L’ingegnoso Cowper, precursore dell’economia circolare

Giorgio Nebbia

nebbia@quipo.it

Negli stabilimenti siderurgici si trova una apparecchiatura ausiliaria degli altoforni chiamata “cowper”, un ingegnoso sistema inventato nell’Ottocento al fine di risparmiare energia recuperando il calore che fino allora andava disperso nell’ambiente, una anticipazione dell’odierna economia circolare. Non siamo stati, infatti, i primi a pensare al risparmio energetico e a pensare come produrre merci e manufatti cercando di consumare meno materie prime e meno energia, anzi alcune innovazioni “ecologiche” furono applicate proprio nell’industria più inquinante, quella del carbone e dell’acciaio.

Nella metà dell’Ottocento l’acciaio si produceva già, come del resto si fa ancora oggi, partendo dai minerali di ferro, costituiti da ossidi di ferro nei quali il ferro è combinato con l’ossigeno. I minerali sono scaldati ad alta temperatura insieme a carbone coke, prodotto nel reparto della cokeria, uno dei più inquinanti dell’intero processo siderurgico. Qui il carbone fossile, l’altra materia prima del processo, viene scaldato ad alta temperatura in assenza di aria; circa tre quarti del carbone si ritrovano sotto forma di una massa porosa solida ricca di carbonio, il coke, appunto; il resto del carbone originale si libera sotto forma di polveri, sostanze organiche varie e gas. Il carbone coke viene miscelato, “agglomerato”, col minerale di ferro e con calcare in speciali reparti che sono fonti di agenti inquinanti fra cui le diossine dovute all’inevitabile presenza di cloro nei vari ingredienti della miscela.

Una serie di complesse reazioni chimiche

A questo punto l’agglomerato viene caricato dal foro superiore dell’altoforno, un lungo tubo verticale nel quale contemporaneamente viene introdotta, dal basso, una corrente di aria calda, il “vento”. Attraverso complesse reazioni chimiche, il carbonio “porta via” l’ossigeno degli ossidi di ferro dai quali si libera un ferro greggio, impuro di carbonio, la ghisa, che diventerà poi acciaio in altri reparti della fabbrica. In tali reazioni si forma una miscela di gas caldi, costituiti da anidride carbonica, ossido di carbonio, idrogeno e altre sostanze che all’inizio venivano perdute nell’aria; poi si è scoperto che alcuni di questi gas erano combustibili e potevano essere bruciati per fornire una parte dell’energia al processo.

Qualcuno aveva proposto di far passare i gas caldi entro tubazioni circondate dall’aria del “vento” da preriscaldare ma il sistema non era efficiente. La vera soluzione fu trovata da un ingegnere inglese, Edward Alfred Cowper, nato nel 1819 a Londra e figlio di un professore di ingegneria meccanica. A quattordici anni Edward era stato mandato a lavorare in una officina e mostrò subito una grande attitudine all’innovazione e alle invenzioni; ancora giovanissimo aveva fondato l’Associazione britannica degli Ingegneri Meccanici, nelle cui riunioni gli inventori e gli ingegneri riferivano e rendevano pubblici i risultati delle loro scoperte.

Dal caldo al freddo e viceversa

Nel 1857 Cowper affrontò con successo il problema del recupero del calore dei gas d’altoforno; il materiale più umile che ci sia, il mattone, quando è scaldato ad alta temperatura restituisce lentamente all’ambiente circostante il calore immagazzinato. Su questa proprietà è basato il funzionamento della “torre” che porta il suo nome: si tratta di un grande tubo metallico verticale pieno di mattoni disposti in maniera alternata, in modo da lasciare lo spazio per la circolazione dei gas. I gas caldi provenienti dal foro superiore dell’altoforno entrano dal fondo della torre, passano attraverso la massa dei mattoni, li scaldano ed escono freddi dalla parte superiore della torre. A questo punto i mattoni hanno immagazzinato gran parte del calore dei gas e il ciclo viene invertito; l’aria fredda esterna (il “vento”) passa attraverso la massa di mattoni caldi, si riscalda e viene immessa nell’altoforno, con cicli alternati.

Negli stabilimenti siderurgici le torri “cowper” sono a coppie: una viene riscaldata dai gas provenienti dall’altoforno e l’altra è percorsa dal “vento” che si preriscalda prima di entrare nell’altoforno. Il dispositivo permise ben presto di produrre una tonnellata di ghisa consumando 400 chili di carbone meno di prima. All’instancabile Cowper si devono molte altre invenzioni. Sempre nel campo del risparmio energetico, che era un problema già nell’Inghilterra della metà dell’Ottocento, come lo è per noi oggi, Cowper inventò un recuperatore del calore per le locomotive ferroviarie che fece diminuire molto i consumi di carbone a parità di chilometri percorsi.

Aveva appena diciotto anni, nel 1837, quando aveva inventato un dispositivo di allarme per l’arrivo dei treni; si era all’alba della diffusione delle ferrovie e Cowper pensò di mettere sulle rotaie una piccola cartuccia; il rumore dell’esplosione che si verificava al passaggio del treno avvertiva i casellanti che dovevano abbassare le sbarre dei passaggi a livello anche quando la fitta nebbia impediva di vedere il treno in arrivo: in questo modo i treni potevano viaggiare più rapidi e sicuri e diminuivano gli incidenti.

A Cowper, che morì nel 1893, si devono innovazioni nella costruzione di ponti metallici, di rotaie ferroviarie, l’invenzione di una telescrivente e di macchine per la stampa e l’invenzione della pedivella, la ruota dentata su cui scorre la catena della bicicletta, il perfezionamento che fece uscire la bicicletta dalla sua infanzia. I lettori che usano questo ingegnoso e utile mezzo di trasporto ecologico, non inquinante, nel pedalare dicano grazie all’ingegner Cowper.