1 Dicembre 2021

L’elefante nella stanza

Prima di addentrarci nell’intricata e oscura foresta delle fonti energetiche, conosceremo uno dei principali protagonisti che ci sta spingendo, anche con una certa urgenza, ad attuare una nuova transizione. Esistono ancora oggi alcune persone che considerano le fonti naturali di anidride carbonica come la prova incontrovertibile che le quantità di questo gas, immesse in atmosfera dall’uomo, non siano un problema. Purtroppo, questo tema è molto più complesso di quanto si possa pensare e l’anidride carbonica è il vero e proprio elefante nella stanza. 

Per avere una migliore consapevolezza su questo argomento è necessario prima chiedersi: cos’è l’effetto serra? Come funziona il ciclo del carbonio? Quali sono gli effetti dell’anidride carbonica? Cosa possiamo fare per mitigare questo problema? In questo articolo cercheremo di rispondere a queste domande. 


 

L’effetto serra

La sottile atmosfera terrestre vista dallo spazio

Al contrario di ciò che talvolta viene evidenziato da alcuni mass-media, l’effetto serra non è causato solo ed esclusivamente dall’uomo. In realtà, si tratta di un fenomeno naturale di regolazione della temperatura, che avviene in corpi celesti dotati di atmosfera. Quest’ultima, se contiene alcuni gas, detti gas serra (H2O, CO2, N2O, CH4, SF6, e altre molecole di minor importanza), è in grado di trattenere e accumulare una parte dell’energia proveniente dalla stella attorno alla quale orbita quel pianeta o satellite. 

Oltretutto, la CO2 non è neppure il principale artefice dell’effetto serra. La prima causa, infatti, è l’insospettabile vapore acqueo. Esso contribuisce a originarie circa il 50% del fenomeno, le nuvole il 25%, la CO2 il 20% e i gas rimanenti (principalmente metano, ozono e azoto) il restante 5%. Il vapore acqueo ha la caratteristica di essere un gas condensabile e dipendente dalla temperatura. L’anidride carbonica e gli altri gas, al contrario, sono l’architrave dell’effetto serra perché non sono condensabili e hanno lunghi tempi di permanenza in atmosfera. Essi innescano un importante meccanismo: se  aumenta la loro concentrazione, aumenta la temperatura e, di conseguenza, anche la quantità di vapore acqueo.

 

Oltre all’anidride carbonica è doveroso menzionare anche il metano. È vero che questa molecola è presente in percentuali molto minori rispetto alla CO2 ma, nei primi 20 anni dall’emissione, è anche 72 volte più potente di quest’ultima. Oggi grandi quantità di metano sono disciolte sia nei sedimenti oceanici, sotto forma di idrati di metano, sia nel permafrost. Se la temperatura continuasse a salire e questi depositi venissero liberati in atmosfera, il riscaldamento globale sarebbe ulteriormente accentuato, con conseguenze devastanti. 

 

Il ciclo del carbonio 

Nel corso delle ere geologiche, sono avvenuti lenti e profondi mutamenti nei rapporti tra il nostro pianeta e l’energia prodotta dal sole, che hanno provocato graduali cambiamenti nell’organizzazione della materia.

Rapporti via via più complessi di natura fisica, chimica e biologica si sono instaurati tra litosfera, idrosfera, atmosfera e biosfera, assumendo col tempo un andamento ciclico. 

Questi cicli, chiamati biogeochimici, hanno raggiunto gradualmente uno stato di equilibrio dinamico.


In particolare, la CO2 atmosferica rientra nel cosiddetto ciclo del carbonio. Tale elemento chimico è di fondamentale importanza, dato che tutta la vita sulla Terra si basa su di esso. Il carbonio presenta una fase biologica e una inorganica. Quest’ultima è costituita da due pool di riserva (due grandi comparti ambientali in cui l’elemento non è immediatamente disponibile per gli organismi e in cui gli scambi sono poco attivi): l’atmosfera/idrosfera e la litosfera. 

Il ciclo del carbonio

Per quanto riguarda l’atmosfera, oggi la CO2 ha una concentrazione di 417 ppm (parti per milione). Tale parametro può localmente oscillare in rapporto alla vegetazione e al tasso di fotosintesi. 

Nell’idrosfera, invece, il carbonio è presente in quantità circa 60 volte superiori rispetto al comparto precedente e si manifesta sotto forma di carbonato, bicarbonato o altre forme di minore importanza. Tra l’atmosfera e le superfici dei laghi e del mare esiste uno scambio continuo, che è più o meno intenso a seconda della concentrazione di CO2 gassosa. In particolare, gli oceani rilasciano in atmosfera circa 90 miliardi di tonnellate di anidride carbonica, ma ne assorbono da essa 92 miliardi. 

