Esplosione Beirut: nitrato d’ammonio, perché è così pericoloso?

Torniamo sulla terribile esplosione di ieri 4 agosto ’20 a Beirut (libano): in base alle ricostruzioni giornalistiche una delle due esplosioni che hanno portato alla deflagrazione e alla densa colonna di fumo, è partito da un magazzino del porto in cui erano stoccati provvisoriamente e non in sicurezza 2.750 tonnellate di nitrato di ammonio sequestrate da diversi anni da una nave.
Si tratta di un composto chimico (NH4NO3) estremamente versatile per usi differenti in ambiti differenti, come quello industriale o, in misura maggiore, in quello agricolo o per i fertilizzanti e per il ghiaccio istantaneo. Approfondiamo di più sulle proprietà del nitrato di ammonio e sulla sua sensibilità alle esplosioni, riportando anche un caso di studio: l’incidente del porto di Tianjin avvenuto nel 2015 in un deposito in cui (similmente a quanto avvenuto a Beirut) erano stoccati diversi composti chimici fra i quali anche il nitrato di ammonio (circa 800 tonnellate).

Nitrato d’ammonio: un composto estremamente reattivo: gli altri incidenti internazionali

Gli incendi che coinvolgono magazzini intensivi o di grandi dimensioni e le navi portacontainer possono avere una enorme magnitudo sia per quanto riguarda il rischio vita, che per quanto riguarda i danni materiali e finanziari. Non bisogna poi dimenticare la possibilità di devastanti conseguenze sull’ambiente. Le sostanze più frequentemente coinvolte in questi incidenti sono proprio il nitrato di ammonio, ma anche la nitrocellulosa, l’ipoclorito di calcio, i carboni vegetali, gli ossidanti forti e le miscele reattive, come le soluzioni di monomeri ed oligomeri.
Non è la prima volta che questa sostanza è al centro di incidenti molto gravi che in passato hanno portato ad analoghe esplosioni e conseguenti danni a persone e strutture, come vi abbiamo raccontato sulla rivista Antincendio a proposito dell’esplosione alla West Fertilizer Company (nel 2017) – LEGGI IL NOSTRO APPROFONDIMENTO o nel caso dell’esplosione della fabbrica di fertilizzanti a Texas City (17 aprile 2013) .

Nitrati di ammonio e alta reattività: quali conseguenze?

Negli ultimi anni, innumerevoli incendi o esplosioni che hanno coinvolto prodotti chimici con noti rischi di reattività hanno colpito diverse strutture del settore warehousing e logistico. Gli incendi che coinvolgono magazzini intensivi o di grandi dimensioni e le navi portacontainer possono avere una enorme magnitudo sia per quanto riguarda il rischio vita, che per quanto riguarda i danni materiali e finanziari.
Giovanni Cocchi, (Fire Investigation Technician) professionista antincendio, dottore di ricerca in ingegneria chimica, professore a contratto di Principi dell’Ingegneria Chimica e di Meccanica dei Fluidi presso l’Università di Bologna ha proprio di recente analizzato sulla rivista Antincendio diversi episodi incidentali internazionali derivati da esplosioni di sostanze reattive:
“La maggior parte delle sostanze con proprietà esplosive esploderà o reagirà vigorosamente dopo l’esposizione all’incendio. A seconda della sensibilità specifica allo stimolo termico e al grado di confinamento, dopo l’esposizione al fuoco alcune sostanze esplosive possono detonare, mentre altre producono solo una reazione di basso ordine. Come dimostrato dal caso dell’esplosione della West Fertilizer Company”, scrive l’autore sulle colonne di Antincendio “Sostanze con proprietà esplosive potrebbero essere presenti all’interno di un sito di stoccaggio o di un ciclo produttivo per motivazioni ben diverse dalle loro proprietà esplosive. Questo è proprio il caso del nitrato d’ammonio, che era presente nel sito per essere commercializzato come fertilizzante, non certo come esplosivo. Questa prospettiva, di natura commerciale, non deve far perdere di vista le proprietà intrinseche della sostanza.”

