Come osserva l’autore dell’articolo: «le città moderne hanno gradualmente rifornito tutti i loro abitanti di energia, servizi e comodità un tempo impensabili, o riservati solo a pochissimi». Questa trasformazione epocale inizia a cavallo fra il Settecento e l’Ottocento. Se la rete di distribuzione dell’acqua aveva dei precedenti nel medioevo e anche in epoca romana, la rete di distribuzione del gas (ottenuto dalla distillazione del carbone) che permetteva di illuminare uffici pubblici e abitazioni private costituì una assoluta novità. L’articolo ricostruisce il percorso che attraverso notevoli difficoltà iniziali, problemi, innovazioni tecnologiche, geniali soluzioni ha condotto alla struttura moderna di una città: la sostituzione del gas con l’elettricità è stata solo un ulteriore passo in una condizione ormai simile all’attuale.
È abbastanza noto che le reti cittadine di distribuzione dell’acqua potabile e del gas sono stati i primi sistemi «a rete» a svilupparsi nelle città moderne. In particolare il «gas illuminante» (ottenuto dalla distillazione del carbone), cominciò a essere utilizzato per l’illuminazione pubblica delle strade londinesi a partire dal 1814. La società (privata) che si fece carico di questo servizio (pubblico), la Gas Light&Coke Company, affrontando la costruzione di una rete di distribuzione del gas ben più lunga di quelle che fino allora erano state costruite all’interno degli stabilimenti industriali, dove il gas illuminante aveva inizialmente trovato impiego, si trovò ad affrontare una serie di problemi mai prima incontrati, che ci pare interessante ricordare in quanto costituiscono un concreto esempio di come la tecnologia del gas, ma più in generale di come l’intera tecnologia, si sia evoluta in maniera empirica e spesso indipendente dalla scienza, e abbia affrontato le sfide nel suo agire.
Carbon coke e gas
I primi utilizzi del «gas illuminante», conosciuto anche come «gas manifatturato» o «gas di città», avvennero in Inghilterra verso la fine del Settecento grazie ai dispositivi di distillazione del carbon fossile inventati da William Murdock (1754-1839), attorno al 1794 e «reinventati» qualche anno dopo da Philippe Lebon in Francia e da Friedrich Winzer in Germania.
La distillazione del carbone Il processo di distillazione del carbone fossile in qualche modo riprendeva le antichissime pratiche per la produzione del carbone di legna (carbonella) e quelle più recenti per la produzione del carbon coke, modernizzandole e adattandole al recupero dei gas di distillazione. |
Se fu importante il contributo degli scienziati di quel tempo, chimici e fisici, alla comprensione della natura dei gas che si sprigionavano dal carbone portato ad alta temperatura, la realizzazione di dispositivi in grado di produrne grandi quantità in maniera efficace fu tutta una questione di empirismo e, non a caso, maturò a opera di un tecnico che aveva grande familiarità con il carbone, le caldaie, i focolari e aveva anche a disposizione una grande officina dove concretizzare le sue intuizioni. (Murdock (Immagine a sinistra) fu in effetti autore di numerose altre invenzioni). Di origini scozzesi, egli lavorava alla Boulton&Watt di Birmingham, la fabbrica che più di ogni altra aveva contribuito al perfezionamento e alla diffusione delle macchine a vapore. 
Dopo anni di esperimenti e dimostrazioni più o meno spettacolari, nel 1805 Murdock realizzò un impianto completo di gassificazione presso la fonderia di Soho (Birmingham) della Boulton&Watt (Immagine a destra: Le storte del primo impianto di Murdock a Soho (1805)) e nel 1806 consegnò il primo impianto di illuminazione a gas a un cliente esterno, il cotonificio Philips and Lee di Manchester.
Il gas proveniente da questo ancora rudimentale impianto veniva generato da sei «storte» di ghisa e alimentava alcune centinaia di lampade, sparse in tutto lo stabilimento e alcune nella casa del proprietario. I dispositivi di Murdock trovarono una buona accoglienza fra gli industriali tessili inglesi fra i quali era particolarmente sentita l’esigenza di un sistema di illuminazione delle fabbriche che consentisse di far proseguire il lavoro delle macchine anche nelle ore notturne, superando una tecnologia che era ancora ferma ai lumi a olio e alle candele, cioè a sistemi dispendiosi da alimentare e gestire e che facilmente davano origine a incendi.