La quantità di CO2 fissata dalla vegetazione varia in maniera cospicua da regione a regione. Nelle foreste tropicali, ovviamente viene consumata più CO2 rispetto alla tundra e alle zone aride. In generale le piante, con la fotosintesi, assorbono 140 miliardi di tonnellate di anidride carbonica e ne emettono 59 con la respirazione e 58 con la decomposizione. 

Il carbonio che circola tra i comparti appena citati è pochissimo in confronto a quello presente nella litosfera. In questo pool di riserva è stata stimata una massa pari a 20×10^15 tonnellate, sotto forma di depositi organici fossili, formati nel corso di centinaia di migliaia di anni. 

 

L’uomo: un cliente scomodo 

La complicata e noiosa spiegazione precedente, risulterà subito più interessante non appena inseriremo le attività umane all’interno dell’equazione. In altre parole, l’equilibrio del ciclo è stato alterato dall’estrazione del carbonio presente nel pool di riserva e dalla sua emissione in atmosfera, mediante l’utilizzo dei combustibili fossili. I comparti ambientali non sono adeguati a gestire una quantità così elevata di carbonio, immessa in così poco tempo. La CO2, pertanto, si accumula e contribuisce maggiormente all’effetto serra. Ogni anno, a causa delle attività antropiche, viene liberata in atmosfera una quantità di CO2 pari a 35 miliardi di tonnellate. Le conseguenze sono sotto gli occhi di tutti. Per esempio, l’aumento progressivo di CO2 nell’atmosfera e quindi di bicarbonato nel mare, ha causato l’acidificazione degli oceani. Si ritiene che questo fenomeno la causa della morte delle barriere coralline, osservata negli ultimi anni in numerose zone tropicali del nostro pianeta.

 

La deforestazione

Oltre all’utilizzo dei combustibili fossili, un’altra causa dell’aumento della CO2 in atmosfera è la massiccia deforestazione. Le foreste sono aree importanti per il ciclo del carbonio poiché sono una delle entrate al pool di riserva. Innanzitutto, il metodo più semplice per deforestare e per poter creare campi da coltivare è l’utilizzo del fuoco. In questo modo, oltre ad essere liberata CO2 con gli incendi, si perde una enorme quantità di piante in grado di trattenere questo gas. Inoltre, il carbonio non entra più nel pool di riserva perché i raccolti vengono asportati dai campi e poiché è più marcato il fenomeno di erosione del suolo, che impedisce l’accumulo di questo elemento. 

 

Amiche piante 

Per dare un’idea del fenomeno della deforestazione è interessante citare ciò che ha raccontato Stefano Mancuso, botanico e professore all’Università di Firenze, durante una sua lectio magistralis.

Prima della nascita dell’agricoltura, è stato stimato che sul nostro pianeta esistevano 6 mila miliardi di alberi. Oggi ne sono stati contati la metà e ogni anno ne perdiamo 15 miliardi (saldo netto). In particolare, dal 1800 ad oggi abbiamo completamente distrutto la foresta che ricopriva l’intera Europa e, come abbiamo visto nell’articolo precedente, la transizione energetica dalla legna al carbone è avvenuta proprio per questo motivo: non abbiamo più alberi. 

 

La Foresta Amazzonica

Se volessimo iniziare a ridurre le quantità in eccesso di anidride carbonica in atmosfera, dovremmo sicuramente attuare una nuova transizione energetica, ma sarebbe necessario anche ripiantare tutti gli alberi che abbiamo tagliato in questi anni. Mancuso suggerisce di piantare circa mille miliardi di alberi, che sarebbero sarebbe sufficienti per invertire il trend e per poter osservare un calo tangibile della CO2. Se dividessimo questo numero di alberi per la popolazione mondiale scopriremmo che l’Italia, per fare la sua parte, dovrebbe piantarne 2 miliardi. Significherebbe aumentare la superficie boscata italiana del 20%. Qualcuno potrebbe chiedersi “abbiamo lo spazio sufficiente per fare ciò?”. La risposta è affermativa. Nel nostro paese abbiamo 3.5 milioni di ettari rimasti abbandonati dall’agricoltura, che potrebbero ospitare ben più di 2 miliardi di alberi. Questa sarebbe sicuramente una soluzione poco costosa che, al contempo, ridurrebbe anche il rischio idrogeologico, di cui oggi si sente parlare sempre più spesso. 

 

I sistemi di carbon capture

Le piante sono il miglior sistema naturale di cattura dell’anidride carbonica. Per accelerare questo processo, si stanno costruendo appositi impianti. Oggi nel mondo sono attivi 20 impianti di carbon capture. Il più famoso è quello islandese, chiamato Orca. È stato costruito nel giro di pochi mesi a partire dal dicembre 2020 e consiste in ventole che aspirano l’aria dall’esterno e la convogliano verso una particolare sostanza assorbente. La CO2 viene isolata, aggiunta all’acqua e pompata nel sottosuolo dove, raffreddandosi, si pietrifica tramite un processo chimico. 

