Come l'N2O, un gas serra potente, contribuisce al riscaldamento globale e all'esaurimento dell'ozono.

I gas serra: Protossido di Azoto

(RDM-AI10_24)

Il protossido di azoto (N2O) è un gas serra che contribuisce al riscaldamento globale.

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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L'Effetto Serra: Un'Eredità Tossica dell'Era Industriale

Il Protossido di Azoto: Un Killer Silenzioso del Clima



L'Effetto Serra: Un'Eredità Tossica dell'Era Industriale

L'alba dell'era industriale ha segnato un punto di svolta per l'umanità, un'epoca di progresso e innovazione senza precedenti. Tuttavia, dietro la facciata luccicante del progresso, si cela un'ombra oscura: l'accumulo di gas serra nell'atmosfera, un'eredità tossica che minaccia di alterare il clima del nostro pianeta in modi irreversibili.

L'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), l'autorità scientifica mondiale sul clima, ha chiaramente identificato la causa principale di questo fenomeno: l'attività umana. L'uso massiccio di combustibili fossili, la deforestazione e l'agricoltura intensiva hanno portato a un aumento esponenziale dei gas serra, in particolare il biossido di carbonio (CO2), il metano (CH4) e il protossido di azoto (N2O).

L'IPCC definisce questo fenomeno come "forzatura climatica", una perturbazione dell'equilibrio energetico della Terra che sta causando un aumento delle temperature globali. I gas serra agiscono come una coperta, intrappolando il calore e alterando questo equilibrio.

La forzatura climatica è un "cambiamento" dello status quo, un'alterazione del clima che esisteva prima dell'era industriale. L'IPCC ha scelto il 1750 come anno di riferimento, un'epoca in cui l'influenza umana sul clima era ancora relativamente modesta. Tuttavia, alcuni sostengono che il 1800 sarebbe un anno più rappresentativo, poiché l'industrializzazione era già in pieno svolgimento.

La perturbazione più significativa della forzatura climatica diretta, nota anche come "forzante radiativo", è l'aumento dei gas serra a lunga vita e ben miscelati nell'atmosfera. Questi gas, invisibili ma potenti, stanno alterando la composizione dell'atmosfera e intrappolando sempre più calore.

Le conseguenze di questo fenomeno sono già evidenti: aumento delle temperature medie globali, scioglimento dei ghiacciai, innalzamento del livello del mare, eventi meteorologici estremi sempre più frequenti e intensi. L'effetto serra, un tempo un fenomeno naturale che ha reso possibile la vita sulla Terra, si è trasformato in una minaccia esistenziale.

Il Protossido di Azoto: Un Killer Silenzioso del Clima

Il protossido di azoto (N₂O), spesso trascurato nell'ombra della più famosa anidride carbonica, si rivela un nemico insidioso, un gas serra di lunga durata che si accumula nell'atmosfera.

L'N₂O ha incrementato la sua presenza nell'atmosfera negli ultimi 150 anni, contribuendo all'assottigliamento dello strato di ozono stratosferico e alimentando il cambiamento climatico con una forza subdola. Con una quota del 7% nel forzante radiativo, si posiziona come il terzo maggiore responsabile dell'alterazione del bilancio energetico terrestre.

La sua origine è un enigma a due facce: circa il 60% proviene da fonti naturali, un'impronta del ciclo della vita stessa, mentre il restante 40% è opera dell'uomo, un'eco delle nostre attività industriali e agricole. Nel 2023, la concentrazione globale di N₂O ha raggiunto un picco di 336,0 ppb, con un allarmante 123% in più rispetto ai livelli preindustriali.

Questo aumento, apparentemente modesto, è un campanello d'allarme che non possiamo ignorare. L'N₂O, con la sua persistenza e potenza, minaccia di accelerare il riscaldamento globale, di alterare i delicati equilibri degli ecosistemi e di compromettere il futuro delle prossime generazioni.

Frazione molare N2O media globale e suo tasso di crescita

Concentrazione media globale di N2O (a) e il suo tasso di crescita (b) dal 1984 al 2023. Gli aumenti nelle medie annuali successive sono mostrati come colonne ombreggiate in (b). La linea rossa in (a) è la media mensile con la variazione stagionale rimossa; in questo grafico, la linea rossa si sovrappone ai punti blu e alla linea blu che rappresentano le medie mensili. (fonte WMO

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.

 

L'impatto del protossido di azoto sull'ozono stratosferico e sul clima: Un confronto con CO₂ e metano

Il protossido di azoto (N₂O) è uno dei gas serra meno noti ma più potenti. Mentre le concentrazioni di N₂O nell'atmosfera sono inferiori rispetto ad altri gas serra come l'anidride carbonica (CO₂) e il metano (CH₄), il suo impatto sul clima e sull'ozono stratosferico è significativo.

L'impatto del N₂O sull'ozono stratosferico

Il N₂O è un potente agente di distruzione dell'ozono stratosferico. Quando il protossido di azoto raggiunge la stratosfera, viene scomposto dai raggi ultravioletti, liberando atomi di ossigeno e azoto. Questi atomi reagiscono con le molecole di ozono, riducendone la concentrazione e compromettendo lo strato di ozono che protegge la Terra dai dannosi raggi UV. La riduzione dello strato di ozono può portare a un aumento delle malattie oltre a danneggiare gli ecosistemi.

Il riscaldamento globale e il N₂O

Il protossido di azoto contribuisce significativamente al riscaldamento globale. Il suo potenziale di riscaldamento globale (Global Warming Potential, GWP) è circa 298 volte superiore a quello della CO₂ su un periodo di 100 anni. Questo significa che, molecola per molecola, il N₂O è molto più efficace nel trattenere il calore nell'atmosfera rispetto alla CO₂.

Confronto con CO₂ e metano

Anidride carbonica (CO₂): La CO₂ è il gas serra più noto e ha il maggior impatto sul riscaldamento globale a causa delle sue elevate concentrazioni atmosferiche. Tuttavia, il suo GWP è inferiore a quello del N₂O. La CO₂ viene emessa principalmente dalla combustione di combustibili fossili, dalla deforestazione e da altre attività umane.

Metano (CH₄): Il metano è un altro potente gas serra, con un GWP circa 25 volte superiore a quello della CO₂ su un periodo di 100 anni. Le emissioni di metano provengono da attività agricole (ad esempio, allevamento di bestiame), discariche, e estrazione di combustibili fossili. Sebbene il metano sia più potente della CO₂, il N₂O ha un impatto ancora maggiore sul riscaldamento globale per unità di massa.

 

 

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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