I pro ei contro di acciaio inossidabile, rame e ottone quando si tratta di caldaie, portafiltri e blocchi.

Chiamami nerd, ma ricordo vividamente la prima volta che ho usato una macchina tutta in acciaio inossidabile. Il caffè aveva un sapore vivace e pulito e il venditore mi ha mostrato quanto fosse facile rimuovere i residui dall'interno del portafiltro, non più strofinare via con uno Scotch-Brite alla fine di ogni giornata. L'acciaio era un grande punto di forza: facile da pulire, più ecologico, senza piombo, resistente al calcare. Sembra un gioco da ragazzi, e infatti, siamo andati a comprare la macchina.

Da allora, il numero di macchine realizzate con caldaie, gruppi o portafiltri in acciaio sembra essere aumentato, ma la maggior parte è ancora realizzata in modo tradizionale, con caldaie e tubi in rame e raccordi, gruppi e portafiltri in ottone.

L'ottone e il rame sono stati entrambi collegati alla contaminazione da piombo nell'acqua potabile, portando a una legislazione sempre più severa sul modo in cui vengono utilizzati. Con la crescente pressione sui produttori per ridurre il loro uso di questi materiali, ci devono essere alcune ragioni piuttosto forti per continuare a usarli al posto dell'acciaio.

In questo post, vedremo perché il rame e l'ottone sono così utili nelle macchine per caffè espresso, dove l'acciaio ha il vantaggio, e se c'è qualche motivo per essere preoccupati per la quantità di piombo nel nostro caffè.

Proprietà termali

One of the major reasons that copper has historically been used in boilers and cookware is that it’s such a good conduttore di calore. Rame ha una conducibilità termica di oltre 400 W/mK, rispetto all'acciaio inossidabile a circa 14 W/mK.

La conduttività dell'ottone varia a seconda della quantità di rame che contiene, ma in genere è intorno a 111 W/mK, ma ha il vantaggio rispetto al rame di essere molto più duro e resistente.

Ciò significa che una caldaia o una pentola in rame è molto più efficace nel trasmettere il calore dalla fiamma sottostante, all'acqua al suo interno, rispetto a una in acciaio.

All'interno di una macchina per caffè espresso, queste proprietà possono essere importanti in modi inaspettati. Anche all'interno di una caldaia, dove si potrebbe pensare che le proprietà isolanti dell'acciaio siano un vantaggio, può creare problemi. Michael Teahan, direttore di Caffè analogico, dice che quando lavorava su macchine superautomatiche a Brasilia, hanno scoperto che la caldaia a vapore in acciaio era così inefficiente nel condurre il calore nella parte superiore della caldaia, il vapore si condensava sulle superfici superiori, creando vapore umido. Per risolvere questo problema hanno dovuto riscaldare il vapore in rotta verso la valvola del vapore. "Le caldaie in acciaio inox sulle macchine tradizionali sono generalmente di diametro inferiore per ridurre al minimo il problema del trasferimento di calore", afferma. "Il problema con l'acciaio è che fa schifo spostando il calore".

L'acqua in sé è un povero conduttore di calore, e ancor più di vapore; quindi per trasferire calore dalla caldaia al gruppo è necessario o utilizzare un materiale più conduttivo, come rame o ottone, oppure affidarsi al movimento dell'acqua per portare il calore in giro. 

In una macchina con scambiatore di calore che utilizza a termosifone per trasferire il calore al gruppo, è il movimento dell'acqua che trasporta il calore dalla caldaia al gruppo. Ma anche qui rame e ottone hanno un vantaggio: il movimento dell'acqua nel termosifone dipende dal raffreddamento ad acqua del gruppo. Questo fa sì che l'acqua più fredda penetri e ritorni allo scambiatore di calore, creando un flusso d'acqua costante attraverso la testata del gruppo. "Affinché il calore possa migrare, il capogruppo, incluso il portafiltro, deve irradiare calore", spiega Teahan. Questo è molto più efficace con un materiale conduttivo come l'ottone.