Piccoli impianti indipendenti di distillazione del carbone, adatti ad alimentare stabilimenti o grandi edifici cominciarono così ad avere una certa diffusione. Peraltro, gli impianti di Murdock furono presto superati in qualità da quelli costruiti da un ex-dipendente della Boulton&Watt, Samuel Clegg (1781-1861), che li dotò di un depuratore del gas a calce con il quale si eliminavano molte delle impurità del gas grezzo, fonti di inconvenienti quali intasamento e corrosione delle tubazioni e di cattivi odori. (Immagine a sinistra: Schema dell’impianto di Clegg, descritto da Accum (1817))
Verso la fine del primo decennio dell’Ottocento non era ancora entrata nell’uso comune la produzione e distribuzione cittadina del gas, ma i tempi erano ormai maturi perché ciò avvenisse, in quanto non era evidentemente difficile pensare di estendere al gas il concetto di distribuzione capillare dell’acqua che in quegli anni si andava velocemente affermando (a Londra erano per esempio attive due società private che gestivano acquedotti) grazie anche al fatto che la tecnologia metallurgica aveva fatto molti progressi, consentendo di produrre grandi quantità di tubi di ferro o di ghisa a prezzi ragionevoli.
Winsor e la GLCC
L’uomo che per primo fece questo passo fu Frederick Winsor (1763-1830), (Immagine a destra) inventore e imprenditore tedesco naturalizzato inglese (Winsor era il nome che Friedrich Winzer aveva assunto dopo essersi trasferito a Londra), il quale già nel 1804 aveva fondato una società inizialmente rivolta alla produzione di impianti di distillazione del carbone e alla vendita del carbon coke. In seguito la sua attenzione si era prevalentemente rivolta al gas illuminante del cui utilizzo per l’illuminazione stradale, in quegli anni ancora esclusivamente basata sui lampioni a olio, aveva dato nel 1807 una significativa dimostrazione in una piccola area del centro londinese.
Forte di queste esperienze, a partire dal 1810 Winsor cercò di estendere la sua attività alla vendita del gas e di altri sottoprodotti della distillazione, fondando a questo scopo una nuova società, la Gas Light and Coke Company (GLCC) che fu la prima al mondo a realizzare una rete pubblica di distribuzione del gas illuminante. La nascita della GLCC fu peraltro osteggiata dalla Boulton&Watt, che ovviamente non gradiva la nascita di un potenziale concorrente, ed ebbe non poche difficoltà anche col governo inglese che, inizialmente, non ne voleva ratificare la fondazione. Dopo un lungo contenzioso, nel 1812 Winsor dovette accettare un compromesso con la Boulton&Watt, in base al quale la GLCC rinunciava a tutti i diritti di costruire impianti e avrebbe quindi limitato la sua attività alla vendita di gas, coke e derivati. 
Nei primi anni della GLCC, la sfida di costruire gli impianti di produzione (Immagine a sinistra: Schema tipico di impianto per la produzione del gas) e la rete di tubi per la distribuzione del gas si dimostrò meno facile del previsto, nonostante Winsor si fosse assicurato la collaborazione di valenti personaggi, quali il chimico e costruttore di strumenti Frederick Accum (1769-1838) (i cui manuali, tradotti anche in italiano, rimasero per anni uno dei migliori punti di riferimento tecnici per la produzione del gas illuminante) e il già citato Samuel Clegg.
