Step #21 - Un brevetto

Il brevetto è un attestato che conferisce al titolare un diritto esclusivo di sfruttamento di una determinata invenzione in un periodo ben determinato. La storia di questi importanti documenti pone le proprie radici nel mondo antico: il primo brevetto di cui si hanno notizie risale infatti all'Antica Grecia. Successivamente, nel Medioevo fino all'Età Moderna, ogni Stato adottò modalità differenti per il rilascio dei brevetti, senza comunque stabilire delle norme precise e permanenti al riguardo. Tutto ciò divenne invece necessario nel periodo successivo alla Rivoluzione Industriale, quando la grande quantità di invenzioni e innovazioni impose ai vari Paesi la formazione di un vero e proprio "ufficio brevetti". Tornando al distillare, analizziamo due importanti brevetti risalenti al XIX e al XX secolo, che ben evidenziano l'evoluzione delle innovazioni nel settore della distillazione.
Il primo brevetto, rilasciato dallo United States Patent Office il 23 giugno del 1868, è opera del parigino D. F. Savalle, intitolato Improved apparatus for distilling.

Il brevetto di D. F. Savalle

Il prototipo ideato da Savalle ebbe grande diffusione all'inizio del XX secolo ed è concettualmente alla base di tutti gli apparecchi destinati alla distillazione degli alcolici che seguiranno. Il dispositivo di Savalle è composto da una serie di tronconi sovrapposti che costituiscono ciascuno un piccolo alambicco. Ogni troncone è formato da una cassa metallica, cilindrica o rettangolare, il cui fondo è provvisto di due aperture: una centrale permette ai vapori di salire nell'apparecchio, mentre una laterale assicura lo scolo del liquido. Il riscaldamento è garantito da un generatore di vapore. In questo apparecchio i vapori che escono dal riscaldatore passano in un secondo frangi schiuma dopo l'esaurimento del liquido della colonna. Le schiume tornano successivamente nella colonna e i vapori di alcool vanno al refrigeratore. La sostanza da distillare subisce dunque nella colonna un esaurimento metodico per mezzo del vapore acqueo, fornendo in tal modo una resa in alcool molto considerevole, e con un notevole risparmio di combustibile. La diffusione dell'apparecchio di Savalle, capace di lavorare continuamente e a basso costo, costituisce l'apice dello sviluppo della tecnica produttiva di alcolici, segnando la nascita della grande produzione industriale di distillati.

Il secondo brevetto che andiamo ad analizzare, rilasciato ancora una volta dallo United States Patent Office il 5 ottobre 1929, è opera di William H. Bahlke, per conto della Standard Oil Company e intitolato Distillation of wax materials.

Il brevetto di William H. Bahlke

Come abbiamo visto nei precedenti post, la storia della distillazione nel '900 ha un legame inscindibile con lo sviluppo dell'industria petrolifera e il contestuale utilizzo del petrolio per soddisfare i bisogni di una grande quantità di settori, come quello energetico e quello dei trasporti.
In particolare, l'invenzione di Bahlke assume grande importanza nel comparto petrolchimico, soprattutto per la produzione tramite distillazione delle cere derivate dal petrolio, come la paraffina.
In questo particolare periodo storico si ha lo sviluppo su scala mondiale di questo importante settore della produzione, incentivato anche e soprattutto da apparecchi come quello citato.

Domenico Orsino

Riferimenti:
https://patents.google.com/patent/US79260?oq=savalle
https://patents.google.com/patent/US1921860?oq=distillation

Step #16 - Un protagonista del distillare

Come abbiamo potuto constatare, la storia del distillare e della distillazione ha origini molto antiche: basti pensare che la nascita, lo sviluppo e la diffusione di tale pratica ha richiesto persino diversi millenni! Nel corso di questo vastissimo lasso temporale, sono innumerevoli le figure il cui nome è stato accostato alla distillazione, che hanno dato in molti casi un contributo di inestimabile valore all'evoluzione della disciplina e degli strumenti per praticarla. In un panorama di questo tipo è senza dubbio difficile individuare un protagonista assoluto, un "testimonial" dell'oggetto della nostra indagine. Vista la grande importanza e i numerosi contributi dati all'arte della distillazione dal mondo arabo, una posizione di rilievo è certamente assunta dalle figure di Avicenna e Rhazes.

