Come l'N2O, un gas serra potente, contribuisce al riscaldamento globale e all'esaurimento dell'ozono.
Il protossido di azoto (N2O) è un gas serra di lunga durata che, insieme all'anidride carbonica e al metano, contribuisce in modo significativo al riscaldamento globale. Le sue emissioni, provenienti sia da fonti naturali che da attività umane come l'agricoltura e l'industria, sono in costante aumento e rappresentano una minaccia crescente per il nostro pianeta.
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Gli aumenti dell'abbondanza di gas serra atmosferici dalla rivoluzione industriale sono principalmente il risultato dell'attività umana e sono in gran parte responsabili degli aumenti osservati della temperatura globale
L'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) definisce la forzatura climatica
L'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) definisce la forzatura climatica come "Una perturbazione imposta dall'esterno nel bilancio energetico radiativo del sistema climatico terrestre, ad esempio attraverso cambiamenti nella radiazione solare, cambiamenti nell'albedo terrestre o cambiamenti nei gas atmosferici e nelle particelle di aerosol.”
Pertanto, la forzatura climatica è un "cambiamento" nello status quo. L'IPCC prende come riferimento l'era preindustriale (scelta come anno 1750), anche se alcuni sostengono che il 1800 sia più rappresentativo. La perturbazione alla forzatura climatica diretta (denominata anche "forzante radiativo") è la forzatura relativa ai cambiamenti nell'abbondanza globale atmosferica di gas serra a lunga vita e ben miscelati, in particolare, il carbonio biossido (CO2), metano (CH4), protossido di azoto (N2O) e composti alogenati (principalmente CFC).
Il protossido di azoto (N2O)
Il protossido di azoto, come l'anidride carbonica, è un gas serra di lunga durata che si accumula nell'atmosfera. Negli ultimi 150 anni, le crescenti concentrazioni atmosferiche di N2O hanno contribuito all'esaurimento dell'ozono stratosferico e al cambiamento climatico.
Il protossido di azoto rappresenta circa il 7% del forzante radiativo. È il terzo contributo individuale più importante alla forzatura combinata. N2O viene emesso nell'atmosfera sia da fonti naturali (circa il 60%) che da fonti antropogeniche (circa il 40%).
La frazione molare di N2O mediata a livello globale nel 2019 ha raggiunto 332,0±0,1 ppb, con un aumento di 0,9 ppb rispetto all'anno precedente e del 123% del livello preindustriale (270 ppb).
Frazione molare N2O media globale e suo tasso di crescita. (WMO GREENHOUSE GAS BULLETIN N.16, 23 novembre 2020)
Le emissioni globali di N2O indotte dall'uomo, che sono dominate dall'aggiunta di azoto ai terreni coltivati, sono aumentate del 30% negli ultimi quattro decenni
Il crescente utilizzo di fertilizzanti azotati per le coltivazioni agricole alimentari sta aumentando le concentrazioni atmosferiche di ossido di diazoto, un gas serra 300 volte più dannoso dell'anidride carbonica e che può rimanere in atmosfera senza degradare per oltre 100 anni.
Lo studio, pubblicato su Nature, condotto dalla Auburn University (USA), aveva l’obiettivo di fare un bilancio globale di tutte le fonti di N2O.
I risultati mostrano che le emissioni di protossido di azoto aumentano più rapidamente di qualsiasi scenario di emissioni di CO2 sviluppato dall'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), una situazione che se non verrà contenuta potrebbe portare a un aumento della temperatura media globale ben oltre i 3 °C rispetto ai livelli preindustriali - mentre gli accordi di Parigi del 2015 mirano a limitare il riscaldamento a meno di 2 °C, idealmente addirittura a non più di 1,5 °C.
Lo studio indica che, globalmente, l'N2O è aumentato del 20% rispetto ai livelli preindustriali.
Il motore principale dell'aumento di protossido di azoto atmosferico è l'agricoltura, e la crescente domanda di alimenti e di mangimi per animali aumenterà ulteriormente le emissioni globali nel prossimo futuro.
L'N2O è un gas a effetto serra (come la CO2) di lunga durata ed è attualmente anche il più significativo agente indotto dall'uomo che impoverisce l'ozono stratosferico, che è il nostro unico scudo contro la maggior parte delle radiazioni ultraviolette del Sole.
Distruzione catalitica di O3 ad opera degli ossidi d'azoto
La distruzione catalitica dell’ozono avviene anche in assenza di inquinamento poiché piccole quantità di molecole sono sempre presenti nell’atmosfera. Una molecola presente naturalmente nell’atmosfera è l’ossido di azoto NO, che è un radicale libero prodotto nella stratosfera dall’ossido nitroso N2O (o protossido d’azoto).
