluminio riservate agli ospiti più illustri e l'oro per gli altri, la fonte usa una formula prudente — si dice che l'abbia tenuto — ed è la stessa cautela che la nota base di questo elemento raccomanda.

Per misurare che cosa fosse l'alluminio prima del 1886 basta un dato sulla punta del Washington Monument. Quel pezzo pesava 2,85 chilogrammi — poco più di un pacco di zucchero — e all'epoca, nel 1884, era il più grande pezzo di alluminio mai fuso. Il più grande al mondo. Due anni dopo lo stesso metallo sarebbe colato a tonnellate dalle celle elettrolitiche. Della stessa stagione è un altro dettaglio che dice bene il clima: quando l'industriale britannico Isaac Lowthian Bell, che produsse alluminio dal 1860 al 1874, inaugurò la propria fabbrica, salutò la folla sventolando un cappello di alluminio, costoso e unico nel suo genere. Un cappello di metallo come oggetto da esibire.

L'idea che risolve ottant'anni di fallimenti è di una semplicità che spiega perché venne in mente a due ventiduenni e non ai loro maestri. L'ossido di alluminio fonde a 2072 gradi, e a quella temperatura elettrolizzarlo è impraticabile; l'elettrolisi di un sale di alluminio in soluzione acquosa non funziona, perché gli ioni idronio riossidano subito il metallo. La soluzione è sciogliere l'allumina in criolite fusa — esafluoroalluminato di sodio, che da solo fonde a 1009 gradi — abbassando così il punto di fusione a valori praticabili. L'operazione industriale avviene fra i 940 e i 980 gradi e produce alluminio con una purezza fra il 99,5 e il 99,8 per cento. Non si è trovato un modo più potente di strappare l'ossigeno: si è trovato un solvente.

C'è un dettaglio della chimica di quella cella che spiega perché l'alluminio produca anidride carbonica anche quando l'elettricità è pulita. Le reazioni avvengono a elettrodi di carbonio, e l'ossigeno strappato all'allumina non se ne va come ossigeno: si combina con il carbonio dell'anodo. La reazione complessiva consuma dunque tre atomi di carbonio ogni due di alluminio prodotti, e in pratica all'anodo si forma assai più anidride carbonica che monossido. La fonte del carbonio è generalmente coke, cioè combustibile fossile. Gli anodi, insomma, non sono attrezzature ma reagenti: si consumano e vanno sostituiti. Quanto alla criolite, è stata scelta non solo per il basso punto di fusione ma per una combinazione di virtù che nessun'altra sostanza offriva — scioglie bene l'allumina, conduce elettricità, si dissocia elettroliticamente a tensione più alta dell'allumina e, alle temperature di esercizio, è meno densa dell'alluminio, cosicché il metallo fuso si raccoglie sul fondo.

Le cifre di quel processo spiegano perché l'alluminio venga chiamato elettricità solidificata. Attraverso la cella passa corrente continua a bassa tensione, sotto i cinque volt, ma con intensità fra i centomila e i trecentomila ampere: l'alluminio liquido si deposita al catodo mentre l'ossigeno dell'allumina si combina con il carbonio dell'anodo. Il fabbisogno energetico teorico minimo è di 6,23 chilowattora per chilogrammo di alluminio, ma nella pratica ne servono comunemente 15,37: due volte e mezzo il minimo termodinamico. E le celle non si spengono mai. Negli stabilimenti lavorano ventiquattro ore al giorno perché il materiale fuso non solidifichi, e la temperatura si mantiene proprio grazie alla resistenza elettrica del bagno. Fermare una fonderia di alluminio non significa sospendere la produzione: significa che dentro le vasche si solidifica tutto.

