Impatto, cause e soluzioni di un gas serra sottovalutato: il metano
l metano, gas serra potente, accelera il riscaldamento globale, rappresentando il 16% del forzante radiativo, con 40% da fonti naturali e 60% da fonti antropiche.
Il metano, un gas serra potente e sottovalutato, sta accelerando il riscaldamento globale. Il metano rappresenta circa il 16% del forzante radiativo. Circa il 40% del metano è emesso nell'atmosfera da fonti naturali e circa il 60% proviene da fonti antropiche.
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Le temperature medie globali della superficie hanno infranto i record storici nel 2023 a 1,45 ± 0,12 °C al di sopra dei livelli preindustriali. Peggiorati dalla siccità indotta dai cambiamenti climatici, gli incendi boschivi canadesi hanno bruciato 18,5 milioni di ettari. Il mondo ha raggiunto la soglia di un aumento di 1,5 °C della temperatura media globale della superficie e sta solo iniziando a sperimentarne tutte le conseguenze.
Il metano (CH4) è il secondo gas serra antropogenico più importante dopo l'anidride carbonica. Ha contribuito al riscaldamento di 0,5 °C negli anni 2010 rispetto alla fine del 1800. È molto più potente della CO2 con un potenziale di riscaldamento globale 30 volte superiore alla CO2 .
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Il Metano: un Nemico Invisibile, un Impatto Inequivocabile
il 2024 è stato un anno da record per le temperature globali. Secondo la NASA è stato l'anno più caldo mai registrato, con temperature globali superiori di 1,28°C rispetto alla media del XX secolo
In questo scenario allarmante, un nemico silenzioso si fa strada: il metano (CH4), un gas serra insidioso e potente, secondo solo all'anidride carbonica (CO2) per impatto sul clima.
Il metano, con il suo potenziale di riscaldamento 30 volte superiore alla CO2, ha già contribuito ad un aumento di 0,5°C delle temperature globali. Questo gas, in parte di origine naturale, è prevalentemente generato dalle attività umane, con un 60% delle emissioni attribuibili a settori come l'agricoltura intensiva, l'estrazione di combustibili fossili e la gestione dei rifiuti.
L'agricoltura, con i suoi allevamenti di bestiame e le risaie, rappresenta una delle principali fonti di metano. Anche l'industria dei combustibili fossili, con le sue perdite di gas durante l'estrazione e il trasporto, contribuisce in modo significativo. Infine, le discariche, con la decomposizione dei rifiuti organici, rilasciano ingenti quantità di questo gas nell'atmosfera.
Il metano agisce come una spugna, assorbendo il calore infrarosso emesso dalla Terra e intrappolandolo nell'atmosfera. Questo fenomeno, noto come effetto serra, porta ad un aumento delle temperature globali, con conseguenze devastanti per il nostro pianeta.
Tuttavia, a differenza della CO2, che permane nell'atmosfera per secoli, il metano ha una vita più breve, circa 9 anni. Questo significa che una riduzione delle emissioni di metano può portare a risultati tangibili in tempi relativamente brevi, offrendo una speranza concreta per mitigare i cambiamenti climatici.
La sfida è enorme, ma le soluzioni esistono. Dobbiamo ripensare i nostri modelli di produzione e consumo, investire in tecnologie innovative e adottare pratiche agricole sostenibili. La riduzione delle emissioni di metano non è solo una necessità, ma un'opportunità per costruire un futuro più verde e resiliente.
La frazione molare di aria secca superficiale del metano atmosferico ( CH4 ) ha raggiunto 1857 ppb nel 2018, circa 2,6 volte superiore al suo valore di equilibrio preindustriale stimato nel 1750.
Questo aumento è attribuibile in gran parte all'aumento delle emissioni antropiche derivanti principalmente dall'agricoltura (ad es. produzione di bestiame, coltivazione del riso, combustione di biomassa), produzione e uso di combustibili fossili, smaltimento dei rifiuti e alterazioni dei flussi naturali di metano dovute all'aumento delle concentrazioni atmosferiche di CO2 e al cambiamento climatico.
