Geo-engineering, microalghe marine e stabilizzazione del clima nel 21st secolo di Charles H. Greene et alii. parte I

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livello medio
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ARGOMENTO: EMERGENZE CLIMATICHE
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: geoingegneria

libera traduzione – per lo studio originale in lingua inglese  seguite il seguente link: Original article published 21 March 2017 – DOI: 10.1002/2016EF000486 

Estratto
Al Summit di Parigi, le Nazioni hanno fissato obiettivi ambiziosi per stabilizzare la temperatura media del Pianeta. Per raggiungere questi obiettivi, si dovrà ridurre le emissioni di anidride carbonica a quasi zero entro la metà del secolo e successivamente rimuovere (n.d.r. … vedremo come) l’emissione di CO2 dall’atmosfera durante la seconda metà del secolo. Vi è quindi una necessità riconosciuta di sviluppare tecnologie per la rimozione di CO2; tuttavia, i tentativi di sviluppare sistemi per tale riduzione hanno affrontato sia i vincoli energetici che finanziari.

Recentemente, BioEnergy con Carbon Capture and Storage (BECCS) sono apparsi come probabili candidati per la rimozione della CO2 dall’atmosfera. Tuttavia, la BECCS può avere conseguenze negative sulla Terra, sulla nutrizione e sull’uso dell’acqua, nonché sulla biodiversità e sulla produzione alimentare. In questo articolo, liberamente tradotto e di cui si consiglia la lettura in originale, si parla di un approccio alternativo basato sulla produzione industriale su larga scala di micro alghe marine.

Vedremo che, quando coltivate ​​con un’attenzione adeguata alle fonti di energia, di carbonio e di nutrienti, le micro alghe possono essere trasformate per produrre una varietà di prodotti di biopetrolio, compresi i biocarburanti neutri al carbonio per il settore dei trasporti e materiali di costruzione a lungo termine e potenzialmente carbon-negativi per l’ambiente. Oltre a questi ruoli diretti, che consentono di mitigare e potenzialmente invertire gli effetti delle emissioni di CO2 fossile, le micro alghe possono svolgere un ruolo indiretto importante.

Poiché le micro alghe presentano tassi di produzione primari molto più elevati di quelli terrestri, richiedono molto meno spazio per produrre una quantità equivalente di bioenergia e / o cibo. Su scala globale, la riduzione delle emissioni risultanti dalla spostamento dell’agricoltura convenzionale possono superare i vantaggi dei biocarburanti micro algici per la  stabilizzazione del clima.

La sfida per raggiungere gli obiettivi climatici fissati al COP 21 di Parigi

Dalla sua nascita, nel 1988, il Pannello Intergovernativo sui Cambiamenti Climatici (IPCC) ha compiuto notevoli progressi nel determinare quali azioni debbano essere adottate per evitare perturbazioni antropiche pericolose con il sistema climatico [Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (UNFCCC), 1992). Sulla base dei risultati della quinta relazione di valutazione dell’IPCC (IPCC, 2013), 195 nazioni hanno concordato alla 21a Conferenza delle parti della UNFCCC (COP21) di Parigi di limitare l’aumento della temperatura globale media a non più di 2° C  ai livelli preindustriali e ad intraprendere ulteriori sforzi per limitare l’aumento a meno di 1,5° C [Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici (UNFCCC), 2015]. L’accordo COP21 è stato un notevole risultato politico, fissando obiettivi ambiziosi, ma sia necessari che raggiungibili per prevenire pericolosi disordini climatici [Schellnhuber et al., 2016].

In termini di necessità, il limite superiore di 2° C è stato fissato con l’intento di impedire alla nostra civiltà di lasciare quel margine relativamente sicuro in cui la civiltà umana si è evoluta dall’Olocene [Rockstrom et al., 2009]. Se ci spostassimo anche di poco al di sopra di un aumento dei 2° C, il sistema Terra diventerebbe vulnerabile a cambiamenti non lineari e potenzialmente irreversibili a molti dei suoi importanti elementi di equilibrio [Lenton et al., 2008], compreso la completa perdita dei ghiacci marini estivi in Artico e lo scongelamento della Groenlandia, del ghiaccio antartico occidentale e della maggior parte dei ghiacciai alpini del mondo [Lenton, 2012; Schellnhuber et al., 2016].

