AMBIENTE. Operazione recupero, un’inchiesta esaustiva sull’aberrante tendenza in atto di distruggere l’ambiente naturale per poi ricostruirlo con criteri assai discutibili.

Fonte: Galileo, GIORNALE DI SCIENZA E PROBLEMI GLOBALI mailto:redazione@galileonet.it http://www.galileonet.it

Il nostro pianeta sta raggiungendo dei livelli soglia di inquinamento oltre i quali il danno diventa irreversibile. Ma un significativo cambiamento di rotta nella gestione del territorio è ancora lontano. Piuttosto, il degrado ambientale sta rivelando inaspettate prospettive economiche: la totale antropizzazione di vaste aree del pianeta e la crescente necessità delle popolazioni dei Paesi più ricchi di usufruire di ambienti naturali sani sta spingendo rapidamente le società avanzate a investire nel recupero ambientale. Ed è il trionfo della logica del distruggere per ricostruire. Una logica aberrante soprattutto nel caso degli ecosistemi naturali, il cui equilibrio, una volta sconvolto, difficilmente può essere pienamente recuperato. Prima di tutto perché del loro funzionamento si sa ancora relativamente poco, ed è concreto il rischio che i rimedi si rivelino anche peggiori dei mali. Galileo prova a fare il punto di questa complessa situazione, dando la parola a biologi, chimici, e biotecnologi che lavorano per mettere a punto sistemi di risanamento eco-compatibili.

ECOLOGIA
Un business con poche qualità
Il risanamento degli ecosistemi inquinati è un’operazione difficile e dall’esito incerto. Per un ambiente sano, la soluzione è una sola: non inquinare
di Roberto Danovaro
ECOLOGIA
Un business con poche qualità
di Roberto Danovaro
Fonte: Galileo, GIORNALE DI SCIENZA E PROBLEMI GLOBALI mailto:redazione@galileonet.it http://www.galileonet.it
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Roberto Danovaro è professore di Ecologia applicata e di Biologia Marina all’Università di Ancona
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L’effetto delle attività umane sull’ambiente è sempre più evidente. Alla stregua di un prodotto consumistico di facile accesso, gli esseri umani sfruttano e degradano l’ambiente in cui vivono senza preoccuparsi delle conseguenze delle loro azioni. I livelli d’inquinamento crescono nel tempo causando un aumento degli effetti nocivi delle sostanze tossiche che agiscono in maniera sinergica sulle componenti viventi dell’ecosistema terrestre. Questo processo ha una ragione molto semplice: l’apporto di inquinanti avviene a un tasso maggiore di quello di smaltimento e quindi tali sostanze tendono ad accumularsi nell’ambiente.
Attualmente la consapevolezza che il nostro pianeta ha raggiunto dei livelli soglia di tolleranza (carrying capacity) oltre i quali il danno diviene irreversibile (o non completamente reversibile), sta penetrando nella coscienza della nostra società. Tuttavia, il concetto di salvaguardia ambientale appare ancora soggetto alla sensibilità individuale. Tutti riconoscono l’importanza dell’ambiente, tutti vogliono spazi verdi e puliti dove far crescere i propri figli, ma l’ambiente viene riconosciuto come importante solo nel momento in cui si impone un’emergenza ambientale (fughe radioattive, incidenti di petroliere, rilascio massivo di sostanze altamente tossiche). In realtà è purtroppo noto, almeno agli esperti, che i danni più rilevanti agli ecosistemi, ancorché più difficili da identificare e combattere, sono quelli procurati da forme d’inquinamento cronico.
Il danno
Negli ultimi 10 anni si è in assistito a un fiorire di sistemi di valutazione di impatto ambientale (Via), protocolli più o meno standardizzati con cui si cerca in qualche modo di quantificare l’impatto dell’essere umano sull’ambiente. La stima del danno però non è sempre possibile, in quanto è difficile stabilire il valore economico di una riduzione della biodiversità e/o della qualità delle acque in un’area. Al contrario, nella valutazione del rapporto costi-benefici troppo spesso la rilevanza della questione ambientale è ignorata e subordinata ad altre problematiche che polarizzano l’attenzione pubblica, quali l’occupazione e lo sviluppo economico. Anche il concetto di “sostenibilità”, oggi largamente utilizzato, viene interpretato a partire da presupposti errati: si pensa alla crescita della produzione o dell’occupazione, e quindi in termini economici, dimenticando che nessuna attività è “sostenibile” nel tempo se non è eco-compatibile.
Al contrario molti ecosistemi naturali possiedono un equilibrio molto fragile e andrebbero opportunamente protetti e conservati. Spesso, però, il concetto di protezione ambientale entra in conflitto con le necessità sociali d’utilizzo del territorio. Una gestione adeguata dell’ambiente richiederebbe invece l’armonizzazione di due componenti: la conservazione ambientale e l’ uso del territorio e delle sue risorse.
Questo già (difficile) obiettivo è reso ancora più arduo dal progressivo scadimento della qualità ambientale, dalla riduzione delle risorse (non sempre) rinnovabili e da una progressiva scomparsa di aree (terrestri o marine) non inquinate e socialmente fruibili. La riduzione di “spazi/ecosistemi sani” rende pressante la necessità di operare sull’ambiente per invertire questo processo. In questa prospettiva, il “recupero ambientale” sembra costituire la soluzione a danni già esistenti. Il concetto di “recupero” consiste, da un lato, nella riduzione dell’inquinamento e dell’impatto antropico, e dall’altro nel ripristino di equilibri strutturali e funzionali dell’ecosistema, sia esso un corso d’acqua, una foresta, un’area verde urbana, un porto o una baia. Gli esempi più evidenti di operazioni di recupero ambientale sono quelli del biorisanamento di suoli contaminati da sostanze tossiche o ambienti costieri in cui sono stati accidentalmente rilasciate enormi quantità di idrocarburi. Questi ambienti, una volta completato il loro recupero, tornano a essere spazi fruibili.
I rimedi
Anche nel recente passato, diversi tentativi di recupero ambientale a seguito di gravi emergenze ambientali si sono rivelati più dannosi dell’evento che li aveva resi necessari. E’ il caso di alcuni gravi incidenti che hanno coinvolto petroliere come la Amoco Cadiz, che alla fine degli anni Settanta rilasciò nelle acque della Manica centinaia di migliaia di tonnellate di idrocarburi. La prima risposta a questa emergenza fu quella di associare sostanze disperdenti agli idrocarburi e di combinare questi ultimi con dei substrati per farli sedimentare al fondo. I risultati di queste operazioni furono disastrosi. I disperdenti (prodotti dalle stesse compagnie che estraggono e distribuiscono i derivati del petrolio) si rivelarono più tossici e dannosi per l’ambiente degli idrocarburi stessi. Inoltre, l’affondamento di tali sostanze ebbe l’effetto di allungare i tempi di degradazione (che sono accelerati dalla presenza della luce, scarsa o nulla a livello dei fondali marini) e di esporre le coste a successive “maree nere” ogni qualvolta il fondale veniva a essere risospeso (e con esso gli idrocarburi intrappolati nei sedimenti).
Questa e altre esperienze analoghe hanno reso evidente che gli interventi di recupero ambientale non possono procedere per tentativi ma necessitano di un’adeguata analisi secondo criteri ecologici consolidati e selezionando con attenzione le tecnologie da adottare. Senza una conoscenza adeguata dei presupposti ecologici e degli strumenti adeguati, il recupero ambientale appare difficilmente realizzabile. Tutto ciò ha un costo, inizialmente quasi esclusivamente legato alla ricerca scientifica e tecnologica (i.e., applicata alla ricerca di strumenti adeguati), e in seguito operativo (costi di recupero della qualità ambientale di un’area) di cui è necessario tenere conto.