AVICENNA
Abou Ibn Sina, più noto in occidente come Avicenna, fu un medico, filosofo e scienziato persiano, e visse tra il 980 e il 1037. È senza dubbio una delle figure più note del mondo islamico, tanto da essere considerato, per le sue opere in campo medico, come "padre della medicina moderna", mentre lo storico George Sarton lo definisce come "uno degli scienziati più famosi di tutti i tempi". Il vastissimo patrimonio culturale di Avicenna consta di oltre 100 saggi, i quali, oltre che di medicina, trattano di filosofia, fisica e soprattutto chimica: Avicenna infatti dedicò molto del suo tempo allo studio approfondito della distillazione e in particolare fu il primo a descrivere accuratamente il sistema della distillazione in corrente di vapore, sfruttandolo per l'estrazione di oli essenziali. Avicenna fu inoltre tra i primi pensatori moderni ad osteggiare apertamente l'alchimia, di cui criticò la teoria riguardante la trasmutazione delle sostanze.

RHAZES

Da un oppositore dell'alchimia quale Avicenna, passiamo per par condicio ad un vero e proprio ammiratore della disciplina: Abou al Razi, più noto con il nome di Rhazes, fu un medico, filosofo e scienziato persiano, e visse tra l'854 e il 930. Anche Rhazes, come successivamente farà Avicenna, diede un grandissimo apporto alla medicina, contribuendo a stabilire l'importanza della scuola medica araba in tutto il Medio-Oriente e nel bacino del Mediterraneo.
Come detto, Rhazes si confronta con la distillazione soprattutto grazie alla pratica alchemica, di cui è un assiduo sostenitore, data la sua convinzione circa la possibilità di trasmutare i metalli leggeri. A Rhazes dobbiamo inoltre la scoperta dell'acido solforico, che ottenne per distillazione a secco di solfato ferroso e solfato di rame.

Domenico Orsino

Riferimenti:
https://it.wikipedia.org/wiki/Avicenna
https://it.wikipedia.org/wiki/Rhazes

Step #15 - Nel Novecento (2/2)

La storia del distillare e della distillazione nel XX secolo non si ferma alle innovazioni di Savalle nell'ambito della produzione di alcolici: uno degli eventi di maggiore rilevanza nella storia della tecnologia di questo periodo è lo sviluppo su vasta scala dell'industria petrolifera.
La grande diffusione all'inizio del '900 del motore a combustione interna fece schizzare alle stelle la richiesta di petrolio e dei suoi prodotti di raffinazione. La lavorazione del greggio subì a sua volta una grande evoluzione, con l'utilizzo della distillazione frazionata, un processo in cui i componenti di una miscela sono separati a seconda della loro volatilità, il tutto nella cosiddetta torre di frazionamento, all'interno di vaste raffinerie.

Schema di funzionamento della torre di frazionamento

Nel corso di questo processo, il greggio liquido viene immesso alla base della torre e riscaldato alla temperatura di circa 350-400°C. Qui si trasforma in un miscuglio di gas che salgono verso l'alto, attraverso i camini dei piani di separazione. Durante la salita i gas raffreddano e si separano in base alla diversa temperatura di condensazione: gli idrocarburi più pesanti (ovvero con più carbonio) condensano subito, depositandosi nei piani inferiori della torre, e da questi possono essere ottenuti prodotti di basso pregio, come bitumi, lubrificanti e cere; gli idrocarburi più leggeri condensano a temperature più basse e di conseguenza si depositano nei piani più alti della torre, e da questi si ottengono prodotti come il gasolio, il cherosene e le benzine. Partendo dai prodotti petroliferi è inoltre possibile ricavare materiali e fibre sintetiche per fabbricare utensili di vario tipo e persino indumenti. Diventa facile intuire come lo sviluppo dell'industria petrolifera nel '900 abbia cambiato radicalmente il corso dell'economia mondiale.