Il successivo aumento del livello del mare a causa di questo fenomeno minaccerebbe la sopravvivenza di molte città costiere e delle isole, mentre le siccità, le inondazioni e i regimi estremi causati dal clima comprometterebbero la sicurezza alimentare globale e la biodiversità [Hansen et al., 2016; Schellnhuber et al., 2016]. Anche mantenendosi al limite inferiore, con un aumento di temperatura di 1,5 ° C, si prevedono impatti significativi di cambiamento climatico, tra cui un aumento di un metro di altezza del livello del mare [Hansen et al., 2016; Schellnhuber et al., 2016].

Diagramma del ciclo del carbonio Il ciclo del carbonio è il ciclo biogeochimico attraverso il quale il carbonio viene scambiato tra la geosfera (all’interno della quale si considerano i sedimenti e i combustibili fossili), l’idrosfera (mari e oceani), la biosfera (comprese le acque dolci) e l’atmosfera della Terra. Tutte queste porzioni della Terra sono considerabili a tutti gli effetti riserve di carbonio. Il ciclo è infatti solitamente inteso come l’interscambio dinamico tra questi quattro distretti. I numeri neri indicano la riserva di carbonio in ogni distretto, in miliardi di tonnellate. I numeri viola indicano quanto di questo carbonio viene mobilizzato ogni anno da una riserva all’altra. L’immagazzinamento di carbonio nella biosfera è influenzato da diversi processi che si attuano su varie scale temporali: mentre la produttività primaria netta segue un ciclo diurno e stagionale. Cambiamenti in questi bacini di carbonio a lungo termine (a seguito della deforestazione, o attraverso cambiamenti nella respirazione del suolo legati alla temperatura) possono influenzare direttamente il riscaldamento globale – Il flusso annuale di CO₂ in GigaTons (Gt) o miliardi di tonnellate tra ciascuno dei serbatoi della Terra. Ogni serbatoio funge sia da fonte che da pozzo per il carbonio, come indicato dalle frecce opposte. Il carbonio rilasciato dalla combustione di combustibili fossili è un contributo sbilanciato al bilancio globale del carbonio – credito NASA

In termini di raggiungibilità di questi obbiettivi, alcuni analisti geopolitici considerano gli obiettivi climatici concordati al COP21 aspirazioni poco realistiche, mentre altri hanno affermato che siano completamente inaccettabili [Victor and Kennel, 2014; Geden, 2015; Boucher et al., 2016]. Riteniamo che questi obiettivi siano raggiungibili; tuttavia, per raggiungerli dovranno essere limitate le emissioni di CO₂ (Allen et al., 2009; Meinshausen et al., 2009], nonché la quantità di combustibile fossile che dovranno essere bruciate [McGlade e Ekins, 2015; Agenzia internazionale per l’energia (IEA), 2016] durante il resto di questo secolo. Alla Quarta relazione di valutazione dell’IPCC (IPCC, 2007) è emerso che sarà necessario limitare l’aumento della temperatura media globale a 2 ° C o anche meno solo riducendo le emissioni di CO₂ a quasi zero entro la metà del secolo per poi  ricercare emissioni negative durante la seconda metà del secolo [Greene et al., 2010a, 2010b; IPCC, 2013; Edenhofer et al., 2014; Rogelj et al., 2015].

Nella maggior parte dei dibattiti, le tecnologie di geoengineering sono rientrate in due categorie generali: la gestione delle radiazioni solari (SRM) e la rimozione di anidride carbonica (CDR) [Royal Society, 2009; questa edizione]. La SRM è il fattore più controverso essendo un approccio all’intervento climatico che altera il bilancio delle radiazioni terrestri per controbilanciare l’effetto di riscaldamento dei gas serra. Al contrario, la CDR lo è meno, essendo un approccio di rimediazione che riduce direttamente la concentrazione di CO2 atmosferica ai livelli più bassi. Mentre le tecnologie SRM possono impedire il riscaldamento serra, le tecnologie CDR offrono una soluzione più completa per stabilizzare il sistema climatico della Terra. È per questo che, in questo articolo,  ci concentreremo solo su CDR e sulle relative tecnologie.