Il minerale da cui tutto dipende porta il nome di un villaggio provenzale. La bauxite fu scoperta nel 1821 dal geologo francese Pierre Berthier vicino a Les Baux, in Provenza: quattro anni prima che Ørsted annunciasse di aver ottenuto il metallo, qualcuno aveva già in mano la roccia da cui l'avremmo cavato per sempre. Oggi il maggior produttore mondiale è la Guinea, seguita da Australia e Cina. Si estrae quasi sempre a cielo aperto, perché sta a ridosso della superficie del terreno con poca o nessuna copertura sovrastante — il che rende l'estrazione economica e la cicatrice sul paesaggio molto ampia. Fra il settanta e l'ottanta per cento della produzione mondiale di bauxite secca viene lavorata prima in allumina e poi in alluminio per elettrolisi. La fonte annota anche la via d'uscita: un maggiore riciclo dell'alluminio, che richiede meno energia elettrica, può estendere considerevolmente le riserve mondiali di bauxite.

Prima dell'elettrolisi c'è un secondo processo, meno noto ma altrettanto indispensabile, e si regge su una proprietà curiosa. Gli ossidi e gli idrossidi di alluminio sono anfoteri: si comportano cioè sia da acidi sia da basi. La solubilità dell'alluminio in acqua è bassissima, ma aumenta notevolmente sia a pH alto sia a pH basso, ed è su questo che il processo Bayer fa leva. La bauxite viene scaldata in un recipiente a pressione insieme a una soluzione di idrossido di sodio, la soda caustica, fra i 150 e i 200 gradi: a quelle temperature l'alluminio si scioglie come alluminato di sodio, e ciò che non si scioglie — il fango rosso — viene separato per filtrazione. Poi si raffredda il liquido e vi si aggiungono, come innesco, cristallini di idrossido di alluminio provenienti da estrazioni precedenti, attorno ai quali il prodotto precipita. Oltre il novanta per cento dell'allumina così ottenuta finisce nel processo Hall-Héroult.

Fra l'invenzione e l'industria ci fu un passaggio che poteva non avvenire. Non trovando finanziatori in Ohio, Hall andò a Pittsburgh, dove entrò in contatto con il metallurgista Alfred E. Hunt. Attorno a loro si raccolse un gruppo che vale la pena elencare per capire dov'erano i capitali in America nel 1888: il socio di Hunt al Pittsburgh Testing Laboratory, il suo capo chimico, il dirigente della Carbon Steel Company insieme al suo responsabile vendite, e un sovrintendente di stabilimento della Carnegie Steel Company. Misero insieme ventimila dollari e fondarono la Pittsburgh Reduction Company, poi ribattezzata Aluminum Company of America e infine abbreviata in Alcoa. Ventimila dollari, raccolti in gran parte fra gente dell'acciaio, per il metallo che avrebbe conteso all'acciaio il secolo successivo.

La traiettoria della produzione mondiale è una delle curve più ripide della storia industriale, e vale la pena leggerla tutta di seguito. Nel 1884 il mondo intero produsse 3,6 tonnellate di alluminio: quanto un'automobile di oggi. Nel 1900, quattordici anni dopo Hall e Héroult, erano 6.800 tonnellate. Nel 1916 si superavano le centomila l'anno. Nel 1954 si arrivava a 2.810.000 tonnellate, e in quell'anno l'alluminio divenne il metallo non ferroso più prodotto al mondo, superando il rame — che in questo vault ha un approfondimento tutto suo e diecimila anni di vantaggio. Il prezzo reale, nel frattempo, scendeva senza sosta: da quattordicimila dollari a tonnellata nel 1900 a 2.340 nel 1948, in dollari del 1998. Da metallo da vetrina a commodity in cinquant'anni.

Il legame fra alluminio e volo comincia subito e non si è più interrotto. Il Wright Flyer usava alluminio leggero legato con rame per aumentarne la resistenza: il primo aeroplano della storia conteneva già una lega d'alluminio, nel 1903. Lo stesso anno veniva inventato il duralluminio, destinato all'aviazione. Il bronzo d'alluminio trovava impiego in nastri flessibili, lamiere e fili, largamente usati nella cantieristica navale e aeronautica. E durante la Prima guerra mondiale i principali governi richiesero grandi forniture di alluminio per cellule aeronautiche leggere e robuste, arrivando spesso a sovvenzionare le fabbriche e i necessari sistemi di alimentazione elettrica. Uno Stato che finanzia centrali elettriche per avere metallo è una cosa che si era vista per pochissime materie prime.