Anche la scelta dei criteri da adottare per la valutazione della qualità e dello stato dell’ambiente è importante al fine di guidare le azioni e le decisioni gestionali per il recupero ambientale. Gli interventi volti a ridurre le cause e le conseguenze dello “stress” ambientale si devono avvalere di informazioni che derivano da un opportuno studio delle caratteristiche dell’ecosistema stesso e dalla valutazione del suo stato di salute. Tali informazioni risultano essenziali per indirizzare le future decisioni e azioni nel quadro di un’adeguata pratica gestionale. La conoscenza approfondita dei vari ambienti rappresenta il fondamento della gestione adattiva, una componente chiave del Sistema Gestionale Basato sull’Ecosistema (SGeBE). Secondo tale sistema, che è finalizzato alla protezione e alla conservazione dell’ecosistema, la definizione di stato di salute dipende dalle necessità, dai valori e dalle preferenze di una comunità e da un’ampia prospettiva socio-culturale ed economica. In questo tipo di valutazione vengono incluse le leggi, le regolamentazioni e le altre istituzioni designate per proteggere le risorse ambientali di quella determinata zona. Il modo in cui le differenze culturali influiscono sul paesaggio è evidente dal confronto tra usi e tradizioni di società diverse che modificano ambienti e ecosistemi in partenza molto simili tra loro. Da questa prospettiva, il ruolo e il significato di uno strumento come il monitoraggio ambientale si allargano. In passato il monitoraggio veniva utilizzato unicamente come strumento di raccolta di informazioni su alcuni parametri “di base” di un ecosistema. Lo scopo di questo sistema di “controllo dello stato di salute dell’ecosistema” è quello di costituire delle serie storiche di dati necessarie a individuare cambiamenti in atto dello stato di salute dell’ecosistema e, in prospettiva, di effettuare misure previsionali di condizioni alterate del suo funzionamento. In realtà il monitoraggio ha mostrato numerosi limiti che rischiano di rendere questo strumento inefficace rispetto agli scopi prefissi e oneroso in termini di costi di realizzazione.
Lo scopo del monitoraggio non deve essere più solo quello di raccogliere dati ambientali ma piuttosto quello di fornire informazioni precise e mirate rispetto alle condizioni ambientali locali. L’utilizzo di un sistema unificato al livello nazionale, se da un lato garantisce la possibilità di un confronto, dall’altro impone infatti una visione interpretativa comune, mentre l’analisi delle caratteristiche ecologiche di diversi ecosistemi impone diversi livelli di attenzione e diverse risposte a condizioni apparentemente simili di stress. Inoltre il monitoraggio appare uno strumento inutile se è privo di un sistema di Valutazione della Qualità dei Dati (Dqa, Data Quality Assessment). Ogni programma di monitoraggio può prevedere il coinvolgimento delle sole istituzioni preposte agli obiettivi di tutela ambientale o può anche avvalersi delle forze di volontariato e di altri contributi, secondo un vero approccio gestionale di ampio respiro. Il coinvolgimento di tutte le categorie sociali alla raccolta di informazioni dirette (tramite la partecipazione ad attività di misure fisico-chimiche sul campo) o indirette (tramite la raccolta di segnalazioni di eventi specifici riportati in occasione di osservazioni individuali e casuali) risulta essenziale per migliorare la capacità interpretativa del ricercatore rispetto a ogni cambiamento ambientale.
La sfida del recupero e della gestione ambientale – sia che si riferisca ad un paesaggio costiero, ad un corpo d’acqua o ad un ecosistema regionale – è che questi sono complessi, dinamici e in continua evoluzione nel contesto delle interazioni uomo-sistema ambiente. Gli ecosistemi infatti non possono essere pienamente compresi o gestiti focalizzandosi solo su una o anche diverse singole parti, essi necessitano di una visione sistemica basata su una migliore conoscenza del loro funzionamento. In modo particolare negli ecosistemi occupati e utilizzati intensamente dall’uomo, quali la fascia costiera italiana, i valori culturali giocano un ruolo chiave nel determinare gli attributi di un ecosistema sano. Ne consegue che tali criteri di valutazione sullo stato dell’ambiente dovrebbero essere basati sia su criteri biologici e ambientali che sul principio di funzionalità di un ecosistema in termini socio-culturali.
Un ecosistema è considerato sano se è in grado di mantenere la sua integrità nonostante la presenza di stress esterni sia di origine antropica che naturale. Questa capacità di ritornare a condizioni normali dopo un evento di disturbo è nota come resilienza ed è una proprietà essenziale di un ecosistema. Tuttavia, oggi si assiste a una distruzione sistematica degli habitat, nel senso che troppo spesso viene superata la soglia di resilienza di un dato ecosistema. Non solo: la totale antropizzazione degli ambienti naturali sta anche rivelando insospettabili prospettive economiche.
L’affare del recupero
La crescente necessità delle popolazioni dei Paesi più ricchi di potere usufruire di ambienti naturali e incontaminati sta portando rapidamente le società avanzate a investire nel recupero ambientale. Dal momento che la distruzione degli habitat non è ancora “eticamente” deplorevole (e spesso non viene sanzionata), il degrado ambientale può dunque rappresentare uno dei maggiori investimenti dell’industria del recupero del prossimo futuro.
Un esempio storico del circolo “virtuoso” degrado/recupero è legato all’industria bellica e a quella della ricostruzione e bonifica dei territori teatro degli scontri. Oltre alla produzione di armi pesanti, la produzione e vendita su larga scala di armi leggere e a basso costo (è il caso delle mine antiuomo) ha un duplice vantaggio: apre nuove frontiere del mercato bellico per nazioni con limitate capacità economiche e apre enormi prospettive per la successiva bonifica dei territori minati.
Contro questo circolo “virtuoso”, oggi si sta (faticosamente) facendo strada la condanna morale della vendita di armi e, conseguentemente, gli ostacoli alla loro produzione e commercializzazione che rendono sempre meno remunerativa quest’attività. Analogamente nel campo del recupero ambientale si stanno aprendo nuovi mercati e l’ambiente si sta proponendo in modo prepotente come business del futuro. Ancora una volta, distruggere per ricostruire. L’ambiente terrestre appare ovviamente il primo obiettivo del degrado dovuto all’azione dell’essere umano. Rappresenta anche l’ambiente più occupato, sfruttato e sorvegliato. Scarichi domestici, scarichi industriali, scorie radioattive, l’utilizzo dell’ambiente per attività turistiche (parte integrante delle nostre attività produttive e abitudini vitali) contribuiscono al progressivo degrado degli ecosistemi sia terrestri che marini. In particolare il concetto di “territorio marino” è molto meno definito del concetto di territorio sulla terraferma. Nonostante sia soggetto a concessioni e regolamentazioni, il mare è “di tutti” e quindi risulta difficile individuare i soggetti che dovrebbero occuparsi della sua salvaguardia, ma non per questo la questione risulta meno importante e delicata.
Per spezzare la logica del “degradare per poi bonificare” sarebbe fondamentale accettare la responsabilità umana sulle componenti dell’ecosistema, ma al contempo limitare il proprio controllo sull’ambiente. L’essere umano non può pensare di utilizzare l’ambiente sfruttandone le risorse per poi “risanarlo”, perché questo vuol dire semplicemente aumentare la dipendenza dell’ambiente dall’essere umano, e di conseguenza rendere ancora più artificiale l’ecosistema naturale. Quando parliamo di protezione ambientale nel senso di intervento umano (e.g., ingegneria ambientale, biorisanamento o biotecnologie ambientali), dovremmo riflettere attentamente sulle conseguenze effettive di tali interventi. L’auspicio sarebbe quello di rendere alla natura il principio dell’autoregolazione, secondo cui ogni ecosistema è in grado di assorbire un danno e ritrovare un determinato equilibrio. Questo concetto suggerisce un punto di contatto forte tra eco-etica e sostenibilità ambientale, perché il principio dell’autoregolazione dell’essere umano è il presupposto per ristabilire la compatibilità dello stesso con l’ambiente. Inoltre risulta fondamentale stabilire/definire che cosa è “bene/benefico” e cosa è invece “danno” per stabilire in una prospettiva a lungo termine ciò che è bene fare da ciò che non è giusto fare, in maniera indipendente rispetto a guadagni economici a breve scadenza. Produrre un danno nel presente che verrà scontato dalle generazioni future è infatti eticamente inaccettabile anche se prevedessimo una progressiva diminuzione del rischio ambientale.
E’ l’ora dell’ecologia
E’ necessario quindi quantificare il danno ambientale per identificare a priori ciò che riteniamo accettabile e ciò che riteniamo non accettabile. Ciò che non riusciamo a regolamentare, può essere deciso a priori: se noi stabiliamo a priori quello che è accettabile, possiamo già introdurlo come regolamentazione delle future attività dell’essere umano. Le politiche ambientali scelte e imposte a livello di Comunità Europea possono funzionare. L’adozione dell’uso della benzina verde ha determinato una forte diminuzione (di circa venti volte) dei livelli di piombo in mare. Ciò non vuol dire che si sia risolto il problema dell’inquinamento da scarichi di autoveicoli (anzi i nuovi catalizzatori e additivi possono avere a loro volta un diverso impatto sull’ambiente), ma dimostra che è possibile adottare delle politiche ambientali e, se le scelte si riveleranno giuste, ottenere buoni risultati.