Raffineria di petrolio in Kuwait

L'intero processo di raffinazione del petrolio è sinteticamente riassunto in questo video pubblicato su Youtube

Domenico Orsino

Step #15 - Nel Novecento (1/2)

Come abbiamo visto nei precedenti post, il Settecento e l'Ottocento costituiscono delle tappe fondamentali nello sviluppo del distillare e della distillazione. L'ondata di progresso culturale e tecnologico portata dalla Rivoluzione Industriale coinvolge inevitabilmente il protagonista del nostro blog: in questo periodo avviene infatti la diffusione di strumenti più moderni ed efficienti per lo svolgimento della pratica, come l'alambicco continuo progettato da Edoardo Adam. Tutto ciò consente di portare la distillazione in una dimensione totalmente nuova. Ulteriori innovazioni si hanno nel '900: fino alla fine del XIX secolo, la pratica è contraddistinta da un carattere decisamente artigianale; all'inizio del XX secolo la tecnica della distillazione incontra un ulteriore step evolutivo, con la diffusione degli apparecchi continui a colonna del parigino Savalle.

Catalogo del 1908 dell'Ancienne Maison SAVALLE

Brevettato negli Stati Uniti nel 1868, il prototipo ideato da Savalle è concettualmente alla base di tutti gli apparecchi che seguiranno ed è composto essenzialmente da una serie di tronconi sovrapposti che costituiscono ciascuno un piccolo alambicco. Ogni troncone è formato da una cassa metallica, cilindrica o rettangolare, il cui fondo è provvisto di due aperture: una centrale permette ai vapori di salire nell'apparecchio, mentre una laterale assicura lo scolo del liquido. Il riscaldamento è garantito da un generatore di vapore con regolatore. In questo apparecchio i vapori che escono dal riscaldatore passano in un secondo frangi schiuma dopo l'esaurimento del liquido della colonna. Le schiume tornano successivamente nella colonna e i vapori di alcool vanno al refrigeratore. Il liquido da distillare subisce dunque nella colonna un esaurimento metodico per mezzo del vapore acqueo, fornendo in tal modo una resa in alcool molto considerevole, e con un notevole risparmio di combustibile.

Lo sviluppo e la diffusione di questo alambicco, capace di lavorare continuamente e a basso costo, costituisce la nascita della grande produzione industriale di distillati, a discapito, come anticipato, dei produttori artigianali.

Rappresentazione dell'apparecchio di Savalle

Domenico Orsino

Step #14 - Nell'Ottocento (2/2)

La storia del distillare e della distillazione nell'Ottocento non si ferma tuttavia alla produzione degli alcolici: il XIX secolo è anche caratterizzato dalla nascita di uno dei settori più importanti a livello economico e produttivo, ovvero l'industria petrolifera. Il primo pozzo petrolifero del mondo nasce infatti a Titusville, Pennsylvania, nel 1859 ad opera di Edwin Drake e, intuita ben presto l'enorme potenzialità del petrolio, nei due anni successivi sono oltre 300 i nuovi pozzi realizzati, mentre nel 1870 nasce la prima grande compagnia petrolifera del mondo, la Standard Oil di J.D. Rockefeller.