Le macchine basate sull'acciaio spesso necessitano di metodi diversi per trasferire il calore. Per esempio, La Marzocco, che ha iniziato a utilizzare caldaie in acciaio inossidabile nel 1971, utilizza il design del "gruppo saturo", in cui una camera del gruppo viene riempita d'acqua e continua con la caldaia. Questo progetto utilizza la circolazione dell'acqua in tutto il sistema per trasferire il calore al gruppo, spiega Enrico Wurm, Product Improvement Manager de La Marzocco. "È vero che l'acciaio trattiene meno calore dell'ottone, tuttavia compensiamo questo problema costruendo gruppi pesanti e spessi per ottenere più inerzia termica e [isolando] le nostre caldaie".

Altri design moderni di macchine per caffè espresso aggirano questo problema riscaldando il gruppo in modi diversi: ad esempio riscaldando direttamente il materiale del gruppo, come in Nuova Simonelli's Aurelia II T3, o anche posizionando la caldaia di infusione direttamente sopra il gruppo come in Sanremol'Opera. Ciò significa che tali macchine dipendono meno dal materiale per condurre il calore, rendendo l'acciaio una possibilità più pratica.

A sinistra: Opera di Sanremo, a destra: Nuova Simonelli Aurelia II T3.

Proprietà meccaniche

Il rame è relativamente morbido, il che lo rende facile da lavorare e aspirare nei tubi. I tubi più piccoli nelle macchine per caffè espresso possono anche essere piegati in forma a mano, il che, insieme alla sua conduttività, significa che è ancora utilizzato per le tubazioni in molte macchine altrimenti interamente in acciaio.

In alcuni luoghi, specialmente in domestico and superautomatic machines, copper is replaced by PTFE (Teflon) tubing, which is flexible and cheap. However it can only be used in situations where the conductivity and rigidity of copper isn’t needed.

As brass contains copper, it retains some of these properties. It has a low melting point, which makes it easy to cast, and is relatively soft and has low friction, which makes it easy to machine. This makes it ideal for threaded parts or more intricate components, especially where moving parts are involved — so machines with steel boilers and groups might still use brass for safety valves, or compressione dadi per collegare le tubazioni.

L'acciaio è molto più resistente, ma più difficile da lavorare dell'ottone o del rame e altro ancora fragile. This is another reason that steel tends to be used for smaller boilers, which are at less risk of cracking. Manufacturers that choose to work with steel have to switch to different manufacturing techniques, explains Wurm. “316L [steel] is a very hard alloy, difficult to machine with normal tooling equipment, and also very difficult to weld,” he says. “This material forced us to master techniques such as TIG and plasma welding. Today our groups are made through the fusione a cera persa tecnica, il che significa che sono realizzati in acciaio pieno 100%, senza giunzioni o saldature.

Poiché l'ottone è più facile da lavorare e fondere, finisce per essere più economico con cui lavorare, nonostante il maggior costo delle materie prime. Tuttavia, queste proprietà dell'ottone dipendono dalla lega contenente una percentuale di piombo (N Gane, 1981). Senza piombo, questo vantaggio scompare: l'acciaio inossidabile può essere effettivamente più facile da lavorare rispetto all'ottone senza piombo, secondo Teahan, e l'ottone senza piombo può rompere gli stampi utilizzati nei metodi di colata tradizionali. Tuttavia, lavorare con l'acciaio è ancora nel complesso più costoso, afferma Wurm, a causa delle competenze e del lavoro necessari per costruire tali macchine.

Condurre

Il contenuto di piombo che conferisce all'ottone le sue proprietà utili è diventato anche uno dei grandi fattori che lo allontanano dall'utilizzarlo nelle macchine per caffè espresso. Il piombo nell'acqua potabile è stato collegato a numerosi problemi di salute, specialmente nei bambini, dove anche piccole quantità possono causare problemi di sviluppo o problemi comportamentali e di apprendimento. Di conseguenza, non è considerato un livello sicuro per il piombo nell'acqua potabile (US EPA).

This is one of the reasons that La Marzocco moved to using steel in groupheads as well as boilers. “Water quality all over the world has gotten worse in the last 10 years,” Wurm says. “Therefore we transitioned to materials that could better withstand [corrosione] and thus release no heavy metals.”