I CDR (Rimozione del CO₂ ) sono metodi tecnologici per ridurre la quantità di anidride carbonica in atmosfera riducendo l’effetto serraCarbon dioxide removal from the atmosphere (slideshare.net)

Carbon Dioxide Removal (CDR)
Le tecnologie associate al CDR sono frequentemente scontate a causa delle “sfide tecniche e delle grandi incertezze che circondano la loro diffusione su grande scala” [Royal Society, 2009]. Sebbene le tecnologie CDR potrebbero richiedere più tempo per affermarsi a livello globale, offrono una soluzione più completa al problema della stabilizzazione del clima rispetto alle tecnologie SRM. Molte delle tecnologie CDR proposte possono essere considerate come estensioni alle tecnologie di mitigazione convenzionali attualmente in esame per ridurre le emissioni di CO2 nell’atmosfera. Così, la linea tra mitigazione e rimeditazione sta diventando sempre più sfocata. La tecnologia CDR più diffusa usa sistemi di cattura dell’aria su larga scala (DAC) per rimuovere la CO2 dall’atmosfera [Keith et al., 2006; Jones, 2009]. Tali sistemi DAC condividono molte analogie con la tecnologia di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) che viene sviluppata per rimuovere la CO2 dai flussi di emissione di centrali elettriche a carbone e gas. Sia le tecnologie DAC che CCS espongono le miscele di gas, le emissioni di aria o di energia elettrica, ad un materiale sorbente che assorbisce in maniera selettiva la CO2. Il materiale viene successivamente trattato, chimicamente e/o termicamente, per rigenerare il filtrante e produrre un flusso concentrato di CO2, che può essere immagazzinato o utilizzato industrialmente. Una critica comune dei sistemi di DAC basati su questi filtri è che sono costosi a causa dell’energia che comporta la rimozione di un gas molto diluito (CO2: ~ 400 ppm) dall’aria [American Physical Society (APS), 2011; House et al., 2011]. In principio, tali sistemi richiedono di esporre grandi quantità di aria a grandi aree filtranti superficiali. In alternativa, le superfici di cattura con aree di superficie più piccole possono essere utilizzate se il materiale viene rigenerato più frequentemente. Le stime dei costi per l’utilizzo dei sistemi DAC per rimuovere CO2 a concentrazioni atmosferiche ambientali vanno da < 100 $ / ton a> 1000 $ / ton (American Physical Society, APS), 2011; Holmes e Keith, 2012].BioEnergy

Con il CCS
Nel contesto di riconoscere la necessità di CDR affrontando i vincoli energetici e finanziari sui sistemi DAC è emerso il concetto di BioEnergy con la cattura e lo stoccaggio del carbonio (BECCS) attraverso un sistema per la stabilizzazione del clima [Clarke et al., 2014; Edenhofer et al., 2014; Williamson, 2016]. Sebbene il concetto possa essere rintracciato  dal 1998 [Hickman, 2016], BECCS si è affermato come sistema leader dopo il rilascio dei contributi del gruppo di lavoro al V rapporto di valutazione dell’IPCC (Clarke et al., 2014).

BECCS in un diagramma –bioenergy with carbon capture and storage (BECCS) | Law-In-Action

Ponendosi a metà tra la mitigazione e il geoengineering, BECCS offre diversi vantaggi. In primo luogo, utilizza la fotosintesi per catturare la CO₂ direttamente in atmosfera, generando l’energia immagazzinata sotto forma di biomassa. Quando la biomassa viene bruciata in una centrale elettrica per generare forme più utili di energia, le emissioni di CO₂ possono essere catturate e immagazzinate, producendo emissioni negative. Purtroppo, quasi tutti gli studi condotti su BECCS si sono concentrati sulle sole fonti terrestri di bioenergia (Lenton, 2014) e molti hanno concluso che questo approccio può avere conseguenze negative sulla Terra, sull’alimentazione nutrizionale, sull’acqua e sulla biodiversità, e la produzione alimentare [Searchinger et al., 2015; Smith et al., 2016].

A nostro avviso, la grandezza e la portata dei cambiamenti ambientali associati a BECCS, attuabili su scala globale, sembrano essere paragonabili o superiori a quelli associati a molte delle tecnologie di geo-engineering proposte.

Fine Parte I – continua

Reference
EARTH’s Future article published 21 March 2017 – DOI: 10.1002/2016EF000486 – open access 

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