Carta

Introduzione

La carta è un materiale versatile utilizzato principalmente per la scrittura, la stampa e gli imballaggi. La carta è ottenuta pressando fibre umide (solitamente pasta di legno) in fogli sottili che vengono poi fatti asciugare.
Derivata in gran parte dalla lignocellulosa [LG], la carta viene creata da una polpa disciolta in un impasto che viene drenato ed essiccato in fogli.

Un foglio di carta visto con il microscopio a scansione elettronica. Si nota l'intreccio casuale delle fibre di cellulosa. (credit: [CF.1])
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Un foglio di carta artigianale ricavato dal gelso. (credit: [CF.2])
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Il processo di fabbricazione della carta fu sviluppato in Asia orientale a partire dal 105 d.C. e ci sono evidenze archeologiche di un materiale simile alla carta rinvenute in Cina e risalenti al II secolo a.C.
Prima dell’industrializzazione della produzione cartaria, la carta più comune era quella di straccio, ricavata da scarti di tessuti in fibra naturale (cotone e lino).
L’invenzione della pasta di legno nel 1843, insieme alla seconda rivoluzione industriale, ha reso la carta di pasta di legno la varietà dominante fino ad oggi.

Supporti per la scrittura

In tutti i continenti le superfici (supporti) di scrittura sono nate dai materiali locali e si sono evolute attraverso il commercio, le occupazioni coloniali e la tecnologia.

In Africa la prima grande innovazione fu il papiro, già presente in Egitto intorno al 3000 a.C., un supporto leggero ed esportabile importante per la diffusione della scrittura e della lettura nel Mediterraneo. Nel 200 a.C. la pergamena iniziò a diffondersi in Nord Africa, mentre le regioni subsahariane utilizzavano tavolette di legno, pelle e, infine, carta con la diffusione dell’Islam a partire dall’VIII secolo d.C.

In Asia, le tavolette di argilla apparvero in Mesopotamia intorno al 2500 a.C., sostenendo i primi sistemi amministrativi. In Cina, il bambù e le tavolette di legno prevalsero fino a quando la carta, inventata nel II secolo a.C., trasformò gradualmente la comunicazione, diffondendosi lungo la Via della Seta. In tutta l’Asia meridionale, le foglie di palma divennero lo standard a partire dal 500 a.C. circa, mentre altre regioni utilizzavano seta, corteccia e, successivamente, carta importata o prodotta localmente.

Scrittura su foglie di palma, Indonesia. (credit: [CF.3])
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L’Europa adottò un mix di materiali mediterranei e mediorientali. A partire dal 1500 a.C. circa, si utilizzarono tavolette di cera, lino e papiro importato. La pergamena divenne fondamentale dopo il 200 a.C. e dominò per secoli. La carta, introdotta attraverso la Spagna islamica, si diffuse a partire dall’XI secolo e fu presto abbinata alla macinazione meccanizzata.

Quipu del periodo Inca, XV-XVI sec., conservato al Cleveland Museum of Art. (credit: [CF.4])
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Nelle Americhe, le superfici di scrittura si svilupparono più tardi e in modo indipendente. Intorno al 300 d.C., le culture mesoamericane producevano l’amatl, una carta resistente ricavata dalla corteccia utilizzata per i codici. In tutto il continente, le società utilizzavano pelli di animali, tavole di legno, tessuti e, nelle Ande, il quipu [QP] come sistema di registrazione non scritto. La carta divenne dominante dopo il contatto con gli europei.

La carta nell’antica Cina

Produzione della carta nell'antica Cina, a partire da canapa e corteccia di gelso.
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Il processo tradizionale di fabbricazione della carta nell’antica Cina viene attribuito a Cai Lun e datatao 105 d.C. Questo processo prevedeva una serie di passaggi meticolosi: per prima cosa le materie prime come la canapa o la corteccia di gelso venivano raccolte e pulite per rimuovere le impurità; le fibre venivano poi immerse in acqua per ammorbidirle prima di essere bollite per ridurle in polpa. Questa polpa veniva quindi pestata e raffinata per ottenere una consistenza liscia, dopodiché la polpa veniva disciolta in acqua e le fibre venivano raccolte su un setaccio per formare fogli umidi. Questi fogli venivano successivamente essiccati e pressati per creare il prodotto finale.

