Salvare il pianeta con l’ingegneria climatica: gli alberi del futuro

17 maggio 2020
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Nel sottosuolo del Wyoming è stata scoperta una riserva di magma che arriva fino al Canada – un gigantesco antro infernale, pieno di lava infuocata e fosforo, grande quanto il Messico – che se rilasciasse all’esterno il suo contenuto riempirebbe l’aria di una tale quantità di diossido di carbonio da segnare la fine del clima globale che conosciamo.

Le emissioni di diossido di carbonio, il più importante fattore scatenante dei cambiamenti climatici, hanno diverse origini. CO2 è la formula chimica di un gas serra che è invisibile a occhio nudo. Noi umani, così come gli altri animali, le piante, il suolo, e così via, emettiamo diossido di carbonio a seguito del metabolismo dell’ossigeno. Il fumo dei vulcani e degli incendi rappresenta l’evaporazione della CO2 dalle loro ceneri. Anche dal fondo degli oceani risale una notevole quantità di CO2 che partecipa agli scambi gassosi con l’aria.

Ma le emissioni di diossido di carbonio sono più strettamente legate al carbone. Oltreché ossigeno, il carbone contiene idrogeno, solfuro, azoto e a volte altri elementi. Il carbone deriva da materiale vegetale che con il passare del tempo – milioni di anni – si compatta fino ad assumere l’aspetto di roccia solida. E in natura assume diverse forme: la lignite, il carbone bituminoso, l’antracite, la grafite e altre categorie più specifiche. Per secoli è stato usato come combustibile.

Il magma è un materiale completamente diverso. Si trova molto al di sotto della superficie terrestre, vicino al mantello superiore, dove le temperature possono raggiungere gli 800° C. Qui i minerali vengono fusi. Il gruppo dei minerali a base di carbonato è molto vasto e può contenere fino a centomila miliardi di tonnellate di carbonio – una quantità di carbonio molto più grande di quella che si credeva esistesse su tutto il pianeta Terra. Se liberato, quel magma stravolgerebbe l’atmosfera e probabilmente trasformerebbe il nostro pianeta in un luogo invivibile. Per fortuna, questo mare di magma giace a più di trecentoventi chilometri di profondità. Gli scienziati l’hanno scoperta nel 2017 usando i sensori sismici più avanzati del mondo.

Il dott. Saswata Hier-Majumder, un geofisico che insegna alla University of London, mi racconta che mentre stava lavorando, tramite dei sensori, all’analisi dei fluidi magmatici a circa duemilanovecento chilometri di profondità, nella zona di transizione tra il mantello e il nucleo, un collega gli fece notare che vicino alla superficie c’era un’anomalia. I fluidi magmatici si trovano in aree molto al di sotto della superficie terrestre, dove il magma – che è roccia liquefatta – si forma. La maggior parte degli strati più esterni della struttura terrestre sono solidi, con alcune aree di fluido. Studiando l’anomalia sulla base delle sue conoscenze, Hier-Majumder riuscì a calcolare quanto fluido era presente in queste zone e, di conseguenza, quanto diossido di carbonio poteva essere liberato da quei punti. Le cifre sono impressionanti: cento volte di più della quantità contenuta nelle riserve esistenti in tutto il mondo.

Questo non significa che tutto il diossido di carbonio appena scoperto si riverserà nell’atmosfera da un momento all’altro. Il diossido di carbonio potrebbe impiegare milioni di anni a risalire da quella profondità, lo strato a più bassa velocità, fino alla superficie; o meglio, a meno che non si verifichi un’eruzione vulcanica.

Il parco nazionale di Yellowstone, nel Wyoming, si trova sopra un supervulcano, sotto il quale si estende il mare di magma. Se il vulcano di Yellowstone eruttasse, come ha fatto più di seicentomila anni fa, ricoprirebbe di cenere l’intera superficie degli Stati Uniti, un’evenienza che viene chiamata inverno nucleare.