Il CH4 atmosferico assorbe maggiormente la radiazione termica infrarossa emessa dalla Terra rispetto all'anidride carbonica (CO2).
Le emissioni di CH4 contribuiscono alla produzione di ozono, vapore acqueo stratosferico e CO2e. Il metano ha una vita breve nell'atmosfera (circa 9 anni); quindi una stabilizzazione o riduzione delle emissioni di CH4 porta rapidamente, in pochi decenni, ad una stabilizzazione o riduzione della sua concentrazione atmosferica e quindi del suo forzante radiativo. La riduzione delle emissioni di CH4 è quindi riconosciuta come un'opzione efficace per una rapida mitigazione dei cambiamenti climatici, specialmente su scale temporali decennali, a causa della sua durata più breve rispetto alla CO2.
Metano: tra natura e attività umane
Il metano, una molecola semplice ma potente, è un gas che gioca un ruolo cruciale nel nostro pianeta. La sua presenza è legata a processi tanto naturali quanto antropici, rendendolo un elemento chiave per comprendere le dinamiche ambientali e climatiche.
Un'origine duplice: biogenica e termogenica
Il metano nasce da due processi fondamentali: quello biogenico e quello termogenico. Il primo è il risultato della decomposizione della materia organica ad opera di microrganismi, gli Archaea metanogeni, in ambienti privi di ossigeno. Immaginate le profondità delle paludi, le risaie allagate, le discariche o l'interno degli stomaci degli animali: sono tutti luoghi in cui il metano biogenico prende vita.
Il metano termogenico, invece, è un prodotto delle profondità della Terra. La materia organica sepolta per milioni di anni si trasforma, sotto l'effetto del calore e della pressione, in questo gas che risale in superficie attraverso le fessure della crosta terrestre, sia in mare che sulla terraferma.
L'impronta umana: un'accelerazione pericolosa
Se questi processi naturali hanno sempre rilasciato metano nell'atmosfera, l'intervento umano ha amplificato notevolmente le emissioni. L'estrazione e la distribuzione di combustibili fossili, ad esempio, liberano grandi quantità di metano termogenico, contribuendo all'aumento della sua concentrazione nell'aria.
Il metano pirogenico: il fuoco che libera gas
Un'altra fonte di metano è la combustione incompleta di biomassa, un processo che avviene negli incendi di torba, nelle foreste e nelle aree deforestate. Questo metano pirogenico, prodotto dal fuoco, si aggiunge al bilancio globale, rendendo ancora più complessa la gestione delle emissioni.
Gli idrati di metano: un tesoro nascosto
Infine, gli idrati di metano, strutture simili al ghiaccio che intrappolano il gas, rappresentano una riserva enorme, sia di origine biogenica che termogenica. Questi depositi, presenti nei fondali oceanici e nel permafrost, sono un'arma a doppio taglio: una potenziale fonte di energia, ma anche una minaccia se il loro rilascio dovesse accelerare a causa del riscaldamento globale.
Fonti antropogeniche di metano
Il metano antropogenico può derivare dalle emissioni derivanti dalla produzione, trasmissione e distribuzione di combustibili fossili; fermentazione enterica del bestiame; gestione e applicazione del letame; coltivazione del riso; rifiuti solidi; e acque reflue.
Produzione e uso di combustibili fossili
La maggior parte delle emissioni antropogeniche di metano legate ai combustibili fossili proviene dallo sfruttamento, dal trasporto e dall'utilizzo di carbone, petrolio e gas naturale. Le emissioni aggiuntive riportate in questa categoria includono piccoli contributi industriali come la produzione di prodotti chimici e metalli, incendi di combustibili fossili (ad esempio, incendi di miniere di carbone sotterranee e incendi di petrolio e gas del Kuwait) e trasporti (trasporto stradale e non stradale).
Il settore rappresenta in media il 35% del totale delle emissioni antropogeniche globali.