La carta in Europa nel Medioevo

Gli arabi importarono la produzione della carta dalla Cina nell’VIII secolo e la portarono con sé in Europa attorno all’XI secolo.
Nell’Europa medievale il processo di fabbricazione della carta venne perfezionato utilizzando stracci di cotone e lino come materiale principale. Questi stracci venivano raccolti da vecchi vestiti, corde e altri scarti tessili, che fornivano le fibre di cellulosa necessarie per la carta.
Gli stracci venivano fermentati in acqua per scomporli, quindi pestati in polpa con mulini ad acqua. Questi mulini utilizzavano pesanti martelli di legno per scomporre le fibre in una miscela pastosa e uniforme.
I lavoratori immergevano quindi un setaccio nella polpa per formare dei fogli, strizzavano l’acqua in eccesso e li appendevano ad asciugare. La carta veniva poi trattata con gelatina, lisciata e tagliata.
Questo metodo, comune nel XII secolo, rese i libri e i documenti più accessibili e sostituì la costosa pergamena, contribuendo alla diffusione della conoscenza in tutta Europa. Le prime cartiere apparvero in Spagna e in Italia.

La rivoluzione della stampa

Il passaggio alla carta a base di stracci nell’Europa medievale fu essenziale per la rivoluzione della stampa del XV secolo. Molto più economica della pergamena, la carta rese la produzione di libri economicamente sostenibile e accessibile, mentre le nuove cartiere in Italia e Germania garantirono un approvvigionamento stabile ai primi stampatori come Gutenberg.
La superficie liscia della carta funzionava perfettamente anche con i caratteri mobili in metallo, consentendo stampe chiare e uniformi.

La stampa a caratteri mobili.
Credit CF.6

Il perfezionamento della stampa a caratteri mobili da parte di Gutenberg intorno al 1440 si basava sulle precedenti tradizioni tipografiche asiatiche, ma introdusse un sistema realmente scalabile: caratteri metallici durevoli, inchiostri a base di olio e carta in abbondanza resero possibile la produzione di grandi volumi. La Bibbia di Gutenberg (1455 circa) dimostrò la maturità tecnica del metodo.

Prima di questa innovazione, la copia dei libri in Europa era lenta, costosa e dipendeva dagli amanuensi o dalla stampa a blocchi limitata. La stampa di Gutenberg ridusse drasticamente i tempi e i costi, innescando la rapida diffusione delle tipografie. Nel 1500 circolavano milioni di libri: un’espansione senza precedenti della cultura scritta.

L’impatto fu travolgente. La stampa alimentò il Rinascimento, rese possibile la Riforma protestante attraverso la distribuzione di massa di testi e rafforzò la rivoluzione scientifica standardizzando diagrammi e formule. Incoraggiò la standardizzazione linguistica, aumentò l’alfabetizzazione e gradualmente ruppe il monopolio dell’élite sulla conoscenza.

In sostanza, la combinazione di carta di straccio a basso costo e della stampa di Gutenberg trasformò il modo in cui le informazioni venivano prodotte e condivise, gettando le basi dell’era dell’informazione moderna.

La macchina Fourdrinier

Fabbricazione della carta in Francia nel XIX secolo.
Credit CF.6

La macchina per la fabbricazione della carta Fourdrinier, sviluppata in Inghilterra all’inizio del XIX secolo e brevettata nel 1806, segnò un cambiamento decisivo dal foglio fatto a mano alla produzione industriale continua.
Basandosi sulle idee di Louis-Nicolas Robert [LNR], i fratelli Fourdrinier finanziarono e perfezionarono un sistema che formava la carta su una rete metallica mobile senza fine. Ciò consentiva di depositare la pasta di cellulosa sotto forma di un nastro continuo anziché di singoli fogli.