Il primo pozzo petrolifero del mondo a Titusville

Negli anni '60 dell'Ottocento avviene dunque la comparsa delle prime rudimentali raffinerie, in cui il petrolio, che allo stato greggio non si presta ad utilizzi pratici, viene distillato. Inizialmente, il principale prodotto derivato dalla distillazione del petrolio è il cherosene, che sostituisce l'olio di balena fino ad allora utilizzato per alimentare le lampade. Questo prodotto riscuote un rapido successo, essendo dotato di un potere calorifico maggiore del carbone ed essendo più semplice da trasportare rispetto al gas. Ciononostante, il carbone rimarrà il principale combustibile utilizzato almeno fino all'inizio del XX secolo, quando lo sviluppo dei motori a combustione interna porterà all'aumento della richiesta e dell'utilizzo di petrolio, oltre che al miglioramento della tecnica e degli strumenti utilizzati per la sua distillazione.

Domenico Orsino

Step #14 - Nell'Ottocento (1/2)

Dopo aver trattato, nel precedente post, gli eventi di maggior importanza per il distillare e la distillazione del XVIII secolo, proseguiamo analizzando gli avvenimenti chiave della storia della tecnologia dell'Ottocento che vedono come protagonista l'attore principale del nostro blog. Come abbiamo visto, il Settecento, sotto la spinta della Rivoluzione Industriale, è un periodo di grandissime innovazioni dal punto di vista tecnologico, e anche per quanto riguarda la distillazione si annoverano numerose invenzioni volte a perfezionare lo svolgimento della pratica. Il XIX secolo è a propria volta un periodo di ulteriore sviluppo e soprattutto di assestamento per tutte le innovazioni che la Rivoluzione Industriale ha portato con sé. Per quanto riguarda la distillazione degli alcolici, si ha in questo periodo l'avvento e la diffusione degli alambicchi continui, ad opera dell'inventore Edoardo Adam. Fino a quel momento infatti, gli alambicchi presentavano il grave inconveniente di non funzionare in modo continuo, fornendo in un primo momento un liquido molto acquoso che per essere trasformato in acquavite doveva essere nuovamente distillato. Adam s'ingegnò per ovviare a questo problema costruendo un apparecchio che applicava il principio delle bocce lavatrici di Woolf. L'alambicco di Adam era dunque costituito da tanti vasi ovoidali di diverse dimensioni, che si riempivano a mano a mano che le sostanze meno volatili condensavano, mentre le parti più volatili, vale a dire i vapori di alcool quasi puro, venivano infine a condensarsi in una serpentina immersa in un recipiente. Ma la più grande innovazione relativa a tale apparecchio fu l'utilizzo di una serranda idraulica che consentiva un nuovo riempimento della sostanza da distillare ogni qual volta questa si esauriva nella caldaia. Le invenzioni di Edoardo Adam aprirono dunque la strada alla distillazione continua industriale, con la possibilità di estrarre moltissimo alcool in tempi decisamente ridotti rispetto al passato.

Esemplare di "alambicco continuo" di Adam

Domenico Orsino

Step #13 - Nel Settecento

Proseguendo il percorso intrapreso nei precedenti post circa la storia del distillare e della distillazione, analizziamo gli eventi cardine della storia della tecnologia del Settecento che vedono come protagonista l'attore principale del nostro blog. Senza alcun dubbio, l'avvenimento di maggior rilevanza storica di tutto il XVIII secolo è la Rivoluzione Industriale, un processo di industrializzazione ed evoluzione economica iniziato intorno al 1760 in Inghilterra con l'invenzione del motore a vapore, e che ha portato all'uso generalizzato di macchine per la produzione e di nuove fonti energetiche, come i combustibili fossili, il tutto favorito da una forte innovazione tecnologica e da profondi cambiamenti di natura socio-culturale. Tale ondata di sviluppo e cambiamenti ha investito ogni ambito della tecnica relativo alla produzione di beni, e naturalmente anche la distillazione: risale infatti al periodo della Rivoluzione Industriale l'invenzione, da parte del parigino Deroy, dell'alambicco a vapore, un alambicco capace di sfruttare per il riscaldamento la corrente di vapore inviata da un generatore verso una caldaia a doppio fondo. Deroy inoltre aggiunse al suo nuovo dispositivo la lente di rettificazione, uno strumento posto direttamente sul capitello utilizzato per ottenere acquaviti più alcoliche riducendo al massimo la presenza di impurità. Questa serie di accorgimenti ha permesso di distillare più dolcemente la materia prima, ottenendo sostanze di maggior pregio. La distillazione a vapore è utilizzata tutt'oggi, soprattutto per la produzione di alcolici pregevoli, come ad esempio la grappa: basti pensare che il 90% della grappa prodotta è distillata a vapore.