Nella Seconda guerra mondiale l'alluminio diventò materiale strategico di importanza estrema, e la misura di quanto lo fosse sta in due episodi. Il primo: gli inglesi raccoglievano le pentole nelle case per farne aerei, e nel 1941 la produzione superò per la prima volta il milione di tonnellate metriche. Il secondo è una frase che ancora oggi colpisce per la brutalità. L'Alcoa — erede della Pittsburgh Reduction Company di Hall e allora monopolista della produzione statunitense — non stava ampliando la propria capacità produttiva; e nel 1941 il Segretario degli Interni degli Stati Uniti dichiarò: «Se l'America perde la guerra, può ringraziare la Aluminum Corporation of America». Nel 1939, del resto, il maggior produttore mondiale di alluminio era la Germania.

Vale la pena guardare gli impieghi principali insieme alle ragioni che la fonte associa a ciascuno, perché ogni volta la motivazione è diversa. Nei trasporti — automobili, aerei, camion, vagoni ferroviari, navi, biciclette, veicoli spaziali — si usa per la bassa densità, la durabilità e la resistenza alla corrosione. Negli imballaggi, cioè lattine e fogli, per tre motivi che riguardano il contatto con il cibo: è atossico, non adsorbente e non produce schegge. Nell'edilizia — finestre, porte, rivestimenti, cavi, coperture — la questione è esplicitamente economica: l'acciaio costa meno, e l'alluminio si impiega quando contano la leggerezza, la resistenza alla corrosione o particolari esigenze progettuali. In quasi tutti questi casi non si tratta di alluminio puro ma di leghe con rame, zinco, magnesio, manganese e silicio, il duralluminio fra le più note.

Le controversie

Che l'alluminio sia elettricità solidificata non è una metafora: è una voce di bilancio, e si vede nella geografia della produzione. La Cina ha aumentato la propria quota grazie ad abbondanza di risorse, energia a basso costo e incentivi governativi, portando la propria quota di consumo dal due per cento del 1972 al quaranta per cento del 2010. Negli Stati Uniti, in Europa occidentale e in Giappone l'alluminio viene invece consumato soprattutto in trasporti, ingegneria, costruzioni e imballaggio. La prova del legame con la corrente è arrivata nel 2021, quando i prezzi dei metalli industriali come l'alluminio sono saliti a livelli quasi record perché le carenze energetiche in Cina facevano aumentare il costo dell'elettricità. Un metallo il cui prezzo si muove quando manca la corrente dall'altra parte del mondo non è una merce come le altre: è energia in forma solida, spedita via nave.

La produzione di alluminio pone problemi ambientali a ogni passo del processo, e il principale è l'emissione di gas serra. Quei gas hanno due origini distinte, che vale la pena tenere separate. La prima è il consumo elettrico delle fonderie: il processo Hall-Héroult consuma energia elettrica in quantità sostanziale, e la fase di elettrolisi può produrre quantità significative di anidride carbonica se l'elettricità viene da fonti a elevate emissioni. Questa parte del problema, in linea di principio, si risolve cambiando la fonte. La seconda è più insidiosa perché è intrinseca alla chimica del procedimento: i sottoprodotti di lavorazione, fra cui i più potenti sono i perfluorocarburi — tetrafluoruro di carbonio ed esafluoroetano — generati proprio nella fusione. Quelli non dipendono da dove prendi la corrente.

Il conto ambientale dell'alluminio comincia molto prima dell'elettrolisi, ed è una montagna. Il residuo di bauxite — il nome tecnico corrente, anche se tutti lo chiamano fango rosso — è lo scarto industriale generato trasformando la bauxite in allumina con il processo Bayer, che produce oltre il novantasette per cento dell'allumina mondiale. È composto di vari ossidi, fra cui quelli di ferro che gli danno il colore. Per ogni tonnellata di allumina se ne producono da una a una e mezza di fango rosso, con una media globale di 1,23. Tradotto in cifre assolute: nel 2023 la produzione di allumina ha superato i 142 milioni di tonnellate, generando circa 170 milioni di tonnellate di fango rosso. Ogni anno. E quel materiale è fortemente alcalino: se non viene stoccato adeguatamente, costituisce un pericolo ambientale significativo.