Ma inizialmente nessuno aveva le idee chiare su come avviare e gestire questo nuovo tipo di impresa e i primi passi furono in effetti poco brillanti. Per esempio, non fu possibile realizzare per tempo il primo impianto di produzione del gas, che avrebbe dovuto fornire l’illuminazione stradale al quartiere londinese attorno alla via Norton Folgate, a partire dalla fine di settembre del 1813. Così la società GLCC, oltre ad aver costruito il suo primo impianto troppo in fretta e senza la dovuta cura, tanto che nei primi tentativi di avvio esso fu gravemente danneggiato da una esplosione, fu alla fine costretta a fornire a sue spese un servizio provvisorio di lampioni a olio e la distribuzione del gas iniziò effettivamente solamente verso la metà del 1814. Questi iniziali insuccessi portarono la società sull’orlo della bancarotta e costrinsero a una sua profonda e rapida riorganizzazione. L’intervento peraltro ebbe successo grazie anche alla buona risposta del mercato che fece aumentare rapidamente la domanda di gas. Così la GLCC uscì abbastanza velocemente dalle difficoltà iniziali e raggiunse, nel giro di un paio d’anni, un discreto livello di efficienza tecnica e anche di redditività economica.
Difficoltà tecniche e loro soluzione
La dimensione degli impianti di produzione e distribuzione del gas della GLCC superò rapidamente quella di qualsiasi altro impianto precedentemente realizzato. Nel 1815 erano già in servizio cinquanta storte, e nel 1818 erano già qualche centinaio, distribuite fra tre centrali di produzione: Peter Street Station, Brick Lane Station e Curtain Road Station; il problema di ottimizzare le loro caratteristiche e funzionamento divenne pressante.
Gli accorgimenti tecnici La produzione del gas nelle storte non era continuativa; il consumo di gas era infatti soggetto a forti sbalzi durante le ventiquattro ore, in quanto l’utilizzo esclusivo per l’illuminazione ne concentrava ovviamente l’uso nelle ore serali e notturne. A questa ciclicità si faceva parzialmente fronte con grossi serbatoi di accumulo, i «gasometri», che fungevano anche da regolatori della pressione. Tipicamente, nel periodo invernale l’erogazione del gas iniziava alle ore 16, quando veniva aperta la valvola principale dell’impianto e la rete di distribuzione veniva pressurizzata. Da quel momento gli addetti all’accensione dei lampioni potevano iniziare il loro giro per le strade e nei palazzi e nei negozi si potevano ugualmente accendere le fiammelle del gas. I lampioni restavano accesi fino alle prime ore del mattino, mentre i contratti con le utenze civili prevedevano in genere che le lampade a gas venissero spente entro le ore 22 (e la domenica il servizio era sospeso), ma non era ovviamente semplice controllare che tutti lo facessero. In ogni caso all’alba le valvole principali venivano chiuse e si iniziava a riempire nuovamente i gasometri. |
Nel 1817-18 fu anche tentata un’altra soluzione nella quale le storte venivano collocate in forni riscaldati indirettamente da focolari esterni. Neanche questa soluzione ebbe grande successo, ma fornì suggerimenti per ulteriori modifiche, tramite le quali fu alla fine trovato un buon compromesso fra durata delle storte e consumo di combustibile. Questa soluzione adottata dalla GLCC a partire dal 1819 restò poi per decenni uno standard, non solo presso la GLCC, ma anche presso altri produttori che nel frattempo si erano affacciati sul mercato (tale schema continuò ad essere usato, con poche modifiche, anche nel Novecento). (Immagine a destra: Tipica configurazione delle storte usata ancora nel Novecento)Per aumentare la produzione di gas le storte dovevano funzionare ad alta temperatura, ma in tal modo era più facile che si bruciassero e che la loro durata diminuisse, tanto più che il loro funzionamento intermittente aumentava lo stress e l’usura rispetto a un funzionamento continuativo. 
Gli ingegneri della GLCC condussero vari esperimenti mutando la loro forma e posizione nei focolari, ma ogni cambiamento era empirico, oltre che complesso e dispendioso, in quanto le storte erano collocate all’interno di pesanti strutture in muratura. (Immagine a sinistra: Esempio di collocazione delle storte nei forni di cottura (1816))
Fu inoltre ben presto chiaro che la valutazione dei possibili vantaggi di ogni modifica non era facile sul breve periodo, ma richiedeva l’osservazione per periodi lunghi, al limite un’intera stagione.