Gli strumenti di intervento esistono. L’economia però, se veramente vuole raggiungere gli obiettivi di sostenibilità, dovrebbe integrarsi con valori eco-etici. In futuro è auspicabile un confronto serrato tra economisti ed ecologi per discutere l’importanza dell’accettazione di principi precauzionali. Il sen-so di tali principi può essere sintetizzato con il concetto: “non inserire o utilizzare prodotti di cui non sia stata dimostrata l’innocuità da un punto di vista sanitario e ambientale”. Questo concetto si può facilmente applicare sia nel caso di prodotti chimici che per organismi geneticamente modificati. Credo che questo sia l’unico modo per operare correttamente nei confronti dell’ambiente, di noi stessi e soprattutto delle generazioni future.
La conoscenza teorica e tecnico/applicativa del recupero ambientale costituisce una lacuna che necessita di essere sanata. Per fare ciò è necessaria una diretta cooperazione tra chi fa la ricerca (enti di ricerca e università) chi la promuove (Ministero dell’ambiente, Ministero delle politiche agricole e forestali, Ministero della ricerca scientifica e tecnologica), chi l’applica (piccole, medie e grandi imprese) e chi la richiede (istituzioni pubbliche e/o compagnie private).

BIBLIOGRAFIA
1 – Danovaro R., Recupero Ambientale. Tecnologie, bioremediation e biotecnologie, Utet, Torino 2001.
2 – Wayne S., Simon T.P., Biological Assessment and Criteria: Tools for Water Resource Planing and Decision Making, Lewis, Boca Raton 1995.
3 – Naiman R.J., Watershed Management Balancing Sustainability and Enviromental Change, Springer, New York 1992.
4 – Rapport D.J., Regier H.A., Hutchinson T.C., “Ecosystem Behavior Under Stress”, The American Naturalist, 125 (5), 1985, pp. 617-640.
5 – U.S. Enviromental Protection Agency, The Volunteer Monitor’s Guide to Quality Assurance Project Plans, EPA 841-B-96-003, Office of Wetlands, “Oceans and Watersheds”. 1996.
6 – Kay J., Francis G., Ecological Intergity and the Managment of Ecosystems, St. Lucia Press 1993.

MICROBIOLOGIA
La sfida della bioremediation
La straordinaria capacità metabolica dei batteri può aiutarci a ripulire l’ambiente. Ma per sfruttare questa biotecnologia è necessario razionalizzare la ricerca
di Davide Zannoni

MICROBIOLOGIA
La sfida della bioremediation
di Davide Zannoni

Fonte: Galileo, GIORNALE DI SCIENZA E PROBLEMI GLOBALI mailto:redazione@galileonet.it http://www.galileonet.it
Davide Zannoni è professore di Microbiologia gnerale all’Università di Bologna

Uno degli aspetti che caratterizzano lo sviluppo economico di quest’ultimo secolo è il progressivo e rapido deterioramento dell’ambiente. Apparentemente il binomio “sviluppo = inquinamento ambientale” è stato acquisito anche nell’immaginario collettivo come una equazione necessaria ed ineluttabile. Tuttavia, è giunto il momento (o forse è già troppo tardi) di invertire questa tendenza e di correre ai ripari. La ricetta che propongono i microbiologi è molto semplice: per riparare almeno in parte le conseguenze devastanti dell’attività umana sul pianeta, dobbiamo chiedere aiuto ai microrganismi.
La salute dell’ambiente e quella dell’uomo sono strettamente correlate. E’ quindi sorprendente rilevare come le pagine dei quotidiani diano raramente spazio alle ricerche sul risanamento ambientale; contrariamente, le notizie che riguardano gli studi sul genoma umano e sulle malattie umane (alcune dovute al deterioramento dello stato ambientale) trovano la massima attenzione dei media. Ne deriva che la valenza strategica delle ricerche sul genoma umano prevalga anche nelle linee guida dei Programmi Nazionali di Ricerca (Pnr) dei Paesi industrializzati per le implicite ricadute su tutti quei processi produttivi e tecnologici che “ruotano” attorno al problema delle malattie umane: tecniche di Dna ricombinante, sviluppo di nuovi farmaci anti-tumorali, materiali biocompatibili, vaccini geneticamente ingegnerizzati, biosensori. Tutto ciò non ci sorprende e per certi versi è da considerarsi “politicamente corretto”. Tuttavia, gli investimenti per quella che potremmo definire la “grande biologia” sono solo in parte giustificati. Se è ovvio che il maggior beneficiario degli studi sul genoma umano sarà, si spera, tutta l’Umanità, è anche vero che il “significato” o per meglio dire “il peso specifico” del genoma umano nel contesto generale dell’insieme degli organismi viventi è ben poca cosa. Per esempio, in termini di diversità enzimatica, il nostro Dna contiene le informazioni per attivare il metabolismo di un ridotto numero di nutrienti. Inoltre, noi umani non possiamo resistere in nessun modo a bruschi cambiamenti ambientali o insulti di tipo chimico-fisico (per esempio: pH acido o basico, radiazioni ad alta energia, stress nutrizionale, mancanza di ossigeno, alta o bassa pressione) dimostrando la nostra limitata adattabilità metabolica. A tutto ciò, si contrappone la straordinaria “biodiversità microbica”.
I microrganismi rappresentano le forme di vita che hanno avuto maggior successo nella colonizzazione del nostro pianeta occupando tutti gli ambienti, inclusi quelli definiti come inospitali o estremi. Molti batteri vivono a temperature superiori ai 100 °C, a pH 1-2, e a pressioni superiori alle 400 atmosfere pur essendo provvisti di un Dna contenente circa l’1% dei geni presenti nel genoma umano. Questa limitata capacità genica è tuttavia in grado di definire e coordinare una complicata e perfetta macchina metabolica che consente ai batteri di crescere e proliferare. Infatti, una caratteristica prevalente nei microrganismi presenti nel suolo o nelle acque è la possibilità di utilizzare una enorme varietà di composti organici e di sostituire l’ossigeno in condizioni anaerobiche con composti inorganici come zolfo, solfati, nitrati, nitriti, solfossidi ed altro. Questa plasticità metabolica rende l’uomo, che ha una crescita unicamente legata alla presenza di ossigeno, un organismo ridicolmente semplice dal punto di vista metabolico.
Mentre gli organismi superiori (includendo anche quelli formati da una sola cellula) sono presenti sul nostro pianeta da circa 1 miliardo di anni, i batteri sono più “vecchi” di almeno 2 miliardi di anni ed hanno avuto pertanto più possibilità di adottare molteplici modalità metaboliche ed adattarsi a mutevoli situazioni ambientali. In questo senso è pertanto ragionevole pensare che tutti i meccanismi molecolari adottati dai viventi per trarre energia dall’ambiente siano stati preventivamente “provati” in termini di efficienza da qualche specie batterica presente sul pianeta. In aggiunta, la lunga esposizione a numerose classi di composti organici e inorganici (anche tossici) ha creato le condizioni per una pressione selettiva che ha indotto l’evoluzione di nuovi enzimi catabolici capaci di degradare o modificare i composti di partenza. In pratica, milioni e milioni di anni di “stress ambientali” hanno prodotto dei catalizzatori biologici con una specificità ed efficienza inimmaginabili per nessun processo industriale creato dall’uomo. Infatti, i meccanismi molecolari adottati da enzimi come le mono- o le di-ossigenasi che rappresentano la prima via di attacco a molti composti aromatici da parte dei più comuni microrganismi del suolo, restano a tutt’oggi una formidabile sfida intellettuale per gli esperti di ingegneria delle reazioni chimiche. In molti casi, si sono evolute delle vie metaboliche in grado di degradare, completamente o in parte, sostanze altamente recalcitranti e cancerogene come i policlorobifenili (Pcb) o sostanze tossiche, anche se “naturali”, come gli idrocarburi. Tuttavia, a seguito dell’industrializzazione e dell’urbanizzazione, sono state rilasciate e si continuano a rilasciare nell’ambiente tonnellate di specie chimiche (xenobiotici dal greco xenos, estraneo) che non sono mai state presenti in quantità apprezzabile nella biosfera. Tra questi composti i più resistenti all’azione degradativa dei microrganismi sono quelli che presentano legami cloro-carbonio e azoto-carbonio. I policlorobifenili, le clorodiossine, i composti nitroaromatici e simili, rappresentano alcune delle sostanze che causano situazioni di allarme ambientale nella collettività quando, accidentalmente, vengono riversate nella biosfera. Non a caso l’attuale legislazione italiana in materia di inquinamento chimico (derivazione della cosiddetta “Seveso 2″), risente senza dubbio delle esperienze legate ai grandi disastri ambientali a partire dagli anni ’70: Icmesa di Seveso (1976), Acna di Cengio (1988), Farmoplant di Massa Carrara (1988), petroliera Haven nella rada di Genova (1991), sono solo alcuni tra gli esempi più eclatanti. In questo senso, i microrganismi sono venuti in contatto con la miriade di composti xenobiotici generati dall’uomo solo durante gli ultimi 100 anni, un periodo di tempo che rappresenta “un battito di ciglia” in termini di evoluzione. Questo significa che molti dei batteri che conosciamo oggi non hanno ancora “imparato” (cioè a dire: non sono stati selezionati) a degradare molte sostanze xenobiotiche.
