Perche' non possiamo smaltire i rifiuti nello spazio?

Il problema dello smaltimento e gestione dei rifiuti è un tema largamente affrontato e dibattuto nell’ambito dell’ecologia, della biologia e dell’ingegneria ambientale. In generale i rifiuti possono essere trattati con diverse modalità:

  • Differenziazione

  • Produzione energetica

  • Smaltimento

La prima opzione viene preliminarmente attuata in ambito domestico attraverso la raccolta differenziata, in seguito alla quale si selezionano e si separano i rifiuti che possono essere destinati successivamente al loro riutilizzo (riciclaggio), quelli che possono essere usati per produrre energia ed infine quelli che non rientrano nelle categorie precedenti, destinati allo smaltimento, attraverso diverse modalità ed in dipendenza della loro natura.

Una parte dei rifiuti solidi urbani (RSU) è dunque necessaria, poiché può essere trattata attraverso processi a freddo (Trattamento Meccanico-Biologico) e termici (Termovalorizzazione, Pirolisi e Gassificazione), con i quali si può produrre, ad esempio, energia elettrica oppure fornire servizi di teleriscaldamento, cioè produzione e distribuzione di acqua calda attraverso una rete idrica sotterranea.

Il problema principale della gestione dei rifiuti interessa la categoria della porzione da smaltire, che, in Italia, rappresenta circa il 57% degli RSU.

Nel 2004, in Italia, si sono prodotte circa 32 milioni di tonnellate di RSU, di cui circa 18 milioni di tonnellate destinate dunque allo smaltimento in discarica.

Già da parecchi anni si cercano soluzioni che possano ridurre l’impatto ambientale provocato dalle tecnologie esistenti e che riducano le aree dedicate allo smaltimento sul e sotto il suolo, sia in termini di estensione spaziale che in termini di numerosità di tali zone.

Tra le tante soluzioni proposte troviamo l’idea di “gettare” tutto ciò che non è più sfruttabile in una grande area, isolata e sigillata che possa contenere tutti i rifiuti del pianeta senza che emanino cattivi odori, inquinino il suolo o rovinino il panorama: nello spazio. Sarebbe un’idea assolutamente valida e definitiva che potrebbe risolvere una volta per tutte il problema dello smaltimento della nettezza urbana. Può essere effettivamente la soluzione di questo problema, dato che la tecnologia in campo spaziale ha raggiunto altissimi livelli di sviluppo?

———————————————SPOILER ALERT—————————————————

La risposta al quesito precedente è NO. Cerchiamo di capire perché. La velocità che deve raggiungere un corpo per “sfuggire” all’attrazione gravitazionale terrestre è di circa 12,5 km/s (non chilometri orari, ma al secondo!), la quale può essere fornita da pochi propulsori al momento esistenti, endoreattori a propellente solido, liquido oppure ibridi. La caratteristica di questi propulsori, ovvero i motori dei razzi (il cui nome tecnico è “lanciatori”), è quella di riuscire a generare una spinta tale da permettere di raggiungere le altissime velocità necessarie e soprattutto di funzionare anche nel vuoto. Poiché un processo di combustione necessita di un combustibile ed un ossidante (sulla terra è sufficiente l’ossigeno presente nell’aria), perché tale processo avvenga anche nel vuoto dello spazio è necessario che a bordo di un lanciatore, oltre il propellente, sia stivato anche l’ossidante. La quantità di materiale propulsivo è dunque molto ingente e deve garantire la completa riuscita di una missione, quindi anche eventuali manovre e correzioni di assetto in orbita.