Un altro problema che si presentò alla GLCC, via via che il numero degli utenti aumentava e che la rete di distribuzione si diramava e incrementava la sua lunghezza, fu quello di garantire una uguale pressione e costanza di fornitura in tutti i gangli della rete, prima di tutto evitando che le tubature, specie le più piccole, si ostruissero per la presenza di impurità nel gas o anche di umidità che, condensandosi sulle pareti dei tubi, si poteva raccogliere nei punti più bassi fino a ostruire completamente il passaggio: in questi casi le fiammelle del gas prima iniziavano a oscillare fastidiosamente, poi ovviamente si spegnevano. Ma al di là di ciò era comunque importante che la pressione del gas fosse, il più possibile, ovunque uguale e costante, in modo che la luminosità degli apparecchi di illuminazione non subisse variazioni. A questo scopo furono adottati pozzetti di drenaggio e regolatori.
I pozzetti di drenaggio e i regolatori Il problema dell’ostruzione delle tubature era stato in qualche modo previsto, cosicché inizialmente durante la stesura dei tubi del gas alcuni tratti non venivano ricoperti di terra, ma con assi e mattoni, che potevano facilmente essere rimossi per staccare qualche tratto di tubo e drenare l’acqua o rimuovere depositi catramosi. |
Ma fu presto chiaro che questo sistema era troppo laborioso. Fu quindi gradualmente introdotta un’invenzione di Samuel Clegg, i cosiddetti tar well (pozzetti del catrame) dove impurità e condense potevano accumularsi, per poi essere rimosse periodicamente. (Immagine a destra: Pozzetti di Clegg per il drenaggio di catrami e umidità (1816)) 
Un’altra importante invenzione di Clegg furono i «regolatori di pressione», dispositivi che rendevano possibile mantenere una pressione nelle linee di distribuzione sufficiente ad alimentare anche i rami più lontani della rete, evitando nel contempo che agli utenti più vicini alle centrali il gas arrivasse a una pressione eccessiva, con conseguenti sprechi e cattivo funzionamento delle loro lampade. Come si può osservare nell’immagine a sinistra (Regolatore di pressione di Clegg (1816)), che mostra uno dei tipi più semplici, essi erano costituiti da un cilindro metallico parzialmente riempito di acqua, nel quale si muoveva, lungo apposite guide, una campana, anch’essa metallica, che veniva sollevata dalla pressione del gas; la campana trascinava a sua volta uno stelo conico, che andava progressivamente a chiudere la luce di passaggio del gas, riducendo la pressione a valle del dispositivo.
I primi regolatori vennero introdotti verso la fine del 1814 e furono adottati estesamente a partire dal 1817; divennero anzi obbligatori per ogni utenza che volesse stipulare un contratto di fornitura, tanto che se qualche cliente rifiutava per qualche motivo di consentirne il montaggio, l’allacciamento alla rete non veniva effettuato.
Con il progressivo estendersi della rete di distribuzione i regolatori divennero l’elemento chiave per garantire la costanza della fornitura del gas a tutti gli utenti; a tale scopo cominciarono a essere introdotti anche in tutti gli snodi e diramazioni principali delle tubazioni, per regolare la pressione in intere aree. Ciò si rese particolarmente necessario in presenza di dislivelli significativi fra i quartieri o le strade cittadine. Nonostante i regolatori, la forma (ad albero o a maglie), l’estensione, il diametro delle tubazioni che costituivano la rete, rimasero per diversi anni un problema continuo per la GLCC che aveva iniziato le sue forniture senza piani e previsioni precisi e si trovò a fronteggiare una crescita della domanda sostanzialmente superiore alle più rosee aspettative. Anche in questo caso soluzioni empiriche dei problemi furono trovate man mano che si presentavano: per esempio la rete da una iniziale conformazione «ad albero» divenne gradualmente «a ragnatela» tramite interconnessioni e by-pass fra i vari rami. Anche le singole centrali di produzione vennero connesse direttamente fra di loro con tubi di by-pass, in modo che possibili problemi di produzione di una di esse, potessero essere risolti ricorrendo alle altre.
Nei primi anni di esistenza della GLCC due altri problemi che diedero molto filo da torcere ai suoi tecnici furono quelli delle perdite di gas e della rientrata d’aria nelle tubazioni.
