Cos’è la Criogenia?

La criogenia è una disciplina appartenente al campo della tecnologia, che viene comunemente utilizzata come sinonimo di basse temperature, in quanto ne richiede l’utilizzo e ne sfrutta al massimo le potenzialità. Il nome deriva dal greco, che unisce la parola krùos a goniké, e che significa, per l’appunto, generazione di freddo (o basse temperature).
La criogenia è particolarmente utilizzata sia in campo chimico che fisico, e ha molteplici applicazioni anche in quello tecnologico.
Secondo l’agenzia statunitense NIST, la criogenia interessa tutte le operazioni svolte al di sotto dei 179,85 gradi Celsius, ovvero di 93 gradi Kelvin. La scelta è dovuta al fatto che gli elementi definiti come criogenici, tra i quali l’azoto, il neon e l’ossigeno e tanti altri, hanno punti di ebollizione inferiori ai 179,85 gradi Celsius, ovvero ai 93 gradi Kelvin. Diverso è quanto accade per i gas più comuni, come l’ammoniaca, che hanno punti di ebollizione superiori a quel valore.

La nascita della criogenia è legata soprattutto alla scoperta dei gas sopra elencati, che possono essere prodotti a un prezzo inferiore (rispetto, ad esempio, all’azoto liquido) e utilizzati come liquidi refrigeranti. L’azoto liquido ha punti di ebollizione che arrivano a -196 gradi Centigradi, dunque inferiore rispetto ai gas criogenici. Tuttavia, è bene indicare la temperatura con i gradi Kelvin e non con quelli Celsius, che si serve del concetto di zero assoluto (zero gradi Kelvin corrispondono a ben -273,15 gradi Celsius).

La criogenia deve essere distinta dalle altre tecnologie e tecniche, quali la criobiologia, criochirurgia e la crionica.
La criobiologia si occupa di studiare le conseguenze che le basse temperature hanno nell’organismo umano, e in che modo è possibile conservare i geni a scopo riproduttivo.
Ancora, la criochirurgia ha l’obiettivo di distruggere i tessuti danneggiati (sia vegetali che animali), mentre la crionica si occupa di studiare in che modo sia possibile conservare esseri umani o animali a basse temperature.

Come anticipato, la criogenia trova numerose applicazioni in campo scientifico e tecnologico. Tra gli elementi principalmente utilizzati ci sono l’aria, l’azoto e l’elio liquidi, ma tra questi, quello utilizzato maggiormente è sicuramente l’azoto.
Affinché il loro funzionamento sia assicurato, è fondamentale conservare questi elementi in un determinato modo, ovvero all’interno di recipienti costituiti da due parti, che sono anche chiamati dewer. Nei laboratori, questi strumenti sono dotati di un fondo semisferico e vengono realizzati utilizzando il vetro ed esternamente dei metalli. Per spostare i gas criogenici ormai liquefatti in altri contenitori, è necessario utilizzare tubi isolati.
Tra le applicazioni più comuni per i liquidi criogenici abbiamo la distillazione dell’aria, alcuni processi di combustione e il trasporto, ma anche tanti altri.

La distillazione dell’aria attraverso la criogenia è sicuramente uno dei processi più conosciuti che richiedono il suo intervento. Infatti, ogni gas che costituisce l’aria (tra cui azoto e ossigeno) può essere ridotto a liquido sfruttando la pressione e abbassando la temperatura. Questo processo avviene attraverso la criogenia, ovvero abbassando notevolmente la temperatura di vari gas, partendo dall’argon e dall’ossigeno. Tuttavia, i liquidi prodotti non sono puri, e devono essere ulteriormente distillati e purificati per poter essere utilizzati.

Tra le aziende più importanti che utilizzano la criogenia per la distillazione dell’aria abbiamo:

– la Air Liquide, francese;
– la SOL s.p.a. e la SIAD s.p.a., italiane;
– la Praxair, americana;
– e la Linde, tedesca.

Un’altra applicazione molto importante della criogenia è quella che prevedere l’utilizzo dei combustibili criogenici. Questi riguardano specialmente l’ossigeno e l’idrogeno (che trovano ampio uso anche nei missili).

Il gas liquefatto è perfetto per poter essere trasportato a lunghe distanze: questa scelta è molto adeguata per poter sfruttare al massimo questa fonte di energia.
La criogenia: processi criogenici
Uno dei vantaggi della criogenia è rappresentato dal fatto che i metalli a basse temperature resistono bene al tempo e all’utilizzo.
I processi criogenici interessano specialmente i materiali e i metalli che necessitano, dopo essere stato riscaldati, di un raffreddamento veloce. La temperatura finalità che si mira a raggiungere è quell’ambiente, e nonostante sia molto economico, questo genere di processi può essere lungo. Inoltre, l’utilizzo della lavorazione a basse temperature consente di trasformare i materiali in altri, passando da metalli fragili ad altro molto duri e resistenti.

Tra gli altri utilizzi della criogenia, vi sono sicuramente la tomografia a risonanza magnetica, i sensori infrarossi e la contrazione termica.
Per quanto riguarda la tomografia a risonanza magnetica, essa è una tecnologia che sfrutta intensamente dei magneti. Tali magneti, devono saper condurre in modo ottimale, e per questo è necessario che siano immersi in elio liquido.
Ancora, i sensori infrarossi sono molto più efficaci se agiscono a temperature molto basse, come quelle criogeniche. Infatti, grazie alle temperature molto basse riescono a essere anche più veloci.
Infine, la contrazione termica sfrutta l’azoto liquido, che è indispensabile per rimuovere ossidazioni e vernice dai pezzi di metalli.

La criogenia trova ampio uso anche nella crioconservazione: questa tecnica consente di migliorare la conservazione di alcuni cibi o vaccini. Infatti, questi ultimi vengono immersi per breve tempo nell’azoto liquido. Tuttavia, i gas criogenici vengono anche utilizzati per tenere a fresco le sacche di sangue di tipologia molto rara, oppure altri prodotti della tecnologia.