Anche la legislazione sull'uso del piombo è diventata sempre più severa. Le parti di una macchina a contatto con l'acqua negli Stati Uniti ora devono contenere non più di 0,25% di piombo, in peso totale. In Europa si applica uno standard simile, con cavo 0,3% consentito.

Per ottemperare alla normativa, alcuni produttori hanno scelto di rivestire le superfici in ottone per evitare il contatto con l'acqua, ad esempio utilizzando un processo chiamato Lega ecologica ternaria (TÈ). Altri sono passati al cosiddetto ottone "senza piombo", con un contenuto di piombo inferiore a 0,25%. Nell'ottone 'senza piombo', altri additivi come Bismuto o Silicio possono essere utilizzati in sostituzione del piombo, per rendere l'ottone più facile da lavorare (J Choucri e altri, 2019).

Tuttavia, poiché l'ottone "senza piombo" può ancora contenere fino a 0,251 TP2T, un po' di piombo può ancora essere rilasciato nell'acqua. Se l'acqua è stagnante, la quantità di piombo rilasciata può diventare sufficiente a violare le linee guida per l'acqua potabile sicura (DQ Ng e YP Lin, 2016).

Quindi i consumatori dovrebbero preoccuparsi di essere esposti al piombo delle macchine per caffè espresso?

"Onestamente, no", dice Teahan. "I problemi principali con il piombo sono con lo sviluppo del bambino", sottolinea. "Una volta raggiunta l'età in cui stai bevendo caffè, sei praticamente a posto."

Mentre ci sono stati storie di paura circa il piombo trovato nel caffè dei bar, ricerche più sistematiche hanno dimostrato che l'esposizione al piombo del caffè è piuttosto bassa (EPA danese, 2015). Secondo lo studio, ciò che c'è nel caffè sembra provenire dal caffè stesso, piuttosto che dall'attrezzatura. "Indipendentemente dal metodo di preparazione utilizzato, tutto il piombo presente nei chicchi di caffè è stato estratto [nel] caffè preparato... Non vi era alcuna indicazione che il piombo fosse estratto dalle apparecchiature per la produzione di birra fatta in casa".

I ricercatori non hanno testato specificamente le macchine per caffè espresso, ma hanno scoperto che i caffè dei caffè in Danimarca avevano un contenuto di piombo simile ai caffè dei produttori di birra casalinghi. "L'assunzione di piombo dal caffè è bassa rispetto all'assunzione da altre fonti alimentari e non costituisce una parte importante dell'assunzione alimentare totale di piombo", concludono.

È probabile che altre fonti di piombo siano più importanti e la principale fonte di esposizione al piombo per i bambini negli Stati Uniti è la polvere domestica (CDC USA, 2017). In effetti, anche solo la scelta della tazza da cui bere il caffè può essere sufficiente a far sì che l'esposizione al piombo superi il livello di dose massima consentita della California (GL Anderson et al, 2017).

Tuttavia, i baristi domestici devono essere un po' più attenti. Un progetto di ricerca del governo in Germania ha rilevato che alti livelli di piombo sono stati rilasciati dalle macchine per caffè espresso domestiche, soprattutto dopo decalcificazione (BfR, 2013). Poiché le macchine domestiche vengono utilizzate meno spesso, l'acqua resta in contatto anche con parti contenenti piombo per molto più tempo, il che può aumentare la quantità di piombo lisciviato nell'acqua. Per limitare l'esposizione, i ricercatori raccomandano di sciacquare le macchine prima dell'uso e di sciacquarle accuratamente dopo ogni decalcificazione processi.

E l'alluminio?

L'alluminio è abbastanza economico, leggero, resistente e con una buona termica conduttore — in many ways an ideal material for boilers. However, it is toxic if released into the water (C Exley, 2016), quindi dove viene utilizzato, è spesso rivestito o rivestito in acciaio. L'alluminio è tipicamente utilizzato solo per piccole caldaie in domestico machines, or for thermoblocks in superautomatic machines, where the conductivity is especially useful. However, it can’t be used anywhere that it would come into contact with acidic coffee, which could cause aluminium ions to be released.