Manifesto esplicativo dell'alambicco di Deroy

Domenico Orsino

Riferimenti

Step #12 - Nel Medioevo e nell'Età Moderna

Dopo aver parlato di attualità nell'ultimo post, ci tuffiamo nuovamente sulla storia del distillare e della distillazione, riprendendo il percorso intrapreso nello sviluppo dello step #08 e analizzando in questo caso la presenza del protagonista del nostro blog nella storia della tecnologia del periodo medioevale e moderno, focalizzando la nostra attenzione sul periodo compreso tra il 500 e il 1600.
Come abbiamo visto, lo sviluppo e il perfezionamento della tecnica della distillazione in Età Antica è appannaggio dei Romani ma soprattutto degli Arabi, e nel medioevo si continua su questa falsariga: con la caduta dell'Impero Romano, gli Arabi ritrovano nuova vitalità e un forte impulso espansionistico, dettato anche dalla comparsa sulla scena di Maometto, figura di inestimabile valore per la cultura araba, tra la fine del 500 e l'inizio del 600. Sotto la guida del successore di Maometto, il califfo Omar, gli Arabi penetrarono con forza in Persia e nord Africa, ampliando l'orizzonte delle loro conoscenze e alimentando la loro sete di sapere, cosa che in Europa, a causa delle numerose vicissitudini dovute alla caduta del dominio romano, era al momento sopita. Tutto ciò fece proprio degli Arabi il popolo più colto dell'epoca e naturalmente influì anche sullo sviluppo della distillazione: la metodologia e l'alambicco, che in questo periodo assume forme piuttosto fantasiose, furono perfezionati e a cavallo tra l'VIII e il IX secolo l'arabo Giabir al-Sufi aveva classificato due tecniche di distillazione, una con l'utilizzo del fuoco (per ascensum) e l'altra senza riscaldamento con l'utilizzo di appositi filtri, approfondendo inoltre la distillazione dell'aceto. Tra il X e XI secolo assumono grande rilievo le figure dei medici persiani Avicenna, che descrive e sfrutta per l'estrazione di oli essenziali il processo della distillazione in corrente di vapore (un processo nel quale è aggiunto vapore d'acqua alla colonna di distillazione in modo da abbassare il punto di ebollizione delle sostanza da distillare), e Rhazes, a cui dobbiamo la scoperta dell'acido solforico (per distillazione a secco di solfato ferroso e solfato di rame) e diversi studi riconducibili alla pratica alchemica, un antico sistema filosofico espresso attraverso il linguaggio di svariate discipline come la fisica, la medicina e la chimica (tramite la distillazione appunto), che aveva come obiettivo la conquista dell'onniscienza, la creazione della "panacea universale"(scoperta dell'elisir della vita eterna) e la trasmutazione delle sostanze per la ricerca della pietra filosofale, ovvero la sostanza capace di risanare la corruzione della materia.

Frontespizio del Libro sulla Medicina di Rhazes

Schema di distillazione in corrente di vapore

In Europa il grande sviluppo della distillazione avviene nell'ultimo periodo dell'Alto Medioevo, anche grazie al contributo della Scuola Medica Salernitana (Salerno), prima istituzione medica del continente europeo, la cui posizione al centro del Mediterraneo ha favorito l'afflusso della cultura araba e greco-bizantina. In questo periodo si diffonde inoltre la versione moderna dell'alambicco, pressoché identico a quello utilizzato oggigiorno, e che grazie ad alcuni miglioramenti nelle componenti dedicate alla condensazione ha permesso di fare ulteriori passi in avanti nello svolgimento della pratica, in particolare per quanto riguarda l'ottenimento dell'alcool in diversi gradi di purezza.