La massa di propellente può arrivare a costituire circa l’85-90% della massa totale, che, sommata alla massa delle strutture ed a quella del sistema propulsivo (propulsore, pompe, tubature, serbatoi, ecc.) lascia un 3-5% circa di payload (carico utile) disponibile per un’immissione in orbita bassa. Ciò significa che, ad esempio, per un lanciatore che ha una massa di 100 tonnellate, il payload può avere una massa tra le 3 e le 5 tonnellate. Il costo medio di un lancio in orbita terrestre bassa (LEO- Low Earth Orbit) si aggira intorno ai 10.000-12.000 $/kg di payload, cioè, considerando l’esempio precedente, spedire tra le 3 e le 5 tonnellate di spazzatura in orbita bassa costerebbe intorno ai 30-60 milioni di dollari. Bisogna inoltre considerare che nelle orbite basse e medie si ha la maggior concentrazione di detriti spaziali (tutto ciò che orbita intorno alla terra creato dall’uomo e non più utile ad esso) ed il fatto che fino ad una certa quota la presenza dell’atmosfera genera una resistenza (drag atmosferico) che, seppur non così intensa, provocherebbe il rientro in tempi più o meno lunghi dei corpi orbitanti. Per evitare questi problemi bisognerebbe inserire i rifiuti in orbite più alte, facendo salire di 5-10 volte il costo menzionato poco sopra. Secondo questi dati dunque, per le circa 18 milioni di tonnellate di rifiuti, il costo totale per lo smaltimento nello spazio si sarebbe aggirato tra 900 e 2.160 miliardi di dollari. Solo per l’Italia in un solo anno. Poiché a lungo andare questa soluzione potrebbe saturare lo spazio disponibile nelle fasce orbitali dedicate, si potrebbe pensare di spedire il payload alla volta del Sole, così che sia incenerito definitivamente e lo spazio disponibile in orbita non rappresenti una limitazione. Ciò farebbe sorgere però altre problematiche, come ad esempio:

  • La maggior parte del lanciatore sarebbe destinata alla distruzione, con conseguente perdita economica legata alla non riutilizzabilità dello stesso.

  • La combustione dei rifiuti avverrebbe non sulla superficie del Sole (fotosfera), bensì nella parte antecedente alla corona, la cui temperatura media è di circa 1 milione di gradi centigradi, sufficiente dunque alla distruzione di qualsiasi tipo di materiale. Poiché non possono essere condotti esperimenti con condizioni quantomeno simili a quelle reali in prossimità del Sole, non si possono conoscere ancora gli effetti provocati da una soluzione di questo tipo, come ad esempio l’influenza sulle tempeste solari.

Calcolando che nel mondo si producono in media 1 milione di miliardi di tonnellate di rifiuti all’anno, e un lanciatore Saturn V (quello delle missioni Apollo) può trasportare circa 50 tonnellate di payload (per iniezione in orbita lunare, quindi realisticamente tale valore sarebbe molto più basso per un viaggio verso il sole), servirebbero circa 20 mila miliardi di lanci con Saturn V all’anno. Considerando inoltre che le basi di lancio dislocate nel mondo possono essere contate sulle dita delle mani e che possono gestire circa 10 lanci all’anno, tale obiettivo risulta impossibile da raggiungere. Un altro problema di grande rilevanza è quello legato al fatto che non si può avere la sicurezza assoluta che ogni lancio vada a buon fine. In caso di failure di un lanciatore in fase di volo atmosferico, cioè dal momento del decollo al raggiungimento della linea di Karman (confine teorico che delimita l’ingresso nello spazio, posizionata convenzionalmente a 100 km di quota dalla superficie terrestre), tutto il payload verrebbe disperso a terra o nel mare, con conseguenze ambientali facilmente deducibili, soprattutto in caso di rifiuti tossici o comunque non biodegradabili, oltre alla dispersione nell’ambiente del propellente del lanciatore.

Costo per kg di payload vs kg di payload per inserimento in orbita LEO

Considerando il fatto che il PIL italiano nel 2019 risultava di circa 1.787 miliardi di dollari, nella migliore delle ipotesi il costo dello smaltimento sarebbe stato pari a circa il 50% del PIL, nella peggiore del 120% circa. Un costo dunque non sostenibile nemmeno nelle migliori fiabe. Bisognerà dunque aspettare qualche anno per poter romanticamente dire “ti amo” alla propria metà sotto un cielo stellato, tra sacchi di spazzatura cadenti e vecchi elettrodomestici infuocati.

FONTI:

  1. https://it.wikipedia.org/wiki/Gestione_dei_rifiuti

  2. https://scienzapertutti.infn.it/chiedi-allesperto/tutte-le-risposte/2906-0471-rifiuti-sul-sole-2

  3. Corso di Propulsione Aerospaziale 2018-2019, Diego Lentini, Sapienza Università di Roma


Diderot
Diderot

Dalla volontà di impegnarsi in qualcosa di utile che prende vita Diderot, sito divulgativo libero e indipendente, che nasce dal desiderio di proporre una modalità di informazione differente, basata su ricerca, esperienza e passione di giovani che scrivono per altri giovani, per rappresentare un’alternativa ad un ambiente saturo di notizie selezionate e ragionamenti vuoti.

comments powered by Disqus