Il primo problema era causato dalla cattiva qualità delle tubazioni e dei giunti installati nei primi anni, o dalla corrosione, e poté essere eliminato solamente con un graduale miglioramento delle tecniche di posa e di controllo delle tubazioni. In sostanza ciò costrinse la GLCC a rifare tratti interi della rete. Il secondo problema era causato dalla negligenza, soprattutto dei piccoli utenti, che spesso si dimenticavano di chiudere i rubinetti delle loro lampade al termine delle ore di fornitura contrattuali. Dal momento che non esistevano «valvole di non ritorno» ciò implicava che le tubazioni si riempivano d’aria, spesso anche per vasti tratti, così che alla ripresa della fornitura, il giorno successivo, succedeva che non solo l’utente negligente, ma anche i suoi vicini dovevano aspettare del tempo prima che il gas riempisse nuovamente i tubi e arrivasse a destinazione. Per evitare proteste la GLCC era così costretta a pressurizzare la rete sempre prima degli orari contrattuali, oltre ovviamente ad accollarsi le perdite.
Per questo motivo, dopo il 1815 su suggerimento di Glegg la rete di distribuzione fu fittamente segmentata, introducendo «valvole idrauliche», cioè in pratica valvole di non ritorno, ogni 50-60 metri. Con tali accorgimenti, tanto semplici da apparire ovvi, ma che dovettero essere empiricamente e pioneristicamente inventati via via che i problemi si presentavano, i problemi delle perdite, che furono gravi nei primi anni, gradualmente furono riportati a un livello sopportabile.
Un’altra grave fonte di problemi per la GLCC furono le abitudini dei clienti e gli installatori esterni dei quali era costretta (in base al compromesso del 1812 con la Boulton&Watt) a servirsi per la realizzazione degli impianti e per l’allacciamento degli utenti.
La standardizzazione delle procedure Inizialmente la GLCC ebbe a Londra tre tipi di utenti: i grandi edifici pubblici, come il Parlamento, e i teatri; l’illuminazione stradale; le abitazioni e i negozi. La prima categoria di utenti era la più facile da servire, perché i loro consumi e i loro orari erano ben definiti, e i loro contratti erano i più remunerativi, anche perché i clienti pagavano regolarmente. L’illuminazione stradale creava qualche problema in più, in quanto era a quei tempi un servizio pubblico che cadeva sotto la giurisdizione di enti diversi (parrocchie, municipalità, autorità dei parchi e giardini, eccetera), con i quali era laborioso stilare contratti; inoltre, la GLCC fu costretta ad accettare condizioni economiche meno favorevoli per superare la concorrenza dei precedenti servizi di illuminazione con lampade a olio. Questi contratti fornivano però alla società le fondamentali concessioni per la posa dei suoi tubi nel sottosuolo e venivano quindi sempre ricercati anche se erano poco remunerativi. Infine c’erano i contratti con singole dimore ed esercizi commerciali, che crearono molti problemi tecnici e gestionali, perché i loro orari e consumi erano poco prevedibili. |
A questi inconvenienti si cercò comunque di rimediare in maniera più sistematica imponendo una standardizzazione delle tecniche e dei materiali utilizzati per gli allacciamenti.
Conclusioni
Ci siamo volutamente limitati a ripercorrere gli inizi della storia del gas illuminante nella sola città di Londra descrivendo, per i più curiosi, anche alcuni dei problemi tecnici che i pionieri del gas illuminante incontrarono nel fornire questo servizio.
Quanto abbiamo raccontato testimonia che l’impresa fondata da Frederick Winsor iniziò la sua attività in maniera forse un po’ ingenua e avventurosa, come probabilmente era inevitabile, ma fu anche capace di risolvere abbastanza rapidamente i problemi tecnici e gestionali che afflissero i suoi primi anni. Ne è dimostrazione il fatto che, partita nel 1814 in una piccola area della città con solo quattro clienti e un ricavo di 180 sterline, nel 1820 essa aveva già steso quasi 200 km di tubazioni, alimentava 30.000 lampade e aveva portato i suoi ricavi a più di 100.000 sterline annue.