Estrazione del carbone
Durante l'estrazione, il metano viene emesso principalmente dai pozzi di ventilazione, dove vengono pompati grandi volumi d'aria nella miniera per mantenere il rapporto di miscelazione del CH4 al di sotto dello 0,5% per evitare l'accensione accidentale, e dalle operazioni di disidratazione. Nei paesi dell'Organizzazione per la cooperazione e lo sviluppo economico (OCSE), il metano rilasciato dai pozzi di ventilazione è in linea di principio utilizzato come combustibile, ma in molti paesi viene ancora emesso nell'atmosfera o bruciato. Il metano viene rilasciato anche dai cumuli di rifiuti di carbone e dalle miniere abbandonate.
Nel 2017, quasi il 40% dell'elettricità mondiale era ancora prodotto dal carbone. Questo contributo è cresciuto negli anni 2000 al tasso di diversi punti percentuali all'anno, trainato dalla crescita economica asiatica dove esistono grandi riserve, ma il consumo globale di carbone è diminuito dal 2014. Nel 2018, le 10 maggiori nazioni produttrici di carbone rappresentavano ∼ 90% delle emissioni mondiali totali di metano per l'estrazione del carbone; tra questi, i primi tre produttori (Cina, Stati Uniti e India) hanno prodotto quasi i due terzi (64%) del carbone mondiale.
Sistemi a petrolio e gas naturale
Questa sottocategoria include le emissioni derivanti dallo sfruttamento di petrolio e gas sia convenzionale che di scisto. Il gas naturale è composto principalmente da metano, quindi emissioni sia fuggitive che pianificate durante la perforazione di pozzi in giacimenti di gas, estrazione, trasporto, stoccaggio, distribuzione del gas, uso finale e incompleta combustione delle torce a gas.
Per il decennio 2008-2017, si stima che le emissioni di metano dai settori a monte e a valle del petrolio e del gas naturale rappresentino circa il 63% delle emissioni totali di CH4 fossile
Settori dell'agricoltura e dei rifiuti
Questa categoria principale include le emissioni di metano legate alla produzione zootecnica (vale a dire, fermentazione enterica nei ruminanti e gestione del letame), coltivazione del riso, discariche e trattamento delle acque reflue. Di questi, a livello globale e nella maggior parte dei paesi, il bestiame è di gran lunga la principale fonte di CH4, seguito dalla gestione dei rifiuti e dalla coltivazione del riso.
Si stima che le emissioni globali da agricoltura e rifiuti per il periodo 2008-2017 rappresentano il 56% delle emissioni antropogeniche totali.
Bestiame: fermentazione enterica e gestione del letame
I ruminanti domestici come bovini, bufali, pecore, capre e cammelli emettono metano come sottoprodotto dell'attività microbica anaerobica nei loro sistemi digestivi (Johnson et al., 2002). Le temperature molto stabili (circa 39 ∘ C) e i valori di pH (6,5–6,8) all'interno del rumine dei ruminanti domestici, insieme a un flusso costante di materia vegetale dal pascolo (il bestiame pascola molte ore al giorno), consentono agli Archaea metanogeni che risiedono nel rumine per produrre metano. Metano viene rilasciato dalle rumine principalmente attraverso la bocca di ruminanti multi-digerito (eruttazioni, ~ 87% delle emissioni) o assorbito nel sistema sanguigno. Il metano prodotto nell'intestino e parzialmente trasmesso attraverso il retto è solo ∼ 13 %.
Il numero totale del bestiame continua a crescere costantemente. Ci sono attualmente (2017) circa 1,5 miliardi di bovini a livello globale, 1 miliardo di pecore e quasi altrettante capre. I numeri del bestiame sono correlati in modo lineare alle emissioni di CH4.
