Matteo Guidotti è primo ricercatore presso l’Istituto di Scienze e Tecnologie Chimiche del CNR “Giulio Natta” di Milano, docente universitario e accademico delle Scienze dell’Istituto di Bologna. Margherita Venturi è docente di chimica all’Università “Alma Mater” di Bologna e accademica delle Scienze dell’Istituto di Bologna. Abbiamo chiesto loro di rispondere ad alcune domande sulla produzione chimica al servizio del settore militare. L’intervista è curata da Giordano Cavallari.

– Cari Matteo Guidotti e Margherita Venturi, quali sono le caratteristiche chimico-fisiche delle sostanze impiegate nelle armi “convenzionali”? Quali gli effetti?

Quando parliamo di sostanze attive contenute nelle armi “convenzionali” ci riferiamo soprattutto a esplosivi ad alto potenziale e propellenti. Gli esplosivi si distinguono per densità energetica, la quale indica l’energia rilasciata dal materiale che viene fatto detonare per unità di massa, e poi per velocità di detonazione che invece descrive la velocità con cui la reazione chimica esplosiva si propaga. Più alta è tale velocità, maggiore è la capacità di frantumare i bersagli e generare un’onda d’urto estrema.

Giusto per dare un’idea, il tritolo (TNT), che è spesso preso come esplosivo di riferimento, presenta una velocità di circa 6.900 m/s, per arrivare a valori di 8.500 o più di 9.000 m/s per esplosivi di ampio uso militare come RDX (ciclotrimetilentrinitroammina) o HMX (ciclotetrametilentetranitroammina).

Un altro parametro chiave è la sensibilità a urti, attrito, calore: gli esplosivi “primari” sono più sensibili e servono a innescare quelli “secondari”, molto più stabili ma potentissimi.

I propellenti hanno, invece, il compito di spingere un proiettile o un razzo: bruciano molto rapidamente per deflagrazione, e generano grandi volumi di gas caldi ad alta pressione, che sono quelli che fisicamente danno la spinta al proiettile in volo.

L’effetto distruttivo dipende dal trasferimento di energia su cose o persone. L’onda di pressione generata da forti esplosioni uccide un organismo vivente per barotrauma, mentre le ferite da lesione, spesso letali, sono generate dall’impatto meccanico con gli organi interni dei frammenti secondari proiettati in seguito all’esplosione.

– Quali sono quindi le sostanze maggiormente impiegate e le principali produzioni mondiali?

Nel comparto industriale militare troviamo esplosivi detonanti, quali già menzionati TNT, RDX o HMX: dal punto di vista chimico – contengono all’interno delle stesse molecole – sia gruppi che fungono da comburente, sia altri gruppi che agiscono da combustibile.

Mentre tra i propellenti prevalgono la nitrocellulosa o miscele nitrocellulosa/nitroglicerina. In entrambi i casi, la rapidissima reazione di “combustione” interna, a livello molecolare, libera grandissime quantità di energia e di gas.

Per i razzi e i missili si usano invece propellenti compositi a base di perclorato d’ammonio, un polimero come legante, e talvolta alluminio micronizzato come additivo energetico.

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– Quali sono le materie prime per queste produzioni, da dove e per quali trasformazioni in Europa?

La produzione di esplosivi è rivolta sia a finalità civili (esplosivi per i lavori pubblici, per scopi minerari o edilizi), sia militari. La nitrocellulosa deriva dalla cellulosa vegetale, che viene trasformata con acido nitrico e acido solforico concentrati. Proprio la disponibilità di nitrocellulosa di grado energetico adeguato è oggi un punto critico strategico della manifattura europea: ci sono alcuni produttori – ma con capacità limitata – in Germania, Francia, Polonia e Repubblica Ceca, ma molto forte è la dipendenza dalle importazioni dai paesi dell’Estremo Oriente.

La nitroglicerina viene ottenuta dal glicerolo, sottoprodotto della chimica dei grassi, mentre il tritolo (TNT) è un derivato del toluene, composto petrolchimico di base. Il perclorato d’ammonio per i propellenti è prodotto tramite ossidazione elettrochimica di sali inorganici e successiva reazione con ammoniaca, in filiere industriali dedicate. In Europa i perclorati ad uso spaziale e missilistico sono prodotti soprattutto in Francia, con processi integrati che arrivato alla formulazione finale di propellenti solidi pronti all’uso.

– Quali sono i pericoli della produzione, dello stoccaggio, della preparazione e della conservazione nei sistemi d’arma, prima dell’impiego?

I rischi sono chimici – in termini di tossicità e corrosività degli intermedi – dei composti stessi e dei sottoprodotti che possono derivarne dalla degradazione: a) sono fisici per sensibilità di esplosivi e propellenti agli urti e al calore e b) sono, più in generale, gestionali per i problemi di stabilità nel lungo termine.

Le polveri propellenti possono invecchiare rilasciando specie acide, corrosive per gli involucri in metallo; per questo si aggiungono stabilizzanti e si monitorano temperatura e umidità durante stoccaggio e trasporto. Una cattiva conservazione può, infatti, portare a migrazione della nitroglicerina, che è estremamente sensibile agli urti, alla autocatalisi e alla perdita di integrità del grano propellente.

Per gli ossidanti forti come il perclorato d’ammonio, è essenziale evitare contaminazioni con metalli finemente suddivisi o con combustibili, per evitare il rischio di incendi e di esplosioni. Anche le norme legate al trasporto di questi prodotti sono molto stringenti e severe, sia in termini di sicurezza dagli infortuni, sia per la sicurezza strategica (safety and security).

– Quali composti per quali sistemi d’arma?