Se i grandi disastri ambientali hanno sensibilizzato l’opinione pubblica sui problemi legati allo sviluppo di una “chimica pulita” che generi prodotti biodegradabili (green chemistry) e alla necessità di indirizzare la crescita economica ed industriale del Paese tenendo conto anche dell’impatto che le attività umane hanno sull’ambiente, poca attenzione è stata posta su di un tipo di inquinamento, ancora largamente sconosciuto sia su scala locale che globale: l’utilizzo massiccio di antibiotici, ormoni e sostanze immuno-regolatrici per l’allevamento animale. E’ stupefacente come l’immissione di queste sostanze nella biosfera sia scarsamente controllata e pertanto le ripercussioni che si avranno nell’ambiente non sono attualmente prevedibili; da qui, la necessità di costruire nuovi farmaci con accertata biodegradibilità è sicuramente prioritaria nell’ambito dei futuri piani di ricerca legati all’industria farmaceutica. Anche in questo caso, la conoscenza delle potenzialità enzimatiche dei microrganismi sarà la chiave per assicurare la salute ambientale.
Di fronte alle emergenze ambientali appena accennate, i microbiologi molecolari che si occupano di bioremediation hanno posto da tempo a tutta la comunità (scientifica e non) la seguente domanda: dobbiamo aspettare che i microrganismi “vengano selezionati” dagli xenobiotici riversati continuamente nella biosfera o vale la pena intervenire per accelerare questo processo? In altri termini: possiamo permetterci di attendere che l’ambiente inquinato induca in tempi non definibili ma certamente lunghi (almeno svariati decenni) la selezione di “nuovi batteri” che possano degradare le sostanze attualmente recalcitranti, o l’emergenza è tale che dobbiamo tentare la “costruzione in vitro” di batteri provvisti di nuovi enzimi?
Ingegneria genetica e bioremediation
Già da molti decenni i microbiologi ambientali hanno isolato e caratterizzato molte specie batteriche in grado di crescere su complesse o inusuali fonti di energia (pesticidi, idrocarburi, solventi, erbicidi ecc.) senza tuttavia comprenderne appieno i meccanismi molecolari specifici. Solo con l’avvento e la massiccia utilizzazione delle tecniche di genetica molecolare sono stati fatti passi fondamentali per la delucidazione a livello genetico delle vie metaboliche implicate, creando così i presupposti per quella che viene comunemente definita “ingegneria genetica o tecnica del Dna ricombinante”. Quest’ultimo approccio prevede la possibilità di effettuare procedure di “taglia e incolla” di segmenti di Dna tra specie batteriche non necessariamente affini e pertanto di intervenire direttamente su pacchetti di geni (operoni), che regolano ben definite vie metaboliche. Già dalle fine degli anni ’80 il gruppo di ricerca diretto da Ken Timmis presso l’Università di Ginevra aveva dimostrato come fosse possibile in laboratorio “combinare geni” di varia origine in batteri aerobi del genere Pseudomonas, rendendoli così in grado di degradare miscele complesse di cloro- ed alchil-benzoati [1]. Negli stessi anni, l’opinione pubblica mondiale venne sensibilizzata verso i problemi ambientali a seguito dell’incidente della petroliera Exxon Valdez sulle coste dell’Alaska (marzo 1989); gli interventi messi in atto per rimuovere le migliaia di tonnellate di idrocarburi (per un costo stimato di circa un miliardo e mezzo di dollari) misero in luce le straordinarie possibilità delle tecniche di bioremediation basate sull’uso di microrganismi appositamente selezionati per la degradazione di un ben definito inquinante [2].
I risultati incoraggianti ottenuti sulle coste dell’Alaska con le procedure di bioremediation basate sull’attivazione e selezione della popolazione microbica residente (autoctona), non hanno dato seguito a risultati altrettanto brillanti allorquando sono stati introdotti nell’habitat inquinato microrganismi estranei (alloctoni) e/o ingegnerizzati. Si è ipotizzato pertanto che in un ambiente naturale, le condizioni alle quali l’organismo estraneo viene sottoposto, siano molto diverse da quelle di laboratorio, in genere “ottimali e controllate”. Questo tuttavia non è sempre vero perché anche su piccola scala di laboratorio, il microrganismo aggiunto a campioni naturali (microcosmi) deve rapidamente adattarsi a condizioni di stress ambientale (presenza di inquinanti) e inoltre deve competere con la popolazione microbica autoctona che spesso ha il sopravvento nel giro di poche settimane. Questi, ed altri problemi, hanno reso il lavoro dei microbiologi e degli ingegneri ambientali alquanto complesso ed il cammino per definire le reali possibilità delle tecniche basate sull’utilizzo di batteri alloctoni (bioaugmentation), è al momento ancora in salita e irto di insidie.
Pur con tutti i limiti insiti nelle tecniche di bioremediation, l’opinione pubblica e le Agenzie per il finanziamento della ricerca Europea, Statunitense e Giapponese sull’ambiente, si sono fin dal principio dimostrate particolarmente sensibili alle ricerche tese a favorire lo sviluppo delle tecniche fondate sull’impiego dei microrganismi. Questi studi hanno tuttavia subito una fase di rallentamento agli inizi degli anni Novanta quando è risultato chiaro a tutti che in parallelo a queste tecnologie (che potremmo definire di tipo “naturale”), si erano messe a punto le procedure per la creazione di batteri ricombinanti (cioè ingegnerizzati), e che durante il “processo di costruzione e selezione” di microrganismi potenzialmente utilizzabili in bioremediation, si era fatto largo uso di marcatori molecolari (“cassette di resistenza”), in grado di conferire al microrganismo la capacità di crescere in presenza di uno o più antibiotici. La potenziale pericolosità di rilasciare in ambiente (anche confinato) organismi resistenti agli antibiotici e quindi teoricamente in grado di trasferire la resistenza ad altri batteri (in particolare patogeni), fu immediatamente recepita dall’opinione pubblica e dalle Agenzie ambientali internazionali indirizzando la ricerca (almeno quella pubblica) verso progetti tesi alla identificazione di nuovi marcatori genetici di tipo non-antibiotico, per esempio la “resistenza ai metalli pesanti”. Raggiunto questo importante obiettivo, i dubbi sull’utilizzo di microrganismi ricombinanti in sistemi “controllati e confinati” (tecniche definite ex situ) si sono largamente dissolti. Attualmente, i progetti di ricerca portati avanti in molti laboratori di biotecnologie microbiche, vanno nella direzione di “attrezzare” il batterio ricombinante non solo con le vie enzimatiche idonee alla biodegradazione del composto desiderato, ma anche con gli enzimi necessari alla produzione di composti che aumentino la biodisponibilità dell’inquinante (biosurfattanti). Quest’ultimo aspetto è infatti di straordinaria importanza per la fattibilità del processo degradativo: è implicito che se l’inquinante (o la miscela di inquinanti) non è solubile o scarsamente solubile in acqua, avrà ben poche possibilità di essere degradato dal microrganismo.
Il falso dilemma: attendere o agire?