L’incidente del porto di Tianjin: 800 tonnellate di nitrato di ammonio coinvolte

L’incidente del porto di Tianjin è iniziato all’interno di una struttura adibita a deposito in cui erano stoccati diversi prodotti chimici containerizzati. Vi è ampio consenso sul fatto che dopo circa 45 minuti di incendio si sia verificata una rapida sequenza di due detonazioni (Wehrstedt et al., 2015). La prima esplosione è stata caratterizzata da una energia di esplosione equivalente a quella di 15 tonnellate di TNT, mentre la seconda esplosione, che avvenuta 30 secondi dopo, ha raggiunto l’equivalente di 450 tonnellate di TNT.
Complessivamente sono state coinvolte circa 800 tonnellate di nitrato di ammonio. L’inchiesta ha rivelato che all’interno dell’area di stoccaggio c’erano ben 72 diverse merci pericolose. Cinque di queste erano ossidanti, ma senza caratteristiche di auto riscaldamento o di combustione spontanea. Solo un carico (nitrocellulosa in fiocco) era sia esplosivo che soggetto ad accensione spontanea. La quantità totale di nitrocellulosa immagazzinata nel sito era prossima a 50 tonnellate.
Avendo escluso ogni altro possibile meccanismo di accensione (atto incendiario o terrorismo, guasto elettrico e fulmine), la causa immediata dell’incendio o dell’esplosione iniziale dovrebbe quindi essere correlata alle proprietà di pericolosità intrinseca della nitrocellulosa. Le evidenze disponibili, comprese le registrazioni video, sono coerenti con l’ipotesi di un incendio originato all’interno dell’area di stoccaggio della nitrocellulosa.

L’incidente del porto di Tianjin: effetti della nitrocellulosa

La nitrocellulosa in fiocco viene flemmatizzata e stabilizzata imbibendola di alcol e, per mantenere tale agente, viene poi confezionata in sacchetti di plastica e poi successivamente caricata all’interno di fusti, generalmente di cartone. I dati sperimentali disponibili indicano che se l’integrità dell’imballaggio è compromessa, l’agente bagnante volatilizza in 2 ore, se il contenitore è mantenuto a 50 ° C. La decomposizione della nitrocellulosa secca può iniziare anche a 40 ° C, sia pur con cinetica iniziale molto modesta. A 60°C la cinetica della reazione è già più vigorosa. La nitrocellulosa è anche soggetta a decomposizione idrolitica e fotochimica.
La decomposizione della nitrocellulosa può assumere carattere autocatalitico, ossia i prodotti di decomposizione catalizzano a loro volta la decomposizione: un feedback chimico che si somma al feedback termico caratteristico dell’esplosione termica. La presenza di composti metallici (alluminio, rame etc.), di acidi, di composti ammoniacali, di ammine e di agenti ossidanti ha azione catalitica. Il giorno dell’incidente, a Tianjin la temperatura massima registrata era di 36 ° C, e gli esperimenti effettuati nell’ambito dell’inchiesta pubblica sull’incidente hanno dimostrato che in tali condizioni, considerando l’esposizione diurna alla radiazione solare, la temperatura interna di un container poteva arrivare fino a 65 ° C.
Pertanto, lo scenario più probabile è che, a causa della perdita di integrità di un imballaggio, la nitrocellulosa si sia asciugata perdendo l’agente flemmatizzante/stabilizzante e abbia dato inizio ad un processo di decomposizione, che ha innescato il primo focolaio dell’incendio. Dopo 45 minuti di esposizione al fuoco, un container presente nelle vicinanze e contenente circa 15 tonnellate di nitrocellulosa o un altro container, anch’esso prossimo, contenente circa 20 tonnellate di nitrato di ammonio, è detonato. A questa prima detonazione ha fatto seguito una massiccia detonazione di tutto il resto del nitrato di ammonio immagazzinato nel sito (circa 800 tonnellate).

Approfondisci sulla rivista Antincendio!

Stoccaggio di sostanze chimiche: incendi ed esplosioni da sostanze reattive
Giovanni Cocchi
Rivista Antincendio n.7/2019 (SFOGLIA L’INDICE)

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