La difficoltà e complessità nel determinare il ciclo del carbonio in un’area urbana

Il ciclo del carbonio è importante in molti processi umani quali le aree urbane, i sistemi energetici, le imprese agricole, le istituzioni sociali e le terre appartenenti alle comunità indigene. Il ciclo del carbonio in questi settori è indissolubilmente legato alle esigenze e alle azioni umane.

Le aree urbane sono domini concentrati di flussi di carbonio che dipendono dalla popolazioni urbane; dalle attività economiche; e l'energia, i beni e i servizi basati sui combustibili fossili su cui queste aree attualmente dipendono.

Oltre ai flussi di carbonio legati ai consumi di combustibile, ci sono altri flussi diretti che includono il carbonio scambiato dalla biosfera urbana, ad esempio le emissioni di metano (CH4) proveniente dalle infrastrutture, la decomposizione anaerobica (ad esempio, discariche e trattamento delle acque reflue) e la respirazione umana.

Le città sono anche responsabili di grandi flussi indiretti attraverso la domanda di beni e servizi prodotti altrove. Comprendere i flussi di carbonio urbani è essenziale per comprendere la distribuzione spazio-temporale del flusso globale di carbonio antropogenico.

Le differenze di flusso di carbonio all'interno e tra le aree urbane sono molto complesse.

Il metodo quantifica tutto il flusso di carbonio diretto tra la superficie terrestre e l'atmosfera entro i confini geografici dell'area urbana di studio. Questo quadro includerà la combustione all'interno della città di combustibili fossili, scambio di carbonio con vegetazione e suolo, assorbimento da parte del calcestruzzo, respirazione umana, decomposizione anaerobica e perdite di CH4.

I flussi indiretti includono quelli associati all'energia utilizzata per creare o fornire elettricità, prodotti o servizi consumati in una data area urbana o il flusso di carbonio associato al degrado dei rifiuti o alla rimozione di materiale nel flusso dei rifiuti. Questi flussi includono il flusso basato sul consumo di prodotti fabbricati al di fuori della città consumatrice.

Processi a monte --> processi urbani --> processi a valle 

 

La fonte dominante del flusso di carbonio nell'atmosfera dalle città è associata alle attività e ai comportamenti umani all'interno del paesaggio costruito: uso di energia negli edifici, carburante consumato nei trasporti, energia per la produzione nelle fabbriche, la produzione di elettricità e l'energia utilizzata per costruire e ricostruire le infrastrutture urbane.

Oltre alla combustione di combustibili fossili (all'interno e all'esterno del dominio urbano), l'attività umana all'interno dell'ambiente costruito genera flussi da 1) flussi di rifiuti associati alla decomposizione di materiali contenenti carbonio, 2) infrastrutture che perdono gas naturale (composto principalmente da CH4 ) e 3) processi industriali che emettono carbonio senza combustione di carburante.

I flussi di carbonio urbano associati all'attività umana e al paesaggio edificato sono spesso classificati in settori economici come "residenziale", "commerciale", "industriale" e "trasporti", ma le descrizioni variano. Allo stesso modo, la distribuzione dei flussi tra queste divisioni settoriali varia nelle aree urbane, a seconda dei molti fattori che si intersecano dei flussi di carbonio tra cui storia, geografia, clima, tecnologia, approvvigionamento energetico, forma urbana e socioeconomia.

Tra questi settori economici, le attività all'interno degli edifici e il trasporto di veicoli sono spesso i maggiori emettitori e quindi hanno raccolto la maggior quantità di studi.

Lo sviluppo urbano altera direttamente e indirettamente le riserve di carbonio e i flussi della vegetazione al di sopra e al di sotto del suolo attraverso lo sgombero del suolo, la rimozione della vegetazione e la distruzione del suolo.

Le condizioni di crescita per la vegetazione nelle aree urbane differiscono tipicamente dagli ecosistemi non urbani. Ad esempio, le aree urbane sperimentano temperature dell'aria ambiente elevate, cioè l'effetto "isola di calore urbana". Queste temperature elevate causano cambiamenti stagionali nei flussi di carbonio dalla vegetazione e dai suoli urbani, alterando la lunghezza della stagione di crescita urbana. La respirazione urbana e i modelli di crescita possono anche differire a causa dell'aggiunta umana di acqua e fertilizzanti, rimozione o aggiunta di fonti labili di carbonio (ad esempio, lettiera di foglie e pacciame).

La vegetazione urbana può anche influenzare il clima locale e l'uso di energia. Ad esempio, gli alberi urbani possono influenzare il consumo energetico dell'edificio e le emissioni di carbonio associate direttamente attraverso l'ombreggiatura delle superfici degli edifici.

 

Ci sono molti sforzi per testare diversi metodi e approcci per comprendere il ciclo del carbonio all’interno di un sistema urbano ma i risultati sono ancora insoddisfacenti.

I flussi del carbonio urbano rimangono difficili da valutare a causa della mancanza di dati compatibili e comparabili e di informazioni storiche limitate.

I flussi di carbonio urbano sono dominati, direttamente e indirettamente, dalle attività umane all'interno dell'ambiente costruito che include grandi sistemi infrastrutturali come edifici, strade e fabbriche. I flussi di carbonio associati a questo sistema tecnologico sono modulati dalle dinamiche climatiche e socioeconomiche sottostanti come consumi, ricchezza, stili di vita, norme sociali, governance e prezzi dell'energia. Una comprensione quantitativa di questi driver e dei risultati del flusso rimane difficile da generalizzare.

 

U.S. Global Change Research Program, Second State of the Carbon Cycle Report (SOCCR2), 2018