Tutti sappiamo che l’ecosistema si regge su regole scarsamente conosciute e su sottili equilibri solo in parte definiti. Sappiamo anche, tuttavia, che l’ambiente nel quale l’uomo vive è fortemente degradato a causa delle attività umane altamente inquinanti. Esistono perciò varie scuole di pensiero, all’interno della comunità scientifica, che stanno dibattendo da anni su quali siano le procedure più efficaci e meno rischiose per l’ecosistema nelle tecniche di bioremediation. Semplificando all’estremo i concetti dibattuti, i fautori della tesi di un immediato utilizzo di microrganismi ricombinanti sostengono che, tutto sommato, le tecniche del Dna ricombinante producono in laboratorio, e in breve tempo, ciò che “in natura” verrebbe comunque fatto in tempi enormemente più lunghi. In aggiunta, non esiste allo stato delle cose nessuna evidenza che il rilascio di un microrganismo costruito ad hoc per nutrirsi di uno o più composti tossici (per l’uomo) possa creare dei danni all’ecosistema. Al contrario, il rischio di mantenere quantità enormi di inquinanti nell’ambiente è reale, e non può essere ulteriormente ignorato. A questa linea per così dire “interventista”, si contrappone la scuola di pensiero che propugna la natural attenuation (attenuazione naturale) come procedura non invasiva e rispettosa dell’ecosistema. In pratica, i sostenitori di questa tecnica, definita dai propri detrattori come “del non fare”, sostengono che in molti casi le comunità microbiche naturali hanno nel loro interno le potenzialità per evolvere in tempi medio-lunghi (alcuni decenni), verso la selezione di specie in grado di attenuare o annullare del tutto i rischi associati al contaminante. Questa procedura richiede ovviamente delle profonde conoscenze biogeochimiche su quelle che potrebbero essere le dinamiche all’interno del sito contaminato, in modo da prevedere fin dal principio l’evoluzione positiva o negativa del processo di attenuazione dell’inquinante. L’attenuazione non deve necessariamente essere intesa come un processo di distruzione o di biodegradazione dell’inquinante in quanto potrebbe anche implicare l’immobilizzazione del contaminante stesso (per es. su particelle del suolo), diminuendone così i rischi per l’uomo e l’ambiente. Recentemente la natural attenuation è stata ufficialmente riconosciuta dalla US Environmental Protection Agency (Epa) come “un approccio di risanamento basato sulla conoscenza e l’analisi quantitativa dei processi naturali a protezione dell’uomo contro i rischi derivanti dall’esposizione a pericolosi contaminanti” [3].
Da quanto detto risulta in modo evidente l’assoluta necessità che gli studi sulle tecniche di bioremediation non solo proseguano, ma vengano affrontati su scala organizzativa e finanziaria più ampia, e soprattutto in modo interdisciplinare. Sappiamo molto, anche se in modo confuso e frammentato [4], ma ciò che sappiamo è ancora troppo poco per affrontare il problema in modo organico. Visti i ripetuti fallimenti, anche in esperimenti su piccola scala e a breve termine, il rilascio in ambiente di batteri geneticamente modificati resta al momento solo uno scottante argomento di discussione fin qui utilizzato dai detrattori delle ricerche molecolari in microbiologia per tagliare i finanziamenti nel settore.
In definitiva, non appare ragionevole abbandonare, almeno come sviluppo delle ricerche, una strada, quella “biotecnologica”, a favore dell’altra, quella “naturale”, in quanto le casistiche di contaminazione con cui si ha a che fare (per diversità di inquinanti e di comparti interessati all’inquinamento), sono tali da poter richiedere, per la bonifica dei siti a costi sostenibili, i diversi approcci: a) natural attenuation supportata da approfondite analisi di rischio nei casi di rischi non elevati, b) biostimolazione della biomassa autoctona mediante attuazione di opportuni processi nei casi in cui la biomassa si riveli sufficientemente efficace, c) introduzione di biomassa selezionata e accresciuta a partire da quella autoctona nei casi in cui sia particolarmente lungo e difficoltoso l’accrescimento della biomassa nelle condizioni presenti nel sito, ed infine d) l’uso di biomassa alloctona (microrganismi ingegnerizzati) in bioreattori strettamente confinati.
La nuova frontiera: microrganismi “non coltivabili”
Non esistono al momento dati certi sulla biodiversità microbica. Tuttavia, da una stima molto attendibile, possiamo affermare che le conoscenze sulla biochimica e fisiologia dei microrganismi riguardano una piccolissima percentuale (circa 0.1%) di tutte le specie batteriche che popolano il pianeta, in quanto questa frazione è composta da specie coltivabili in laboratorio. Pertanto, se abbiamo imparato così tanto in termini di bioremediation solo studiando una frazione del mondo microbico, le potenzialità ancora nascoste in quei batteri che i ricercatori non sono ancora riusciti a coltivare in vitro, sono del tutto inimmaginabili. La prova certa, anche se indiretta, di questo immenso patrimonio biologico inesplorato è emersa molti anni fa (1996), allorquando il genoma di un microrganismo “estremo” (Methanococcus jannaschii) è stato per la prima volta sequenziato e confrontato con quello di batteri più comuni (per esempio Escherichia coli). Sorprendentemente, più del 50% del genoma di M. jannaschii non aveva una controparte in E. coli a dimostrazione di quanto poco conosciamo della genomica batterica e delle sue potenziali applicazioni anche finalizzate all’ambiente. Se questo è vero per un batterio come M. jannaschii incluso nello 0.1% di specie coltivabili, le ricerche legate alla conoscenza del 99.9% di batteri definiti “non-coltivabili” rappresentano la nuova frontiera della microbiologia ambientale. Infatti, nessuno conosce l’influenza nell’ambito dei cicli biogeochimici delle popolazioni batteriche non-coltivabili, e ancora meno noti sono i fattori che determinano la loro non-coltivabilità. A questo riguardo negli ultimi anni è apparsa un’ampia letteratura sui segnali di natura chimica che i singoli componenti di una comunità batterica si scambiano tra loro. Questo singolare fenomeno, chiamato quorum sensing (percezione della densità critica), coinvolge tutti quei meccanismi (largamente sconosciuti), che regolano la crescita e le interazioni di una popolazione di microrganismi. In altri termini, la scarsa o abbondante crescita di una colonia batterica non sarebbe casuale o, come la logica suggerirebbe, dipendente da questo o quel nutriente, ma sarebbe determinata da “regole precise” codificate a livello genico. La nostra previsione è che nel prossimo decennio l’avanzamento delle conoscenze sui fattori genetici che regolano il quorum sensing, ci permetterà di “agire” sui meccanismi che determinano la non-coltivabilità di molte specie batteriche, la cui presenza in ambiente è attualmente dimostrabile solo sotto forma di materiale genetico. Le tecniche molecolari infatti (vedi spalla), ci permettono già da ora di estrarre e amplificare il Dna da campioni ambientali e confrontarlo con le sequenze conosciute in modo da determinarne la specie d’appartenenza (analisi in silico). Queste tecniche sono fondamentali non solo per la identificazione delle specie presenti in un determinato habitat (coltivabili e non), ma anche e soprattutto per conoscere la dinamica delle popolazioni sottoposte a stress ambientali.
Siamo in grado di affrontare “l’eccesso di biodiversità”?
Alcuni ricercatori sostengono, in modo del tutto provocatorio, che non ha senso aumentare il livello delle nostre conoscenze sulla biodiversità microbica, in quanto già oggi siamo impotenti e incapaci di coordinare l’immensa quantità di informazioni, che ci deriva dalla ricerca mondiale nel settore. Secondo le ultime stime, i microrganismi analizzati fino a oggi sono in grado di degradare 650 composti diversi, utilizzando circa 450 enzimi che generano almeno 700 reazioni di interesse per la bioremediation. Nonostante ciò, possiamo predire il destino e l’effetto di molte sostanze tossiche o cancerogene solo su piccola scala e in sistemi circoscritti. Troppo poco! In buona sostanza si ravvisa l’esigenza prioritaria di razionalizzare in modo trasversale il complesso delle nozioni teorico-applicative, creando una “solida rete informatica dedicata” che analizzi in modo intelligente (reti neurali), le informazioni in nostro possesso. Questo lavoro necessiterebbe di uno sforzo organizzativo e finanziario paragonabile a quello già fatto nei settori della fisica, della ricerca spaziale, della biologia molecolare e dell’astrofisica. In effetti, il Cern (fisica delle particelle), l’Esa (agenzia spaziale europea), l’Embl (Laboratorio europeo per la biologia molecolare), l’Eso (Osservatorio europeo per l’astrofisica) non hanno una controparte specifica nel settore della microbiologia ambientale e tanto meno nel sotto-settore della bioremediation.