Che cosa significhi «stoccato inadeguatamente» lo ha mostrato l'Ungheria occidentale. Il 4 ottobre 2010, alle 12:25, l'angolo nordoccidentale della diga del bacino numero dieci dello stabilimento di allumina di Ajka cedette, liberando circa un milione di metri cubi di rifiuto liquido dai laghi di fango rosso. Il fango uscì come un'onda alta uno o due metri e sommerse diverse località vicine, fra cui il villaggio di Kolontár e la cittadina di Devecser. Morirono dieci persone; i feriti furono quattrocentosei, di cui centoventi in modo grave. Circa quaranta chilometri quadrati di territorio furono inizialmente colpiti, e il 7 ottobre la colata raggiunse il Danubio. Sulla causa del cedimento, annota la scheda, le conclusioni sono rimaste inconcludenti.

Il sospetto più diffuso sull'alluminio riguarda la malattia di Alzheimer, e va riferito con precisione perché la formulazione conta. L'alluminio è stato sospettato di esserne una possibile causa; la ricerca su questo punto è andata avanti per oltre quarant'anni e, al 2018, non ha trovato prove valide di un effetto causale. Non è un'assoluzione definitiva né una condanna: è l'esito di quattro decenni di indagine che non hanno confermato l'ipotesi. Il Dipartimento della Salute statunitense classifica l'alluminio come non cancerogeno. Nel 1988, a Camelford, in Cornovaglia, l'acqua potabile fu contaminata con solfato di alluminio per diverse settimane; la relazione finale sull'incidente, nel 2013, concluse che era improbabile che ciò avesse causato problemi di salute a lungo termine. Una piccola percentuale di persone ha invece allergie da contatto documentate.

C'è un'assenza che colpisce: nonostante sia l'elemento metallico più abbondante della crosta, l'alluminio ha pochissime funzioni note in biologia, e nessun essere vivente è noto metabolizzarne i sali. La ragione è chimica e riguarda l'acqua: al pH fra 6 e 9, quello della maggior parte delle acque naturali, l'alluminio precipita come idrossido e non è quindi disponibile. La fonte aggiunge un'osservazione generale che vale la pena riportare: la maggior parte degli elementi che si comportano così non ha ruolo biologico oppure è tossica. Si conosce però un'eccezione, ed è magnifica: l'anfipode abissale Hirondellea gigas, un crostaceo che si riveste di un gel di idrossido di alluminio per impedire che il proprio esoscheletro calcareo si dissolva alle profondità sotto l'orizzonte di compensazione dei carbonati. L'unico essere vivente che abbia trovato un uso per questo metallo lo usa come impermeabile contro il mare.

Un problema che si pone per ogni materiale industriale è che fine faccia quando lo si abbandona, e qui la risposta è scoraggiante: la biodegradazione dell'alluminio metallico è estremamente rara. La maggior parte degli organismi che lo corrodono non lo attacca né lo consuma direttamente, ma produce scarti corrosivi che agiscono su di esso. Esistono eccezioni, e una ha del bizzarro: il fungo Geotrichum candidum può consumare l'alluminio dei compact disc. Sul versante vegetale si osserva invece un adattamento: alcune piante tollerano l'alluminio rilasciando composti organici che legano i cationi dannosi, e si ritiene che il sorgo abbia lo stesso meccanismo di tolleranza. Ma un mondo che produce decine di milioni di tonnellate l'anno di un metallo che quasi nulla sa smontare ha, in prospettiva, un solo strumento serio: rifonderlo.

C'è una questione di attribuzione che questa storia lascia aperta, e conviene formularla con le parole esatte delle fonti per non dire più di quanto si sappia. La voce enciclopedica dedicata a Charles Martin Hall afferma due cose: che nel fabbricarsi l'apparato e nel preparare i reagenti «fu assistito dalla sorella maggiore Julia Brainerd Hall», e che una delle sue sorelle era la chimica Julia Brainerd Hall, «che lo aiutò nelle sue ricerche». Nella scheda biografica del fratello, Julia compare alla voce «famiglia». Quanto quell'aiuto abbia pesato sull'invenzione le fonti qui consultate non lo quantificano, e questo approfondimento non può stabilirlo. Si può però registrare un fatto semplice: era una chimica di formazione, lavorò a quegli esperimenti, e il procedimento porta il nome di due uomini nati nello stesso anno. Fra le cose che una storia della chimica può fare c'è almeno quella di non lasciare i nomi fuori dal racconto.

