Perché certi materiali bruciano più in fretta di altri: la chimica della combustione negli edifici di oggi

Chi ha visto un caminetto acceso conosce la lentezza quasi educata con cui un ciocco di faggio si consuma. Ci vogliono minuti perché la fiamma prenda davvero, e poi ore perché il legno si riduca a brace. Un divano moderno, rivestito in tessuto sintetico e imbottito di schiuma, si comporta in modo del tutto diverso: in certe condizioni passa da una piccola fiamma a un incendio che riempie la stanza in un tempo che si misura in pochi minuti. La differenza sta nella chimica dei materiali, e capire come funziona aiuta a leggere meglio il rischio dentro le case, gli uffici e i capannoni in cui passiamo la giornata.

La combustione dei materiali: cosa succede prima della fiamma

Un solido non brucia mai direttamente. Prima deve scaldarsi abbastanza da decomporsi e liberare gas infiammabili, un processo che i chimici chiamano pirolisi. Sono quei gas, mescolati all’ossigeno dell’aria, a prendere fuoco. Il classico triangolo del fuoco (combustibile, comburente, calore) viene oggi descritto più spesso come un tetraedro, perché alla combustione serve anche una reazione chimica a catena che si autoalimenta grazie ai radicali liberi prodotti dalla fiamma stessa.

La cellulosa del legno comincia a decomporsi in modo significativo oltre i 250-300 gradi. Molti polimeri sintetici iniziano a fondere e a liberare vapori combustibili a temperature paragonabili o inferiori, ma con una differenza importante: producono una quantità di energia per unità di massa nettamente superiore. Il polietilene o il polipropilene, per esempio, hanno un potere calorifico vicino a quello degli idrocarburi da cui derivano, circa il doppio rispetto al legno secco. Il loro comportamento ricorda più quello del combustibile liquido che quello di una trave.

C’è poi la questione della forma. Una schiuma poliuretanica è fatta per gran parte d’aria intrappolata in una rete sottilissima di polimero: tanta superficie esposta, pochissima massa da riscaldare. È la stessa ragione per cui un foglio di carta accartocciato brucia più in fretta di una risma intera.

Arredi, isolanti e velocità di propagazione dell’incendio

Il parametro che i tecnici guardano con più attenzione è la velocità di rilascio del calore, misurata in kilowatt. Un cestino della carta che brucia può arrivare a qualche decina di kilowatt, una poltrona imbottita moderna può superare il megawatt. Quando l’energia accumulata sotto il soffitto, in forma di gas caldi e fumo, porta lo strato superiore oltre i 500-600 gradi, tutte le superfici combustibili della stanza raggiungono quasi insieme la temperatura di accensione. È il flashover, il momento in cui un incendio localizzato diventa un incendio generalizzato, e da lì in avanti le possibilità di sopravvivenza in quell’ambiente diventano minime.

Prove sperimentali condotte da laboratori di certificazione negli Stati Uniti hanno confrontato stanze arredate con mobili di qualche decennio fa, in legno massiccio e fibre naturali, con stanze arredate secondo gli standard attuali. Nelle seconde il flashover arrivava molto prima, nell’ordine di pochi minuti contro tempi diverse volte più lunghi. Il dato non dice che i mobili di oggi siano fatti male, dice che sono fatti di materiali con un’energia potenziale più alta e più facile da liberare.

La questione riguarda anche gli involucri degli edifici. Le riqualificazioni energetiche hanno portato sulle facciate di molte città grandi quantità di isolanti, alcuni minerali (lana di roccia, lana di vetro) e altri di origine plastica, come il polistirene espanso. Anche il tessuto edilizio piemontese, con il suo patrimonio di ex stabilimenti trasformati in loft, uffici o spazi espositivi, presenta combinazioni difficili: travi in ghisa ottocentesche accanto a controsoffitti e pannellature di epoche molto più recenti. Chi lavora nella progettazione e nella manutenzione dei presidi di antincendio Torino si confronta spesso con questa stratificazione, in cui ogni intervento successivo ha cambiato il carico di combustibile senza che nessuno lo ricalcolasse davvero. L’incendio della Grenfell Tower a Londra, nel 2017, ha mostrato al mondo cosa può accadere quando un rivestimento esterno contribuisce alla propagazione verticale delle fiamme.

Reazione al fuoco e classificazione europea dei materiali da costruzione

Per mettere ordine in questa varietà, la normativa europea usa il sistema delle Euroclassi di reazione al fuoco, definito dalla norma UNI EN 13501-1. I materiali vanno da A1, praticamente incombustibili come il calcestruzzo o la pietra, fino a F, per i prodotti non classificati o con prestazioni minime. A ciascuna classe si aggiungono due indicatori spesso trascurati: la produzione di fumo (da s1 a s3) e il gocciolamento di particelle ardenti (da d0 a d2).

Questi ultimi due parametri contano parecchio. Un materiale che brucia poco ma produce fumo denso e opaco può rendere impossibile trovare un’uscita in pochi minuti, e le gocce incandescenti di certe plastiche fuse trasportano l’incendio verso il basso, accendendo ciò che incontrano. In Italia il Codice di prevenzione incendi, introdotto con il decreto ministeriale del 3 agosto 2015, ha impostato la progettazione su un approccio prestazionale, che chiede di valutare il comportamento complessivo dell’edificio piuttosto che la semplice conformità di ogni singolo componente.

Va distinta, poi, la reazione al fuoco dalla resistenza al fuoco. La prima descrive quanto un materiale partecipa alla combustione. La seconda indica per quanto tempo un elemento costruttivo, come una parete o un solaio, continua a svolgere la sua funzione portante o di separazione durante un incendio, ed è espressa con sigle come R, E, I seguite dai minuti.

Legno, acciaio e fumi tossici: le sorprese del comportamento al fuoco

Qui la chimica riserva qualche paradosso. Il legno lamellare di grande sezione, che d’istinto verrebbe considerato vulnerabile, durante un incendio forma all’esterno uno strato carbonizzato che isola il cuore della trave e rallenta la combustione. La velocità di carbonizzazione è abbastanza prevedibile, nell’ordine di sette decimi di millimetro al minuto per molte essenze di conifera, e i progettisti la usano per dimensionare sezioni capaci di reggere per il tempo richiesto. L’acciaio strutturale, invece, non brucia affatto, ma intorno ai 550 gradi perde circa metà della sua resistenza meccanica e tende a deformarsi. Senza protezioni, come vernici intumescenti o rivestimenti in lastre, una struttura metallica può cedere prima di una in legno ben progettata.

L’altro aspetto spesso sottovalutato riguarda i fumi tossici. Nella maggior parte delle vittime da incendio domestico la causa di morte è l’inalazione di gas, non le ustioni. Il monossido di carbonio si forma in qualunque combustione povera di ossigeno, ma i materiali che contengono azoto, come certe schiume poliuretaniche, la lana o alcune resine, possono liberare anche acido cianidrico, che blocca la respirazione cellulare in concentrazioni molto basse. Un ambiente chiuso, pieno di arredi sintetici e con poche aperture, crea esattamente le condizioni per una combustione incompleta, e quindi per un fumo più pericoloso.

Per questo chi studia il fuoco tende a guardare una stanza in modo diverso da tutti gli altri: come una somma di masse, superfici e composizioni chimiche, ognuna con la propria temperatura critica, in attesa di una fonte d’innesco che quasi sempre arriva da qualcosa di banale, una presa sovraccarica, una candela dimenticata, un caricabatterie lasciato acceso sul divano.