Ricerca di base e bioremediation: la situazione italiana
Appare chiaro da quanto detto, che le politiche nazionali dei Paesi industrializzati non possono ulteriormente trascurare i problemi connessi ai rischi ambientali. La domanda che sorge spontanea a questo punto è: il nostro Paese è dotato di mezzi, strutture e competenze adeguate per affrontare la sfida ambientale?
Il Programma Nazionale di Ricerca (Pnr) approvato nel maggio del 2000, presentava una interessante “fotografia” dello stato della ricerca scientifica nel nostro Paese. Spulciando tra le numerose pagine, risultava che nel 1990 la spesa globale per Ricerca & Sviluppo (R&S) in rapporto al Prodotto Nazionale Lordo (Pil), era di 1.3%; nel 2000 tale valore era sceso a 1.03, con una diminuzione del 23%. Nel 1997 l’Italia spendeva in ricerca di base lo 0.24% del Pil, (nel 1993 era lo 0.26) con una incidenza delle imprese pari a 0.01%. Nel periodo 1990-97 il numero di addetti alla ricerca, su 10.000 occupati, era aumentato del 6% contro il 100% in Finlandia, 50% in Spagna, 26% in Giappone e 22% in Francia. Nel 2000 il numero totale dei ricercatori in Italia era il 72% della media dei Paesi Ue, contro il 45% della media USA e il 41% del Giappone, con una età media degli addetti (Cnr, Enea e università) compresa tra 48 e 54 anni. Da queste scarne cifre risultava pertanto che il lavoro di ricerca in Italia, oltre che essere sottodimensionato ed esposto ad un rapido processo di invecchiamento degli addetti, offriva prospettive tali da non renderlo più attraente e competitivo per i giovani. In aggiunta la ricerca di base, finanziata al 96% dallo Stato, era praticamente inesistente nelle imprese.
Anche se i dati sopra esposti si riferiscono al 2000, è abbastanza evidente che a tutt’oggi la situazione non è certamente mutata. Purtroppo le statistiche presentate nelle Linee Guida per la Politica Scientifica e Tecnologica del Governo (aprile 2002), non sono direttamente confrontabili con quelle del piano precedente; tuttavia, in alcuni punti giungono alle stesse conclusioni ovvero che “per la spesa in R&S, l’Italia è ultima nella fascia dei Paesi con PIL compreso fra 20.000/25.000 dollari pro-capite, mentre in termini di dimensione del mercato del lavoro per attività R&S, l’Italia è in coda alla graduatoria dei Paesi industrializzati seguita solo da Grecia, Spagna e Portogallo”.
La situazione non certo incoraggiante appena delineata si inserisce in una realtà internazionale nella quale i summit di Marrakech e di Kyoto hanno dimostrato che l’opinione pubblica chiede agli “esperti” previsioni certe sui cambiamenti globali che interessano il nostro pianeta. E’ implicito che queste risposte non possono e non potranno essere mai date senza che vi sia, dal punto di vista politico, la consapevolezza che solo potenziando (con finanziamenti e strutture adeguate) la ricerca di base, potremo raggiungere un livello di conoscenze sufficienti per prevenire e risolvere i problemi che affliggono l’ambiente in cui viviamo. In tutto questo i microrganismi sono una componente chiave dei cicli biogeochimici e sono i principali attori nelle tecniche di bioremediation. La nostra speranza, sia nella veste di comuni mortali che in quella di ricercatori, è che i generici intendimenti programmatici presenti nel PNR nazionale per il periodo 2003-2006 (“garantire un rilevante contributo alla soluzione dei problemi posti dallo sviluppo sostenibile, dal cambiamento globale, dalla sicurezza degli alimenti e dai rischi per la salute”), vengano tradotti in atti concreti. In attesa che questo avvenga siamo certi che i batteri continueranno silenziosamente a darci una mano per mantenere l’ambiente più pulito.

BIBLIOGRAFIA
[1] Timmis K. N. et al., Science, 235, 1987, pp. 593-596.
[2] Harvey S. et al., Biotechnology, 8, 1990, pp. 228-230.
[3] USEPA_SAB, “Monitored Natural Attenuation”, USEPA Research Program (1400A) 2001.
[4] De Lorenzo, V., Environmental Microbiology, 4, 2002, pp. 6-8.

TECNOLOGIE
Strategie per riconquistare terreno
La scelta della tecnica di bonifica deve tener conto delle caratteristiche del sito e del rapporto costi-benefici
di Gabriele Fava e Daniela Sani

TECNOLOGIA
Strategie per riconquistare terreno
di Gabriele Fava e Daniela Sani
Fonte: Galileo, GIORNALE DI SCIENZA E PROBLEMI GLOBALI mailto:redazione@galileonet.it http://www.galileonet.it
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Gabrile Fava è professore di Tecnologia e chimica applicata alla tutela dell’ambiente all’Università di Ancona
Daniela Sani è ricercatrice a contratto all’Università di Ancona
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La crescente sensibilità sia degli Enti Pubblici che Privati verso il problema della contaminazione degli insediamenti industriali, aree dismesse, discariche abusive, unitamente all’elevato numero di dismissioni di siti industriali sui quali in molti casi si sono concentrati ingenti interessi economici finalizzati al loro cambio di destinazione d’uso, ha riproposto l’interesse in tema di bonifiche di siti contaminati. Per sottolineare l’entità del fenomeno, secondo una stima del Ministero dell’Ambiente, in Italia i siti contaminati da inquinamento industriale sarebbero almeno 11.000 [1]. L’emanazione del D.Lgs. 22/97 (“Decreto Ronchi”) e del connesso D.M. 471/99 [2-3] hanno affrontato la regolamentazione del tema specifico: stabilendo i limiti di accettabilità di contaminazione dei suoli, delle acque superficiali e sotterranee; fissando i criteri e le procedure amministrative con cui debbono essere condotte le bonifiche dei siti inquinati ed i relativi controlli ed individuando dei criteri generali per la progettazione degli interventi di bonifica. Molto complessa è la scelta della migliore strategia di recupero dell’area che deve essere fatta in base alle caratteristiche del sito e dopo un’attenta analisi dei costi/rischi/benefici relativa e in particolare dei costi della tecnica di bonifica e di gestione dell’area per la messa in sicurezza e dei rischi e benefici derivanti dal recupero dell’area. Nel caso di contaminazione del terreno, la scelta della tecnologia di bonifica deve essere valutata anche in relazione agli effetti finali sulla qualità del suolo. Di seguito verranno descritte alcune delle tipologie di inquinamento e ripristino ambientale, attualmente più diffuse.
Gli inquinanti
Molteplici posso essere le tipologie di inquinamento dei terreni e il più delle volte sono legate ai processi produttivi (incluso lo smaltimento dei rifiuti non controllato) preesistenti nell’area inquinata. Gli inquinamenti più diffusi sono legati alla presenza di classi di composti chimici che più frequentemente è possibile rinvenire. In una classifica elaborata dall’Epa (Environmental Protection Agency) ai primi posti sono elencati: 31 cloroalifatici; 26 pesticidi; 17 idrocarburi policiclici aromatici; 15 composti cloroaromatici; 13 aromatici semplici; 13 composti azotati, ai quali vanno aggiunti anche 13 metalli pesanti [4]. Di seguito esaminiamo più nel dettaglio alcune di queste classi e le loro principali caratteristiche tossicologiche.
Composti organici volatili alifatici. Gli idrocarburi alifatici (sostanze organiche a basso peso molecolare) sono inquinanti molto comuni nelle zone industriali e commerciali e spesso si rinvengono insieme a oli e a gas. Prevalentemente, sono derivate dal petrolio e tendono ad evaporare nell’atmosfera piuttosto che rimanere sulla superficie del terreno o dell’acqua. Il processo di evaporazione inizia subito dopo lo sversamento nell’ambiente e i prodotti più leggeri possono evaporare completamente insieme a una frazione significativa di petrolio raffinato. Nell’ambito della tossicologia non sono da ritenersi tra i più tossici: l’esano è da annoverare tra i più pericolosi. Al momento, nessun alcano, a eccezione degli alcani clorurati e alogenati in genere, è indicato come cancerogeno, teratogenico o mutanogenico.