I composti chimici presenti sono differenti per funzione e fisica di impiego. Nei sistemi d’artiglieria e per i piccoli calibri, gli inneschi sono a base di fulminati o di stifnati metallici, molto sensibili all’azione dei percussori, mentre la polvere propellente è spesso a base di nitrocellulosa; il proiettile vero e proprio, è fatto con metalli ad elevata densità (leghe di piombo, tungsteno o anche uranio impoverito). Oggi, le analisi forensi delle forze dell’ordine sono in grado di distinguere bene i residui delle polveri propellenti, gli additivi e gli stabilizzanti tipici contenuti nelle munizioni.

Nei sistemi missilistici si ha, invece, un propellente composito e, se presente, una testata con esplosivo ad alto potenziale. La selezione dei principi attivi e quindi dei composti da impiegare dipende da prestazioni, ambiente operativo, sicurezza e costi.

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– La ricerca avanza anche in questo settore della chimica?

La ricerca avanza su questi temi in modo duplice: da un lato, si studiano tecnologie per la sicurezza, il contrasto alla criminalità, la bonifica dei siti contaminati, la difesa e la protezione civile; dall’altro, sono in atto programmi per l’aggiornamento della capacità industriale strategica e per garantire l’integrità dell’approvvigionamento logistico di propellenti, esplosivi e componentistica in generale.

Università e centri pubblici spesso partecipano a questo tipo di ricerca, proponendo innovazioni su materiali, formulazioni innovative, modellazione, processi e sicurezza, con aspetti che hanno quasi sempre un’altrettanto importante ricaduta nel mondo civile, per le scienze forensi, per l’esplosivistica, per le scienze aerospaziali, per l’ingegneria civile.

– Anche il nucleare fa parte della gamma dei prodotti in questione?

Il nucleare fa parte di un’altra categoria di armamenti, regolata da trattati internazionali specifici e ben distinta da quella degli esplosivi chimici e dei propellenti. La cronaca degli ultimi decenni ha portato anche a trattare di armi a dispersione di sostanze radiologiche (le cosiddette “bombe sporche”, che diffondono polveri di materiale radioattivo a partire da esplosivi convenzionali) e dell’impiego di uranio impoverito in alcune munizioni ad elevata capacità perforante, per scopi militari specifici.

Sono temi diversi dalla chimica degli esplosivi, ma con ricadute rilevanti sulla salute umana e sull’ambiente, che richiedono standard elevati di controllo e trasparenza. Questo è un campo dove la cooperazione civile-militare è cruciale.

– Qual è l’impatto ambientale dall’impiego di questi prodotti, quindi delle armi e delle guerre?

Sì, l’impatto è documentato: sono sempre di più gli studi e i progetti internazionali che stanno affrontando il tema del danno a lungo termine sull’ambiente e, dunque, anche sulla salute umana dei conflitti armati.

Residui di TNT, RDX, HMX, nitrocomposti e perclorati, molti dei quali sono interferenti endocrini preoccupanti, possono contaminare suoli e falde acquifere attorno a poligoni, siti di produzione e zone di conflitto: si osserva un’elevata contaminazione da metalli, quali piombo, antimonio, arsenico, rame da bossoli e da parti di sistemi d’arma e da combustione incompleta di propellenti.

Nelle zone di guerra del XX secolo (ad esempio, il fronte franco-tedesco della Prima Guerra Mondiale, oppure in Vietnam e in Medio Oriente ecc.) molti studi scientifici riportano la persistenza dei composti nel suolo e la lisciviazione nelle acque, con la conseguente necessità di bonifiche impegnative e molto costose, con metodi fisici, chimici e biologici.

– Quali sono gli aspetti etici che toccano la coscienza dei ricercatori e dei chimici applicati?

La Chimica, come tutte le scienze, è intrinsecamente ad “uso duplice”: cloro e fosforo bianco hanno salvato vite umane (ad esempio, nella potabilizzazione delle acque o con l’illuminazione), ma hanno anche una storia di uso in guerra e di abuso contro vittime civili. È qui che entra in gioco la responsabilità etica del chimico. La ricerca chiede norme chiare, trasparenza, controlli e rifiuto di applicazioni criminose.

Spesso ricordiamo ai nostri studenti la massima di Roald Hofmann, premio Nobel per la Chimica nel 1981: «Non ci sono molecole cattive, ci sono esseri umani malvagi». Il punto è prevenire l’uso improprio e progettare processi più sicuri e sostenibili, che eliminino alla base l’impiego – anche per scopi non militari – di sostanze pericolose e tossiche.

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– Qual è la vostra personale posizione in merito?

La posizione è netta. È cruciale mettere la conoscenza chimica al servizio della pace e della prevenzione di usi criminali e bellici delle sostanze pericolose, sostenere i trattati, come la Convenzione sulle Armi Chimiche CWC, e le istituzioni internazionali come l’Organizzazione per la Proibizione delle Armi Chimiche OPCW, che ne verificano e sanzionano l’uso illecito; e, non da ultimo, formare ricercatori e tecnici consapevoli del rischio di “dual use”.

I numeri dimostrano che, se la volontà c’è, la cooperazione internazionale può funzionare: ad esempio, tutti gli arsenali di armi chimiche dichiarati dai Paesi che hanno firmato la Convenzione CWC sono stati distrutti nel 2023.

Ma la minaccia non è finita; le nuove generazioni di brillanti ricercatori e scienziati devono collaborare con le organizzazioni internazionali, con le forze dell’ordine e con le istituzioni di difesa e protezione civile per contrastare gli usi terroristici e criminali di composti chimici pericolosi, esplosivi e tossici. Questo significa investire in formazione, educazione all’etica professionale e alla ricerca di nuove strategie per la rilevazione, la protezione e la prevenzione da questi pericoli.