L'eredità contemporanea

Il riciclo dell'alluminio non è una conquista ambientalista recente: è nato praticamente insieme all'industria. Nel 1904, diciotto anni dopo Hall e Héroult, negli Stati Uniti venivano costruiti i primi due impianti per il riciclo delle lattine di alluminio, uno a Chicago e uno a Cleveland. Il volume crebbe in modo significativo quando le risorse metalliche si fecero scarse durante la Prima guerra mondiale: il governo statunitense fece campagna perché i civili donassero vecchi oggetti — pentole, padelle, barche, veicoli, giocattoli — da rifondere per costruire velivoli. Il motivo per cui si riciclava, allora, non era ecologico ma economico e militare; il vantaggio energetico era lo stesso di oggi, semplicemente contava per ragioni diverse.

Se la produzione primaria è il peccato originale dell'alluminio, il riciclo è la sua redenzione, e le cifre sono di quelle che cambiano il giudizio su una materia. Rifondere rottami di alluminio richiede soltanto il cinque per cento dell'energia necessaria a produrne di nuovo dal minerale grezzo: per ogni chilogrammo riciclato se ne risparmiano diciannove ventesimi. Non è un margine di efficienza, è un ordine di grandezza. Nel 2022 gli Stati Uniti hanno prodotto 3,86 tonnellate di alluminio secondario per ogni tonnellata di primario, e l'alluminio secondario ha rappresentato il trentaquattro per cento della nuova offerta totale, importazioni comprese. I contenitori per bevande usati sono la componente maggiore del rottame lavorato, e la maggior parte di essi torna a essere lattine di alluminio: lo stesso oggetto, di nuovo, quasi senza costo energetico.

Sui centosettanta milioni di tonnellate annue di fango rosso si lavora, e qualche progresso c'è. Un trattamento sempre più diffuso è la filtrazione, che produce un pannello con un'umidità fra il ventitré e il ventisette per cento; quel pannello può essere lavato con acqua o vapore per ridurne l'alcalinità prima di essere trasportato e stoccato come materiale semi-essiccato. In quella forma il residuo è ideale per il riuso, perché è meno alcalino, costa meno trasportarlo ed è più facile da maneggiare — e il residuo di bauxite prodotto per filtropressatura e condizionamento è classificato come non pericoloso dalla direttiva quadro europea sui rifiuti. La quantità prodotta ha inoltre spinto scienziati e raffinatori a cercargli impieghi: si è guardato a esso come possibile fonte di vanadio, e un uso concreto è nella produzione ceramica. Non è ancora una soluzione, ma è la differenza fra un rifiuto e un materiale.

C'è un modo in cui l'ossido di alluminio è entrato nella storia umana millenni prima del metallo, ed è la gioielleria. Il corindone è la forma cristallina dell'ossido di alluminio, tipicamente con tracce di ferro, titanio, vanadio e cromo, ed è un minerale che forma le rocce. In sé è trasparente; sono le impurezze a colorarlo, e da quelle nascono i nomi che conosciamo: il cromo dà il rubino, il ferro lo zaffiro, e si chiama zaffiro qualunque corindone che non sia rosso. La varietà nera e granulare, mescolata a magnetite ed ematite, è lo smeriglio. E c'è un primato che merita di essere detto: il corindone ha durezza 9 sulla scala di Mohs, ed è il minerale che quel grado definisce. Sotto il diamante non c'è nulla di più duro. Il metallo più tenero che si possieda, quando si combina con l'ossigeno, produce la seconda sostanza più dura della natura.