Composti organici volatili aromatici (Btex). Tramite la sigla Btex si individuano composti organici volatili quali benzene, toluene, etilbenzene e xilene. Solitamente tali sostanze si associano al rischio per l’uomo e sono menzionati per la loro tossicità, pericolosità e cancerogeneità (benzene). Nella letteratura le conoscenze sulle proprietà tossicologiche di molte di queste sostanze non sono consolidate ma si ritiene che a esse si possano associare alcuni effetti immunologici, riproduttivi, fetotossici e genotossici.
Idrocarburi policiclici aromatici (Pah). Gli idrocarburi policiclici aromatici, sono composti organici semivolatili. Tali composti sono presenti nel petrolio grezzo, negli oli minerali usati, nei fumi da combustione incompleta, nel catrame di carbone. Sono stati individuati più di 100 Pah differenti che sono presenti in genere come miscela. I Pah sono composti chimici solidi caratterizzati da elevata tensione di vapore; i più volatili sono incolore o giallo-verdi chiari. Molti di essi hanno odore gradevole. Alcuni sono annoverati tra i più potenti cancerogeni e, dato che sono prodotti della combustione incompleta di materiale organico in genere (carbone, petrolio, legno, tabacco), sono molto diffusi e possono rappresentare una causa dominante del cancro nell’uomo e del danneggiamento del Dna.
Fenoli. I fenoli sono prodotti di ossidazione intermedia degli idrocarburi aromatici. I fenoli più semplici sono liquidi o solidi bassofondenti che hanno punti di ebollizione molto alti e sono più solubili in acqua rispetto agli altri aromatici. Queste sostanze di per sé sono incolori e sono caratterizzati da una debole acidità.
Metalli pesanti. I metalli pesanti che più frequentemente si rinvengono in ambiente sono: alluminio, antimonio, arsenico, bario, berilio, cadmio, cromo (III), cromo (IV), rame, manganese, mercurio, nickel, piombo, selenio, tallio. Rispetto agli inquinanti organici, hanno come caratteristiche quella di non poter essere distrutti e di bioaccumularsi (nei tessuti biologici degli animali e dell’uomo), inoltre, essendo in genere sotto forma di ioni e quindi più solubili, risultano mobili nell’ambiente.
Le tecnologie
Su un terreno inquinato due sono le strategie principali di intervento possibili: la messa in sicurezza permanente e la bonifica del sito vera e propria. La prima viene definita come l’insieme degli interventi atti a isolare in modo definitivo le fonti inquinanti rispetto alle matrici ambientali circostanti (il suolo, le falde e l’aria). E’ applicata solo quando non è possibile procedere alla rimozione degli stessi pur applicando le migliori tecnologie disponibili a costi sopportabili. La bonifica di un sito viene, invece, definita come l’insieme degli interventi atti a ridurre le concentrazioni delle sostanze inquinanti nel suolo, nel sottosuolo, nelle acque sotterranee o nelle acque superficiali a valori di concentrazione limite stabiliti ed accettabili per la destinazione d’uso prevista dagli strumenti urbanistici. La scelta della tecnologia più idonea è l’elemento più importante per la riuscita dell’intervento in termini sia di efficacia nella riduzione di concentrazione che di costi, ma è limitata dall’applicabilità alle diverse e specifiche situazioni ambientali.
Fra i trattamenti di bonifica distinguiamo in particolare quelli in sito e quelli ex sito. I primi, cioè quelli che impiegano tecnologie che non richiedono la rimozione del terreno inquinato, sono meno costosi perché non prevedono le attività di scavo e di trasporto ma sono più difficili da controllare e da valutare in termini di prestazioni raggiunte e richiedono inoltre tempi più lunghi di trattamento. In circostanze di contaminazione al di sotto di strutture esistenti o al di sotto della linea di falda la scelta di intervenire in sito è peraltro obbligata.
Nei trattamenti ex sito, il materiale inquinato viene rimosso e quindi decontaminato; l’intervento poi può essere eseguito off site o on site cioè al di fuori o all’interno dell’area da bonificare. In questo caso i trattamenti richiedono tempi di esecuzione più brevi in quanto più controllabili, poiché è più facile intervenire sui parametri di processo e ottimizzarli. Le attività di rimozione, stoccaggio e trasporto del materiale, causano spesso però problemi di sicurezza e di cattivi odori a cui è necessario porre rimedio.
Esistono oggi giorno diverse tipologie di trattamento di bonifica, alcune ormai consolidate altre ancora in via di sviluppo, individuabili in tre gruppi principali: trattamenti biologici; trattamenti termici; trattamenti chimico-fisici.
Confrontando i quantitativi di terreno che annualmente vengono sottoposti a decontaminazione in Germania (figura sopra), si nota come la tecnologia più applicata attualmente sia il trattamento biologico [5]. Negli Stati Uniti, il 41% delle tecnologie applicate per la bonifica dei siti inclusi nel programma Superfund sono trattamenti in sito, di cui, l’88% è rappresentato dai trattamenti chimico-fisici (estrazione dell’aria interstiziale, inertizzazione, lavaggio) e termici (ossidazione, vetrificazione).
Trattamenti biologici. I metodi di risanamento dei siti contaminati che si basano sull’impiego di processi biologici (essenzialmente batteri e funghi capaci di svolgere attività degradativa su inquinanti organici) prendono il nome di biorisanamento [6-7]. Tuttavia, le molecole organiche di sintesi chimica, prodotte praticamente a partire dal XIX secolo, solo in parte possono essere degradate dagli enzimi esistenti [8]. Per loro l’attacco è reso difficile dal fatto che i microrganismi non possiedono l’informazione genetica per la loro degradazione; esse sono presenti nell’ambiente da troppo poco tempo per consentire la selezione di eventuali popolazioni di microrganismi che abbiano acquisito per qualche mutazione la capacità biodegradativa desiderata. Un particolare esempio di biorisanamento in sito è fornito dalla fitodepurazione in cui nel processo degradativo vengono impiegate le piante (figura a sinistra). E’ indubbiamente una tecnologia emergente che deve essere presa in considerazione per i costi ridotti, i vantaggi estetico-ambientali e l’applicabilità per lunghi periodi di tempo [9]. L’attenuazione naturale differisce dal biorisanamento in quanto prevede interventi di rimozione dei contaminanti per processi di degradazione biologica e fisico-chimica, di tipo spontaneo. Il termine attenuazione naturale controllata, come utilizzato dalla statunitense. EPA [10] si riferisce alla potenzialità che hanno i processi naturali di consentire il raggiungimento degli obiettivi di bonifica specifici per il sito, come sinteticamente indicato in Figura. In Tabella vengono riportati i principali fenomeni che possono essere considerati parte integrante del processo di attenuazione naturale, con inserita una descrizione sommaria dei singoli processi e degli effetti sulla concentrazione del contaminante.L’attenuazione naturale differisce dal biorisanamento in quanto prevede interventi di rimozione dei contaminanti per processi di degradazione biologica e fisico-chimica, di tipo spontaneo. Il termine attenuazione naturale controllata, come utilizzato dalla statunitense. EPA [10] si riferisce alla potenzialità che hanno i processi naturali di consentire il raggiungimento degli obiettivi di bonifica specifici per il sito, come sinteticamente indicato in Figura 3. Nella Tabella vengono riportati i principali fenomeni che possono essere considerati parte integrante del processo di attenuazione naturale, con inserita una descrizione sommaria dei singoli processi e degli effetti sulla concentrazione del contaminante.
Trattamenti termici. I trattamenti termici dei terreni contaminati sono prevalentemente tecnologie ex sito e consentono di rimuovere o immobilizzare efficacemente le sostanze organiche. A seconda delle temperature impiegate, possono essere classificati in due distinte categorie: trattamenti di termodistruzione [11]; trattamenti di desorbimento termico [12]. L’efficienza dei sistemi dipende dalle caratteristiche del terreno (dimensione delle particelle, umidità), dal tipo di inquinante (pressione di vapore, peso molecolare) e dalla tecnologia impiegata, che prevede diverse condizioni di temperatura di esercizio e di tempo di residenza alle alte temperature. Se da una parte la prima, grazie alle elevate temperature di esercizio (1500°C-2000°C), garantisce la totale distruzione delle sostanze organiche contaminanti, anche quelle più stabili, quali pesticidi e diossine, raggiungendo una efficienza di rimozione del 99,99%, dall’altra esso risulta un processo molto costoso e che porta a una modifica strutturale del terreno (vetrificazione). Di fronte a una minore efficienza di rimozione (con temperature di esercizio in genere variabili tra 90° e 650°C), il desorbimento termico presenta costi ridotti e minori problemi in termini di gestione dei residui, permettendo il riutilizzo del suolo contaminato. Una forma di intervento termico che, pur sposandosi bene con la filosofia del riciclo e del recupero energetico, per le incertezze che comporta, non ha ancora avuto un’estesa applicazione consiste nell’inglobare nella materia prima per la produzione di manufatti quali mattoni, asfalto o cemento il terreno contaminato utilizzandolo come aggregato. La diffidenza verso questo utilizzo del terreno contaminato è dovuta ai possibili problemi che possono insorgere in termini di durabilità del prodotto finale, di rilascio degli inquinanti alla lisciviazione [13].