Il grosso problema di questi impianti è la grande quantità di energia di cui hanno bisogno per completare il processo. Ovviamente l’utilizzo di questi sistemi diventerà conveniente solo quando ci serviremo di fonti di energia che non emettono CO2. Inoltre, per adesso, i costi sono estremamente elevati. La rimozione di una tonnellata di CO2 dall’aria costa dai 600 agli 800 dollari (500-700 euro). Più in generale, l’investimento per trasformare 4.000 tonnellate di anidride carbonica, è dell’ordine dei 15 milioni di dollari. 

Comunque, prima di immettere grandi quantità di questo gas nel sottosuolo, sono necessari attenti studi geologici. Non tutte le aree sono idonee allo stoccaggio della CO2. 

Prima di raccontare un progetto, sviluppato in Algeria, è doveroso ricordare che in Italia e nel mondo, la pratica di utilizzare i serbatoi geologici naturali è comune e viene fatta in tutta sicurezza. Questi siti contengono naturalmente fluidi, come il petrolio o il gas naturale, e sono costituiti da rocce porose (i pori vengono riempiti dal fluido) sovrastate da rocce impermeabili. Per esempio nel nostro paese, in estate vengono pompate nel sottosuolo grandi quantità di metano, che poi si estraggono in inverno per essere utilizzate. 

 

Il sito di In Salah, Algeria

Nel corso di un progetto dimostrativo sul sequestro della CO2, effettuato a In Salah in Algeria dal 2004 al 2008, sono state iniettate 3 milioni di tonnellate di anidride carbonica nel sottosuolo. Le domande a cui stavamo cercando di dare risposta erano molteplici: è possibile stoccare una grande quantità di CO2 nel sottosuolo? La CO2 può uscire dal deposito, tornando in superficie? Possono avvenire terremoti indotti?

La formazione rocciosa arenacea, destinata ad accogliere la CO2, era situata a 20 metri di profondità, aveva una porosità del 15% e si era formata nel Carbonifero. 

Dopo l’immissione di CO2 nelle rocce come fluido supercritico, è stata monitorata la deformazione del suolo attraverso una tecnica di interferometria radar, chiamata InSAR. È stato subito osservato un rigonfiamento della superficie di qualche millimetro spiegabile, secondo i modelli, con la formazione di una frattura, che coincideva con una possibile riattivazione di una faglia situata nella zona. È stato osservato che, oltre alla possibile formazione di terremoti indotti, la CO2 era riuscita a crearsi una via di fuga preferenziale per tornare in superficie, rendendo di fatto inutile la sua cattura. A causa delle crescenti preoccupazioni sull’integrità delle rocce di copertura, nel 2011 le iniezioni di CO2 sono state sospese. 

Questo progetto è stato comunque molto utile perché ha permesso di mettere a punto un sistema di verifiche sui serbatoi geologici utilizzati e per comprendere alcuni meccanismi, che si potrebbero verificare durante lo stoccaggio dell’anidride carbonica. 

Oggi oltretutto si tendono a sfruttare serbatoi geologici posti molto più in profondità, a qualche migliaio di metri. 

 

CO2 e transizione energetica 

In questo articolo abbiamo raccontato perché è assolutamente necessario smettere di utilizzare i combustibili fossili e di compiere una massiccia opera di deforestazione. Una delle tante soluzioni possibili per ridurre il riscaldamento globale è sicuramente la piantumazione di una grande quantità di alberi, che sono ottimi alleati per assorbire la CO2 in eccesso. Questo però non basta ed è altresì importante cambiare il nostro modo di produrre energia e modificare anche altri settori, che impattano sul clima. Nei prossimi capitoli di questa rubrica vedremo nel dettaglio molte fonti di energia. Partiremo innanzitutto dai combustibili fossili, spiegando nel dettaglio il loro impatto ambientale. Successivamente proseguiremo con l’approfondimento delle energie rinnovabili, del nucleare e dell’idrogeno, cercando di fornire una quantità di informazioni sufficienti ad acquisire un certo livello di consapevolezza nella lotta al cambiamento climatico. 

Per approfondire

 

Lorenzo Mori

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Lorenzo Mori

Studente del corso di laurea magistrale in Scienze e Tecnologie Geologiche all'Università di Pisa. Cerco, nel mio piccolo, di sensibilizzare le altre persone alla lotta al cambiamento climatico, curando la rubrica "Qui e ora" sul blog di Uni Info News.

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