Una macchina Fourdrinier del XIX secolo
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Il processo inizia con una sospensione di pasta di cellulosa diluita versata sulla rete vibrante, dove l’acqua viene drenata per gravità e aspirazione. Man mano che il nastro avanza, acquista coesione prima di passare attraverso rulli pressori che spremono l’acqua in eccesso. Entra quindi nella sezione di essiccazione, una serie di cilindri riscaldati a vapore che evaporano l’umidità residua.
Infine, la carta viene calandrata, ovvero pressata tra rulli lisci, per ottenere lo spessore e la finitura desiderati.

Una sezione della macchina continua nella sua versione attuale.
Credit CF.7

La rivoluzione di questa macchina risiedeva nella sua produzione continua e uniforme, che ridusse drasticamente i costi e aumentò la disponibilità. Permise la standardizzazione delle dimensioni e della qualità dei fogli, rifornendo i mercati in espansione della stampa, dell’imballaggio e dell’istruzione.
Una versione aggiornata della macchina Fourdrinier costituisce ancora oggi il modello di base delle macchine presenti nelle cartiere.

La carta oggi

Oggi la carta è solitamente prodotta dal legno. Le fibre vegetali utilizzate per la pasta di cellulosa sono composte principalmente da cellulosa ed emicellulosa [LG], che tendono a formare legami molecolari tra le fibre in presenza di acqua. Dopo l’evaporazione dell’acqua, le fibre rimangono legate. Per la maggior parte dei tipi di carta non è necessario aggiungere ulteriori leganti, anche se possono essere aggiunti additivi per aumentare la resistenza sia a umido che a secco.

La polpa (processo Kraft)

Il materiale di base per la produzione della carta sono trucioli di legno che vengono cotti in digestori pressurizzati.
Questi digestori che producono oggi circa 1000 tonnellate o più di pasta al giorno e la delignificazione richiede circa due ore a una temperatura compresa tra 170 e 176 °C.
In condizioni di digestione, la lignina e l’emicellulosa si degradano dando origine a frammenti solubili nel liquido fortemente basico. La polpa solida (circa il 50% in peso dei trucioli di legno secchi) viene raccolta e lavata. A questo punto la polpa è nota come pasta bruna per via del suo colore.
I liquidi di scarto, noti come liquido nero (per via del loro colore), contengono frammenti di lignina, carboidrati derivanti dalla decomposizione dell’emicellulosa, carbonato di sodio, solfato di sodio e altri sali inorganici.

Stabilimento per la produzione della carta in Canada.
Credit Quintin Soloviev - CC BY 4.0

La polpa solida richiede ulteriori trattamenti prima di diventare carta. Se necessario, subisce sbiancamento per eliminare la lignina residua e ottenere una polpa più bianca. Successivamente, viene ridisciolta in acqua per formare una sospensione fibrosa con concentrazione inferiore al 5%. Questa sospensione è pronta per la macchina continua, dove sarà formata, pressata e asciugata, trasformandosi nel foglio di carta finale.

Impatto ambientale e riciclo della carta

La produzione di carta ha un impatto ambientale notevole, dovuto alla deforestazione, al consumo elevato di acqua, al rilascio di sostanze inquinanti e alle emissioni di gas serra.
La domanda di pasta di cellulosa vergine continua ad alimentare il disboscamento, soprattutto nelle regioni con una governance debole, causando la perdita di habitat, il declino della biodiversità e la riduzione dello stoccaggio di carbonio. Anche quando provengono da piantagioni, queste foreste semplificate sostituiscono ecosistemi più ricchi. Certificazioni come FSC e l’espansione del riciclaggio aiutano, ma il disboscamento illegale e il degrado degli ecosistemi persistono.

La produzione della carta è anche fortemente dipendente dall’acqua: le cartiere tradizionali possono utilizzare fino a 20 tonnellate di acqua per ogni tonnellata di carta, mettendo sotto pressione i bacini locali già sottoposti allo stress dell’agricoltura e dell’uso civile. Le acque reflue provenienti dalla produzione della pasta di cellulosa e dallo sbiancamento, ricche di materia organica, sostanze nutritive, acidi e talvolta composti clorurati tossici, possono danneggiare gravemente gli ambienti acquatici se il trattamento è inadeguato.
I moderni sistemi a ciclo chiuso riducono il consumo e l’inquinamento, ma molte cartiere continuano a funzionare con tecnologie obsolete e inefficienti.