Le condizioni anaerobiche spesso caratterizzano la decomposizione del letame in una varietà di sistemi di gestione del letame a livello globale (ad es. liquido/liquame trattato in lagune, stagni, serbatoi o fosse), con le sostanze presenti nel letame che producono CH4 . Al contrario, quando il letame viene maneggiato come un solido (p. es., in cataste o lotti asciutti) o depositato su pascoli, pascoli o paddock, tende a decomporsi aerobicamente e a produrre poco CH4. Tuttavia la decomposizione aerobica del letame tende a produrre protossido di azoto ( N2O), che ha un impatto maggiore sul riscaldamento rispetto al metano. La temperatura ambiente, l'umidità, il contenuto energetico del mangime, la composizione del letame e il tempo di conservazione o di permanenza del letame influiscono sulla quantità di CH4 prodotta.
Per il periodo 2008-2017, la fermentazione enterica e la gestione del letame produce circa un terzo delle emissioni antropogeniche globali totali.
Coltivazione del riso
La maggior parte del riso mondiale viene coltivato in risaie allagate. I sistemi di gestione dell'acqua, in particolare le inondazioni, utilizzati per coltivare il riso sono uno dei fattori più importanti che influenzano le emissioni di CH4 e uno degli approcci più promettenti per la mitigazione delle emissioni di CH4: il drenaggio e l'aerazione periodici non solo causano l' ossidazione del metano esistente nel suolo, ma inibiscono anche l'ulteriore produzione di CH4. Le risaie montane non sono in genere allagate e quindi non sono una fonte significativa di CH4. Altri fattori che influenzano le emissioni di metano dalle risaie allagate includono pratiche di fertilizzazione, temperatura del suolo, tipo di suolo, varietà di riso e pratiche di coltivazione.
Le maggiori emissioni dalla coltivazione del riso si trovano in Asia.
Si stima che le emissioni globali di metano dalle risaie sia circa l'8% delle emissioni antropogeniche globali totali..
Gestione dei rifiuti
Questo settore include le emissioni da discariche gestite e non gestite e il trattamento delle acque reflue, dove vengono depositati tutti i tipi di rifiuti. La produzione di metano dai rifiuti dipende dal pH, dall'umidità e dalla temperatura del materiale. Il pH ottimale per l'emissione di metano è compreso tra 6,8 e 7,4. Lo sviluppo di acidi carbossilici porta a un pH basso, che limita le emissioni di metano. Rifiuti alimentari o organici, foglie e sfalci d'erba fermentano abbastanza facilmente, mentre il legno e i prodotti del legno generalmente fermentano lentamente e la cellulosa e la lignina ancora più lentamente.
La gestione dei rifiuti è stata responsabile di circa l'11% delle emissioni globali di metano di origine antropica nel 2000.
Si stima che le emissioni globali di metano dai rifiuti sia circa il 12% delle emissioni antropogeniche globali totali.
Combustione di biomasse e biocarburanti
Rientrano in questa categoria le emissioni di metano da biomasse bruciate in foreste, savane, praterie, torbiere, residui agricoli, e la combustione di biocarburanti nel settore residenziale (stufe, caldaie, caminetti). La combustione di biomassa e biocarburanti produce metano in condizioni di combustione incompleta (cioè, quando la disponibilità di ossigeno è insufficiente per una combustione completa).
Combustione di biomassa
Il fuoco è un importante evento di disturbo negli ecosistemi terrestri a livello globale e può essere di origine naturale (tipicamente ∼ 10% degli incendi, innescato da fulmini o avviato accidentalmente) o antropico ( ∼ 90%, incendi provocati dall'uomo). Gli incendi antropici sono concentrati nei tropici e subtropicali, dove foreste, savane e praterie possono essere bruciate per liberare la terra per scopi agricoli o per mantenere pascoli e pascoli. I piccoli incendi associati all'attività agricola, come l'incendio dei campi e la combustione dei rifiuti agricoli, spesso non sono ben rilevati dai metodi di telerilevamento e sono invece stimati in base all'area coltivata.
Si stima che le emissioni globali di metano da combustione della biomassa sia circa il 5% delle emissioni antropogeniche globali totali.
Combustione di biocarburanti
La biomassa utilizzata per produrre energia per scopi domestici, industriali, commerciali o di trasporto è di seguito denominata combustione di biocarburanti.