Effige della Scuola Medica Salernitana

All'inizio del Rinascimento la pratica della distillazione ha ormai raggiunto il massimo sviluppo e vengono definite le forme tradizionali del processo; questo può avvenire:
1) per ascensum; nel quale l'alambicco è riscaldato in basso producendo la salita verticale dei vapori, che si condensano nel capitello;
2) per discensum; nel quale l'alambicco è riscaldato nella parte superiore;
3) per latus, nel quale i vapori escono lateralmente.
Nel 1445 l'invenzione della stampa a caratteri mobili segna un momento di fondamentale importanza per la diffusione della cultura e delle conoscenze, e la distillazione non fa eccezione: sono innumerevoli i trattati che vengono diffusi in questo periodo e si ricordano principalmente quelli di Moyse Charas, che nella sua Pharmacopée Royale fornì un'abbondante iconografia di apparecchiature distillatorie, e di Philipp Jakob Sachs, che si dedicò a studi approfonditi sull'alcool.
Da questo momento in avanti si sviluppa dunque un approccio più scientifico e tecnico alla distillazione, così come per molte altre pratiche.

Domenico Orsino

Step #08 - Nell'Età Antica

Dopo aver affrontato l'utilizzo del distillare e della distillazione in poesia e letteratura nei precedenti post, analizziamo la presenza del soggetto del nostro blog nel mondo antico, e dunque dagli albori della disciplina sino al 500 d.C. circa.
Come abbiamo già detto, la distillazione è una pratica antichissima, e di conseguenza le notizie riguardanti le sue origini sono piuttosto lacunose e imprecise. Ad ogni modo siamo in grado di affermare che la nascita di tale pratica si colloca orientativamente intorno al 4000 a.C.: secondo Sinesio di Cirene infatti, gli Egizi usavano distillare il vino e il sidro per ricavare altre bevande alcoliche, come liquori e acquaviti. In Cina invece, intorno al 2000 a.C., venne ideato un primordiale apparato per la distillazione del mercurio ed era inoltre comune distillare diverse piante officinali, in modo da ottenere essenze e profumi, utilizzati principalmente dalle classi sociali più ricche. Tuttavia è soprattutto agli Arabi che si deve la grande diffusione intorno al VI secolo a.C. della distillazione e degli strumenti per praticarla, in particolare dell'alambicco, che prende il nome dalla parola al-ambiq, che in arabo significa proprio distillare. Tale apparecchio era ed è tuttora costituito in generale da una caldaia, nella quale avviene il riscaldamento della sostanza da distillare, e da un capitello, che canalizza a sua volta i vapori verso il refrigeratore, dove avviene la condensazione di questi ultimi. In principio gli alambicchi sono comunque degli strumenti dalle caratteristiche decisamente primordiali, il cui perfezionamento richiederà molti secoli di studi e diverse innovazioni. Sono sempre gli Arabi ad introdurre la distillazione in Italia e precisamente in Sicilia, da dove tale pratica si diffonde nel resto della penisola. Ed è proprio in questo modo che i Romani, che costituiscono la più importante civiltà del periodo, entrano a contatto con il mondo della distillazione, iniziando a produrre in modo massiccio bevande alcoliche, accantonando parzialmente la produzione di sostanze terapeutiche, che costituivano i principali distillati nel mondo arabo e medio-orientale. Ad ogni modo, i Romani riescono nell'intento di perfezionare la distillazione e ottimizzare l'alambicco, che vedrà comunque il suo definitivo sviluppo solo qualche secolo più tardi, garantendo la diffusione di questo processo nei loro possedimenti e in tutto il resto del mondo conosciuto.

Raffigurazione di alambicchi tratta da un manoscritto greco

Domenico Orsino