Il protossido di azoto è uno dei principali gas a effetto serra emessi dalle attività umane.

Il protossido di azoto (N2O) è uno dei principali gas a effetto serra emessi dalle attività umane quali l'agricoltura, l'industria e la combustione del carburante.

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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

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 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.

 

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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