Una frazione in gran parte dominante delle emissioni di metano dai biocarburanti proviene dalla cucina domestica o dal riscaldamento in stufe, caldaie e caminetti, principalmente nei fuochi di cottura all'aperto dove vengono bruciati legna, carbone, residui agricoli o sterco animale.
Si stima che più di 2 miliardi di persone, per lo più nei paesi in via di sviluppo, utilizzino i biocarburanti solidi per cucinare e riscaldare le loro case ogni giorno.
Si stima che le emissioni globali di metano da combustione di biocarburanti sia circa il 3% delle emissioni antropogeniche globali totali.
Principali fonti di metano antropogenico per il periodo 2008-2017
Fonti naturali
Le fonti naturali di metano includono le emissioni delle zone umide vegetali e i sistemi di acque interne (laghi, piccoli stagni, fiumi), le fonti geologiche terrestri, animali selvatici, disgelo terrestre e marino permafrost e fonti oceaniche (biogene, geologiche e idrate).
Negli ecosistemi saturi d'acqua o allagati, la decomposizione della materia organica esaurisce gradualmente la maggior parte dell'ossigeno nel suolo, determinando condizioni anaerobiche e produzione di metano. Nel suo percorso verso l'atmosfera, nel suolo o nelle colonne d'acqua, il metano può essere parzialmente o completamente ossidato da un gruppo di batteri chiamati metanotrofi, che utilizzano il metano come unica fonte di energia e carbonio. Allo stesso tempo, il metano dall'atmosfera può diffondersi nella colonna del suolo ed essere ossidato.
Come si decompone il metano nell’atmosfera?
Il metano (CH4) si decompone nell'atmosfera attraverso una serie di reazioni chimiche complesse, prevalentemente sotto l'influenza dei radicali idrossilici (●OH).
Quando una molecola di ozono assorbe i raggi ultravioletti si scompone in un atomo di ossigeno (●O) e in una molecola di ossigeno (O2). L’atomo di ossigeno radicale reagisce con l’acqua per dare 2(●OH).
Il metano reagisce principalmente con i radicali ●OH, che sono altamente reattivi.
CH4 + ●OH --> ●CH3+ H2O
La reazione sopra produce un radicale metilico altamente reattivo.
Questo radicale poi reagisce con l'ossigeno (O2) per formare formaldeide (CH2O)
●CH3+O2 --> CH2O+ ●OH
La formaldeide può subire ulteriori reazioni, che alla fine portano alla formazione di anidride carbonica (CO2) e vapore acqueo (H2O). Questi prodotti finali sono meno potenti come gas serra rispetto al metano stesso.
Il metano ha una vita breve in atmosfera (10-12 anni), ma è responsabile di circa il 30% del riscaldamento globale.
Implicazioni a lungo termine per il clima del metano
Il metano con una durata atmosferica di circa 12 anni. Nonostante questa breve durata, il metano ha un potenziale di riscaldamento globale molto elevato, circa 25 volte maggiore di quello dell'anidride carbonica (CO2) su un arco di 100 anni.
Se riuscissimo a ridurre drasticamente le emissioni di metano, le implicazioni a lungo termine per il clima sarebbero significative. Riducendo le emissioni di metano, potremmo vedere un rapido calo dell'effetto serra, poiché il metano si decompone relativamente velocemente rispetto ad altri gas serra. Questo potrebbe contribuire a rallentare il riscaldamento globale e aiutare a mantenere l'aumento della temperatura entro i limiti stabiliti dagli accordi internazionali, come il 1,5°C.
Inoltre, una riduzione significativa delle emissioni di metano avrebbe un impatto positivo su altri gas serra, poiché il metano contribuisce alla formazione di ozono e alla produzione di altri composti che influenzano il clima
Marielle Saunois et al., The Global Methane Budget 2000–2017, Earth Syst. Sci. Data, 12, 1561–1623, 2020
Human activities now fuel two-thirds of global methane emissions, Environmental Research Letters, Volume 19, Number 10
CO₂ and Greenhouse Gas Emissions
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