L’inquinamento si estende anche all’aria. Le cartiere emettono anidride solforosa, ossidi di azoto e particolato, contribuendo ai problemi di qualità dell’aria a livello locale. L’industria produce anche notevoli emissioni di gas serra derivanti dalla produzione di pasta di cellulosa e dall’essiccazione, che richiedono un elevato consumo energetico, dal trasporto delle materie prime e dal metano prodotto dalla decomposizione della carta nelle discariche. Nel complesso, il settore rappresenta circa l'1% delle emissioni globali di gas serra e circa il 4% del consumo energetico industriale.

Riciclaggio della carta

Il riciclaggio rimane una delle strategie di mitigazione più efficaci, riducendo il consumo energetico fino al 40% e il consumo idrico di circa il 30%, riducendo al contempo la pressione sulle foreste e limitando le emissioni di metano dai rifiuti.
Tuttavia, senza l’adozione diffusa di una silvicoltura sostenibile, di un trattamento avanzato delle acque, di tecnologie di produzione più pulite e di energie rinnovabili, l’impatto ambientale dell’industria rimarrà significativo.

Note

[LG] La lignocellulosa è il materiale strutturale principale delle piante, composto principalmente da tre polimeri organici: (1) cellulosa, che fornisce resistenza e rigidità alle pareti cellulari; (2) emicellulosa, che funge da “collante” tra la cellulosa e la lignina; (3)
lignina, lega assieme l’intera struttura formata dai tre componenti, conferisce idrofobicità alle pareti cellulari e dona rigidità e resistenza agli attacchi biologici e chimici.

[QP] I Quipu sono dispositivi di registrazione realizzati con cordicelle annodate, utilizzati in particoalre dall’Impero Inca. Un quipu è solitamente costituito da cordicelle di cotone o fibra di camelidi e contiene informazioni classificate in base a dimensioni quali colore, ordine e numero. A seconda dell’uso e della quantità di informazioni memorizzate, un dato quipu può avere da poche a diverse migliaia di cordicelle.

[LNR] Nel 1799, Louis-Nicolas Robert di Essonnes, in Francia, ottenne un brevetto per una macchina continua per la produzione di carta. All’epoca, Robert lavorava per Saint-Léger Didot, con il quale litigò per la proprietà dell’invenzione. Didot riteneva che l’Inghilterra fosse il luogo migliore per sviluppare la macchina, ma a causa dei disordini della Rivoluzione francese non poté recarsi lì di persona, quindi inviò suo cognato, John Gamble, un inglese che viveva a Parigi. Attraverso una serie di conoscenze, Gamble fu presentato ai fratelli Sealy e Henry Fourdrinier, cartolai di Londra, che accettarono di finanziare il progetto. A Gamble fu concesso il brevetto britannico 2487 il 20 ottobre 1801.

Crediti fotografici

[CF.1] https://nanofabrication.tumblr.com/post/134064732751/a-sheet-of-notebook-paper-cut-with-a-knife-torn

[CF.2] https://www.ghanapaperproject.com/paper

[CF.3] https://www.leidenspecialcollectionsblog.nl/articles/tradition-and-modernity-in-the-palm-leaf-manuscripts-of-lombok

[CF.4] By https://clevelandart.org/art/1940.469, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=78064123

[CF.6] By Willi Heidelbach, CC BY 2.5, Link
By Daniel Nikolaus Chodowiecki - DANIEL CHODOWIECKI 62 bisher unveröffentlichte Handzeichnungen zu dem Elementarwerk von Johann Bernhard Basedow. Mit einem Vorworte von Max von Boehn. Voigtländer-Tetzner, Frankfurt am Main 1922. (self scanned from book), Public Domain, Link