Trattamenti chimico-fisici. Le tecniche di bonifica che impiegano processi fisici sono utilizzate allo scopo di separare, isolare o concentrare le sostanze inquinanti senza distruggerle. I processi di trattamento fisici sono comunemente impiegati sia in sito che ex sito e possono essere classificati in funzione dell’effetto del trattamento sulla contaminazione: processi di estrazione: i contaminanti sono rimossi dal suolo mediante un agente estrattivo (ventilazione con aria, lavaggio con acqua od altri solventi organici, decontaminazione elettrocinetica tramite l’azione di un campo elettrico generato sul terreno); processi di inertizzazione: la mobilità dei contaminanti viene sostanzialmente ridotta mediante un processo di confinamento in una matrice solida (solidificazione) e/o di stabilizzazione chimica (solidificazione/stabilizzazione). La ventilazione del suolo (Soil Venting, SV) permette la decontaminazione della matrice solida sfruttando due proprietà fondamentali dei contaminanti: la volatilità e la biodegradabilità. E’ una tecnica in sito rapida, relativamente economica e applicabile con efficacia al trattamento di terreni insaturi contaminati da composti altamente volatili (diclorometano, benzene, toluene, sostanze organiche volatili) e sostanze inquinanti non miscibili in acqua (NAPL). L’obiettivo può essere ottenuto attraverso sia l’iniezione (schema a sinistra) che l’aspirazione (schema in basso) (Soil Vapor Extraction, SVE) di aria dal suolo [14]. L’aria estratta deve poi necessariamente essere avviata a una linea di trattamento.
Il trattamento del terreno per elutriazione è una tecnologia ex sito che si basa su principi fisici per allontanare i contaminanti, sia organici che inorganici mediante una separazione dimensionale delle particelle. Sfruttando differenze di granulometria, gravità specifica, velocità di sedimentazione, proprietà chimiche superficiali, ecc. è possibile isolare o liberare le particelle di terreno contaminate da quelle non contaminate.
Il lavaggio del terreno, quando utilizzato come tecnologia in sito, prevede l’estrazione dei contaminati avviene per immissione di un fluido acquoso in una serie di pozzi ubicati a monte dell’area contaminata ed estratto a valle di essa, per essere poi adeguatamente trattato. Si utilizza come fluido estraente per lo più acqua, ricorrendo all’aggiunta di addittivi chimici per migliorare eventualmente l’efficacia del trattamento. Tra i fluidi estraenti più utilizzati si hanno: acqua calda o fredda; acqua con tensioattivi; soluzioni acide o alcaline; agenti complessati e cosolventi organici. Il trattamento dei terreni coi tensioattivi (ancora in fase sperimentale) richiede un’attenta indagine preliminare per individuare il tensioattivo più indicato per la situazione in esame [15] ma può dare efficienze di rimozione confrontabili ad altre tecniche più consolidate (Figura 6). Le prestazioni del processo dipendono da molti fattori: tempo di contatto tra la soluzione dilavante e la zona contaminata, adeguatezza del fluido estraente utilizzato, umidità del terreno, contenuto organico, tessitura, permeabilità del terreno.
La massima attenzione va anche posta nella valutazione preventiva delle reazioni possibili tra contaminanti diversi e agente estrattivo, al fine di evitare la formazione di composti ancor più dannosi all’ambiente di quelli originari. La decontaminazione elettrocinetica è un processo innovativo che consiste nell’applicare una corrente elettrica ad un terreno contaminato caratterizzato da bassa permeabilità all’acqua [16-17]. Attualmente, è stato applicato con successo, anche con costi contenuti, sia all’estrazione di contaminanti inorganici (zinco, cadmio, cesio, piombo, rame, uranio) che organici (toluene, benzene, etilene, xilene, tricloroetilene, acido acetico, fenolo). Il processo consiste nell’applicare, grazie a elettrodi infissi nel terreno, una corrente continua; in questo modo, gli ioni positivi disciolti nella fase acquosa migrano, assieme alle molecole d’acqua, verso il catodo (figura a lato). Anodo e catodo sono integrati in speciali sistemi di circolazione all’interno dei quali si trova acqua eventualmente addittivata. L’importanza del sistema di circolazione è quello di fungere da mezzo di raccolta dei contaminanti che reagiscono agli elettrodi, permettendone l’aspirazione in superficie e quindi l’adeguato trattamento in impianti chimico-fisici esterni.
Nei processi di inertizzazione con la stabilizzazione/solidificazione in sito (SS) gli inquinanti vengono intrappolati fisicamente dentro una matrice solida (solidificazione) e/o vengono indotte delle reazioni chimiche che riducono la tendenza dei contaminati a lisciviare diminuendone la solubilità, la mobilità e la tossicità. Non è quindi una vera e propria bonifica perché ci si limita a fissare gli inquinanti e non a rimuoverli. I materiali che più si utilizzano per mescolare i contaminanti sono: argilla, carboni attivi, composti sintetici, monomeri organici, cemento e calce. Un esempio di trattamento è riportato nella figura qui sopra.

BIBLIOGRAFIA
[1] Musmeci L., “Il nuovo Regolamento sulla bonifica dei siti inquinati, di cui al Decreto Ministeriale 471/99. Aspetti tecnici”, Atti del 51° Corso di Aggiornamento in Ingegneria Sanitaria-Ambientale, Ed. Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Ambientale e del Rilevamento – Sezione Ambientale – Politecnico di Milano, 2000.
[2] Repubblica Italiana, Decreto Legislativo 5 febbraio 1997, n.22, “Attuazione delle direttive 91/156/CEE sui rifiuti, 91/689/CEE sui rifiuti pericolosi e 94/62/CE sugli imballaggi e sui rifiuti di imballaggio”, G.U. 15 febbraio 1997, n.38, S.O.
[3] Repubblica Italiana, Decreto Ministeriale 25 ottobre 1999, n.471, “Regolamento recante criteri, procedure e modalità per la messa in sicurezza, la bonifica e il ripristino ambientale dei siti inquinati, ai sensi dell’art. 17 del D.Lgs. 5 febbraio 1997, n.22 e successive modificazioni e integrazioni”, G.U. 15 dicembre 1999, n.293. S.O.
[4] Mohammed N., Allaya R.I., Nakla G.F., farooq S., Husain T. “State of art review of bioremediation studies”, J. Environ. Sci. Health, A31 (7), 1996.
[5] Schmitz H.J., Andel P., “Die Jagd nach dem boden wird harter”, Terratec, 5, 17-31, 1997.
[6] Atlas R.M., “Microbial degradation of petroleum hydrocarbon: an environmental perspective”, Microbiological Review, 45,1981.
[7] Baker K.H., “Bioremediation of surface and subsurface soils”, Bioremediation, Mc Graw-Hill, Inc. New York, 1994.
[8] Sorlini C., “Principi e potenzialità applicative della bioremediation di siti contaminati”, Atti del 51° Corso di Aggiornamento in Ingegneria Sanitaria-Ambientale, Ed. Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Ambientale e del Rilevamento. Sezione Ambientale, Politecnico di Milano, 2000.
[9] Barbafieri M., “Applicabilità e limiti della fitodepurazione (phytoremediation)”, Atti del 51° Corso di Aggiornamento in Ingegneria Sanitaria-Ambientale, Ed. Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Ambientale e del Rilevamento. Sezione Ambientale, Politecnico di Milano, 2000.
[10] U.S. EPA (1999) Use of Monitored Natural Attenuation at Superfund. RCRA, Directive 9200, 4-17P.
[11] U.S. EPA, Draft engineering bulletin: in situ vetrification, 1990.
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[15] Fava G., Ruello M.L., Sani D., “Effetto di contaminanti organici sulla permeabilità elettrosmotica di matrici argillose”, VI Convegno Nazionale AIMAT, Modena, 2002.
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