Le tracce di cromo danno al rubino non solo il caratteristico rosso profondo ma anche le sue qualità laser, e questo doppio dono ha aperto una carriera industriale che pochi associano all'alluminio. Nel 1902 Auguste Verneuil annunciò il proprio metodo di fusione a fiamma per far crescere rubini sintetici, descrivendolo in dettaglio due anni dopo: diventava così possibile produrre commercialmente corindone monocristallino. Nello stesso giro d'anni i forni elettrici rendevano possibile la produzione commerciale di abrasivi in allumina fusa, e fra la fine degli anni Venti e i primi anni Trenta si diffondevano le ceramiche ad alto tenore di allumina, fra le cui prime applicazioni figurano gli isolatori delle candele d'accensione e le attrezzature da laboratorio. Lo stesso ossido che per secoli era stato un ostacolo — la gabbia da cui non si riusciva a cavare il metallo — diventava gemma, abrasivo e isolante.

L'industria ha poi imparato a fare di proposito, e in grande, quello che il metallo fa da sé in cinque nanometri. L'anodizzazione è un processo di passivazione elettrolitica che serve ad aumentare lo spessore dello strato di ossido naturale sulla superficie di un pezzo metallico, e si chiama così perché il pezzo da trattare fa da elettrodo anodico di una cella elettrolitica. Aumenta la resistenza alla corrosione e all'usura e offre alle vernici un'adesione migliore del metallo nudo. C'è anche un versante estetico, e spiega i colori degli oggetti che abbiamo in mano ogni giorno: i rivestimenti spessi sono porosi e possono assorbire coloranti, mentre quelli sottili danno colore per interferenza di film sottile. Su scala industriale l'anodizzazione fu usata per la prima volta nel 1923, per proteggere dalla corrosione parti in duralluminio di idrovolanti.

Il foglio di alluminio che tutti abbiamo in cucina nasconde due dettagli che quasi nessuno conosce. Il primo è una data: nel 1911 la ditta Tobler, di Berna, cominciò a incartare in alluminio le proprie tavolette di cioccolato, compresa quella triangolare che si chiama Toblerone. Venticinque anni dopo Hall e Héroult, il metallo che era costato quanto l'argento serviva a incartare i dolci. Il secondo dettaglio risponde a una domanda che chiunque si è posto: perché un lato è lucido e l'altro opaco. È difficile realizzare rulli con una luce abbastanza fine per gli spessori del foglio — quello domestico standard è 0,016 millimetri, e si arriva comunemente fino a sei micrometri — e per evitare strappi, aumentare la produzione e controllare lo spessore, nell'ultimo passaggio sotto i 0,025 millimetri si laminano due fogli insieme. Le facce che toccano il rullo restano lucide, quelle che si toccano fra loro restano opache.

C'è un capitolo di questa storia che non si è mai chiuso, ed è quello da cui era cominciata. L'allume di potassio, il sale che Erodoto citava nel V secolo avanti Cristo, è ancora largamente in uso: nel trattamento delle acque, in medicina, in cosmesi, nella preparazione degli alimenti — sta nel lievito in polvere e nelle conserve sottaceto — e per rendere ignifughi carta e tessuti, esattamente come gli antichi lo usavano sul legno delle fortezze. Serve ancora da flocculante per chiarificare i liquidi torbidi, da mordente nella tintura e nella concia. Chi si è tagliato radendosi conosce forse la pietra di allume dei barbieri, usata per fermare il sangue; e in tutto il Sud-est asiatico insulare è noto come tawas, antitraspirante e deodorante tradizionale. Il metallo è arrivato nel 1825 e in centocinquant'anni ha conquistato il mondo; il suo sale, intanto, continuava a fare le stesse cose che faceva da venticinque secoli.

Dei due gemelli industriali, Héroult ebbe una seconda vita che quasi nessuno gli accredita. Il suo contributo più importante dopo l'elettrolisi dell'alluminio fu il primo forno elettrico ad arco commercialmente valido per l'acciaio, nel 1900; il forno Héroult sostituì gradualmente le grandi fonderie tradizionali nella produzione di diversi tipi di acciaio. Nel 1905 fu invitato negli Stati Uniti come consulente tecnico di varie aziende, in particolare della United States Steel Corporation e della Halcomb Steel, che installò il primo forno Héroult in America. L'uomo che aveva reso l'alluminio economico abbastanza da insidiare l'acciaio passò gli ultimi anni a insegnare agli americani come fare l'acciaio meglio. E anche il forno ad arco, in fondo, è la stessa idea del 1886 applicata a un altro metallo: far passare moltissima corrente attraverso qualcosa finché non diventa liquido.