N2O viene prodotto nella troposfera da processi antropici e naturali legati al ciclo dell’azoto e poiché non esistono pozzi efficienti nella troposfera, viene portato ad alte quote dalle correnti ascensionali ed è presente anche nella stratosfera. La reazione più interessante di questo gas riguarda collisioni con ossigeno atomico in uno stato eccitato a formare molecole stabili
N2O + O* → N2 + O2
tuttavia avviene anche la reazione che porta alla formazione di ossido di azoto
N2O + O* → 2 NO
se pur in misura modesta.
Nel caso in cui questa reazione avvenga nella troposfera l’ossido di azoto NO riesce difficilmente a raggiungere la stratosfera, perché si trova in equilibrio con NO2 che subisce una reazione di ossidazione ad acido nitrico che coinvolge il radicale ossidrile OH.
L’acido nitrico è molto solubile in acqua, si scioglie nelle goccioline di acqua atmosferica ed è allontanato dall’aria attraverso le piogge acide. Le molecole di NO così formatesi nella stratosfera agiscono efficacemente come catalizzatore nella reazione di distruzione catalitica dell’ozono.
Le Fonti di Emissione del Protossido di Azoto e le Strategie per la Riduzione
Il protossido di azoto (N2O) è un potente gas serra con importanti impatti sull'ambiente e sul cambiamento climatico. Le sue emissioni provengono da una varietà di fonti naturali e antropiche.
Le emissioni naturali di protossido di azoto sono principalmente legate a processi biologici e geologici. I principali contribuenti naturali sono la decomposizione della materia organica nei suoli e negli oceani. Questo processo è parte del ciclo naturale dell'azoto, dove i microrganismi nel suolo e nell'acqua trasformano l'azoto in varie forme, inclusa quella di protossido di azoto. Le emissioni da vulcani e sorgenti termali costituiscono un'altra fonte naturale di N2O.
Le attività umane hanno notevolmente aumentato le emissioni di N2O. L'uso di fertilizzanti azotati è una delle maggiori cause di emissioni. Quando i fertilizzanti vengono applicati ai campi, i microrganismi nel suolo convertono una parte dell'azoto in protossido di azoto. Inoltre, la coltivazione del riso e l'allevamento di bestiame contribuiscono anch'essi a queste emissioni.
I processi industriali, come la produzione di acido nitrico e fertilizzanti, emettono significative quantità di N2O.
L'uso di combustibili fossili come carbone, petrolio e gas naturale per la produzione di energia e il riscaldamento genera emissioni di N2O, sebbene in quantità minori rispetto all'agricoltura e all'industria.
Le emissioni indotte dall'uomo per le coltivazioni sono aumentate del 30% in quarant'anni, che in termini quantitativi significa 7,3 milioni di tonnellate di azoto l'anno. In volume, le maggiori emissioni (imputabili ad agricoltura e industria) provengono dall'Asia orientale, dall'Asia meridionale, dall'Africa e dal Sud America; Cina, India e Stati Uniti sono i Paesi che emettono di più da fertilizzanti sintetici; le emissioni derivanti dall'utilizzo di letame di bestiame come fertilizzante sono prevalenti in Africa e Sud America. I più elevati tassi di crescita delle emissioni si registrano nelle economie emergenti, in particolare Brasile, Cina e India, dove la produzione agricola e il numero di capi di bestiame sono in costante e notevole aumento.
Fa eccezione l'Europa, dove le emissioni di N2O sono diminuite sia in agricoltura, sia nell'industria chimica, grazie a una combinazione di fattori, comprese misure volontarie per rimuovere il protossido di azoto dai gas di combustione nell'industria del nylon e per ridurne l'uso agricolo in molti Paesi dell'Europa occidentale.
Per affrontare le emissioni di protossido di azoto, è fondamentale implementare strategie efficaci in vari settori.
L'adozione di pratiche agricole sostenibili può ridurre significativamente le emissioni di N2O. Tra queste pratiche vi sono l'uso ottimale dei fertilizzanti, la rotazione delle colture e la coltivazione senza aratura, che aiutano a migliorare l'efficienza dell'azoto nel suolo e a ridurre le perdite di protossido di azoto.
Migliorare le tecniche di gestione dei rifiuti organici e dei liquami. Ad esempio, il trattamento anaerobico dei rifiuti può catturare il protossido di azoto e altri gas serra prima che vengano rilasciati nell'atmosfera.
L'industria può adottare tecnologie avanzate per ridurre le emissioni di N2O. Questo include l'implementazione di catalizzatori e altre tecnologie di abbattimento delle emissioni durante i processi produttivi.
Passare a fonti di energia rinnovabile, come l'energia solare e eolica, può ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e quindi le emissioni di N2O associate alla combustione.
WMO GREENHOUSE GAS BULLETIN N.16, 23 novembre 2020
Ivo Cacelli – chimica ambientale I - Chimica della stratosfera e ruolo dell’ozono – 2020
Tian, H., Xu, R., Canadell, J.G. et al. A comprehensive quantification of global nitrous oxide sources and sinks. Nature 586, 248–256 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2780-0
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