Londra fece da battistrada nello sviluppo di una tecnologia che divenne uno dei capisaldi dell’industria ottocentesca, e fu anche uno dei paradigmi delle profonde trasformazioni delle città che avvennero fra Ottocento e Novecento (in effetti, in quel periodo, in Europa, negli Stati Uniti e anche in Italia, non ci fu città di una certa importanza che non costruisse la sua Officina del Gas). Grazie alle reti di distribuzione dell’acqua e del gas, grazie alle fognature e in seguito alla rete elettrica, a quella telefonica, e alla rete dei trasporti pubblici, le città moderne hanno gradualmente rifornito tutti i loro abitanti di energia, servizi e comodità un tempo impensabili, o riservate solo a pochissimi.
Certamente con tutte queste opportunità sono arrivati anche l’inquinamento (quanto erano «annerite» le città quando si usava il carbone, ben peggio delle polveri sottili di cui oggi ci lamentiamo!), la congestione, il traffico, e anche una profonda «dipendenza», aspetto quest’ultimo raramente sottolineato, da quegli stessi fattori che ci rendono la vita più facile e più comoda. Basterebbe pensare che oggigiorno gli appartamenti cittadini non hanno più camini e canne fumarie adatte a espellere qualcosa di diverso dai leggeri fumi del gas, o che gran parte dei palazzi sono troppo alti per vivere agevolmente senza ascensori, o che senza elettricità saremmo anche senz’acqua, telefono, Internet, eccetera, eccetera.
Inoltre la fornitura di servizi fondamentali quali appunto gas, elettricità, comunicazioni, trasporti, viene garantita dal lavoro di un numero in fondo molto ristretto di persone, cosicché gli utenti tendono a perdere completamente la nozione di quale sia la reale complessità dei sistemi dai quali vengono così facilmente serviti. È un concetto ben espresso già molti anni fa dal filosofo spagnolo Jose Ortega y Gasset (1883-1955), in un breve passo del suo saggio La ribellione delle masse che ci permettiamo di riportare.
«La civiltà del XX secolo è di indole tale che permette all’uomo medio di stabilirsi in un mondo sovrabbondante, di cui percepisce la sovrabbondanza di mezzi, però non le limitazioni. Si trova circondato da strumenti prodigiosi, da medicinali benefici, da Stati previdenti, da diritti comodi. Ignora viceversa, quanto sia stato difficile inventare quelle medicine e quegli strumenti ed assicurare per l’avvenire la loro produzione; non si rende conto di quanto sia instabile l’organizzazione dello Stato ed è un miracolo se sente dentro di sé qualche obbligo. Questo squilibrio lo falsifica, lo vizia alla radice del suo essere vivente, facendogli smarrire il contatto con la sostanza stessa della vita, che è un assoluto pericolo, una fondamentale problematicità.»
Per questo motivo ci pare importante che specie alle nuove generazioni, quindi primariamente nella scuola, non si manchi di ricordare, oltre alle lotte politiche, le guerre e le rivoluzioni, dalle quali la nostra civiltà deriva, anche da dove provengono le modalità concrete del vivere delle quali oggi godiamo.
Gianluca Lapini
(Ingegnere, ex ricercatore presso CISE e CESI Ricerca S.p.a.)
Indicazioni bibliografiche
- Federigo Accum, Trattato pratico sopra il gas illuminante, Fortunato Stella, Milano 1817.
- Autori Vari, Milano tra luce e calore. Storia, costume e tecnologia del gas manifatturato, Edizione a cura di AEM, Milano 1995.
- Cecil D. Elliot, Technics and Architecture, MIT Press, Cambridge (MA) 1994.
- Gianluca Lapini, Luce e calore dal gas, in Nuova Secondaria n. 2, Ottobre 2005, pagg. 93-98.
- Peters Thomas, Building the Nineteenth Century, MIT Press, Cambridge (MA) 1996.
- Leslie Tomory, Building the First Gas Network, 1812-1820, Technology and Culture, Volume 52, n. 1, January 2011, pagg. 75-102.
© Pubblicato sul n° 45 di Emmeciquadro