Resta da dire da dove venga, prima ancora della crosta terrestre. L'alluminio ha un solo isotopo stabile, l'alluminio-27, ed è il diciottesimo nucleo più abbondante dell'universo; nel sistema solare la sua abbondanza per particella è di 3,15 parti per milione, il che ne fa il dodicesimo elemento in assoluto e il terzo fra quelli di numero atomico dispari, dopo idrogeno e azoto. La sua origine è violenta e precisa: viene creato quasi interamente dopo la fusione del carbonio nelle stelle massicce destinate a diventare supernove di tipo II. Quella fusione produce magnesio-26 che, catturando protoni e neutroni liberi, diventa alluminio; quantità minori si formano nei gusci di combustione dell'idrogeno delle stelle evolute. Il metallo delle lattine e degli infissi è cenere di stelle che sono esplose.

Esiste poi un secondo isotopo, presente solo in tracce, che ha trovato un mestiere. L'alluminio-26 decade con un'emivita di 717.000 anni, e proprio la sua radioattività lo rende utilizzabile per la datazione radiometrica. Chi ha letto in queste pagine la storia dell'argon riconoscerà il principio: un orologio nucleare che si legge contando quanto ne è rimasto. Con una differenza di scala che vale la pena notare — l'argon-40 viene dal potassio-40, che ha un'emivita di oltre un miliardo di anni e serve a datare le ere geologiche; l'alluminio-26, con settecentomila anni, misura tempi mille volte più brevi. Ogni isotopo radioattivo è un orologio tarato su una scala diversa, e per leggere la storia della Terra servono tutti.

Dove sia arrivato oggi quel metallo da vetrina lo dicono due cifre e uno spostamento geografico. Nella seconda metà del Novecento l'alluminio è entrato nei trasporti e negli imballaggi, è diventato una commodity di scambio negli anni Settanta, e la produzione ha cominciato a spostarsi dai paesi sviluppati a quelli in via di sviluppo: entro il 2010 la Cina aveva accumulato una quota particolarmente ampia sia nella produzione sia nel consumo. La produzione mondiale ha continuato a crescere fino a raggiungere 58.500.000 tonnellate metriche nel 2015. E c'è un dato finale che vale come riassunto dell'intera storia: la produzione di alluminio supera quella di tutti gli altri metalli non ferrosi messi insieme. Nel 1884 il mondo ne produceva 3,6 tonnellate all'anno; centotrentuno anni dopo, più di tutti gli altri metalli non ferrosi sommati.

L'alluminio è l'unico elemento la cui storia sia una storia di ingegneria e non di scoperta. Non è mai stato raro: costituisce l'8,23 per cento della crosta terrestre, più di ogni altro metallo. Non è mai stato nascosto: sta nell'argilla, nei feldspati, nell'allume che i tintori usavano ai tempi di Erodoto. Era semplicemente legato all'ossigeno troppo strettamente perché qualcuno potesse separarlo, e per liberarlo è servito qualcosa che prima non esisteva — non una teoria nuova, ma la corrente elettrica in quantità industriale. Ecco perché il prezzo è crollato in quarant'anni da oltre quello dell'oro a quello di una merce qualunque: non si era trovato un giacimento, si era trovata una presa di corrente. E il conto si paga ancora oggi, in 15,37 chilowattora per ogni chilogrammo e in 170 milioni di tonnellate annue di fango rosso. L'unica risposta seria che abbiamo trovato è rifonderlo, perché quel gesto costa il cinque per cento dell'energia e restituisce lo stesso metallo. Di tutti gli elementi raccontati in queste pagine, l'alluminio è quello che dimostra meglio una cosa scomoda: che la disponibilità di una sostanza non dipende da quanta ce n'è, ma da quanta energia siamo disposti a spendere per averla.