Anche nel suo stato dormiente, il vulcano di Yellowstone libera ogni giorno nell’atmosfera quarantacinquemila tonnellate di diossido di carbonio. Più o meno la quantità di emissioni che diecimila automobili producono in un anno. Se solo l’1 per cento del magma appena scoperto si liberasse all’esterno attraverso un’eruzione, sarebbe come bruciare 2300 barili di petrolio, hanno aggiunto Hier-Majunder e gli altri scienziati che hanno lavorato alla scoperta. Questo, ovviamente, non fa ben sperare. Ma, mentre parliamo, Hier-Majunder torna un po’ sui suoi passi.

“È una riserva di magma posta molto in profondità,” dice “con un tempo di residenza di un miliardo di anni.” Eppure…

Nell’estate del 2018, a Yellowstone sono comparse delle crepe sul terreno, tra cui una fenditura di 30 metri. Molti l’hanno preso come il presagio di un’eruzione imminente. E non c’è niente di male nel fare attenzione ai presagi. Ma Hier-Majunder dice che non c’è assolutamente nessun motivo di agitarsi. Ci assicura che nella zona verranno eseguiti altri test. Visto che il suo lavoro è piuttosto astruso – trovare il magma (anche detto fusione parziale) in uno degli strati più profondi della Terra – è facile cadere nella trappola di interpretare come possibili pericoli gli esempi che fa per spiegare tutto in parole povere. Fa un po’ lo stesso effetto di Jeff Goldblum in Jurassik Park mentre cerca di spiegare la teoria del caos. (In realtà non è poi così semplice.)

Per il suo esperimento, Hier-Majumder si è affidato a strumenti tecnologici fantascientifici: 820 sismometri sparsi su tutto il territorio degli Stati Uniti i cui dati sono stati confrontati con un gran numero di eventi sismici. Nessuno aveva mai fatto una cosa del genere. Ha fatto agli strati più profondi della Terra una sorta di TAC.

Dice che sta anche lavorando a un’estesa raccolta dati dalle Hawaii e dal Sudest asiatico, dove è più probabile che avvengano fenomeni di fusione. “Spero di riuscire a creare una mappa mondiale delle zone di fusione” dice. Non si sa quanto magma ci sia al di sotto della superficie terrestre, dunque, ma è certamente molto di più di quanto si stimava.

Sappiamo però con certezza quanta CO2 viene liberata nell’atmosfera ogni anno da noi umani, cioè 40 miliardi di tonnellate. Per tenere le temperature sotto controllo, questa cifra deve scendere del venticinque per cento circa, da subito. Sta succedendo esattamente il contrario: il mondo si avvia ad aumentare le emissioni del 50 per cento entro il 2030. Le cifre variano a seconda del contesto e dei differenti miscugli di gas serra, ma il concetto è che stiamo producendo più diossido di carbonio a una velocità maggiore di quella con cui la natura può dissiparla attraverso il classico ciclo del carbonio.

Tutti gli esseri viventi sono fatti di carbonio. Viviamo, respiriamo, moriamo. Il carbonio penetra nel suolo e alla fine risale in superficie e ritorna nell’atmosfera. Questo ciclo dovrebbe essere più o meno in equilibrio perché la temperatura rimanga stabile. Le sostanze inquinanti e l’aumento delle emissioni, senza contare l’aumento della popolazione mondiale, ritardano questo ciclo. Ecco perché nell’atmosfera c’è il 30 per cento in più di diossido di carbonio rispetto a 150 anni fa, e perché nello stesso periodo le temperature sono aumentate di quasi 2° C.

Quando le temperature aumentano oltre questa misura, cominciano a verificarsi gli eventi più disastrosi: morti per ipertermia, uragani più violenti, aumento del livello degli oceani e una miriade di anomalie ambientali. La nostra ancora di salvezza non consiste soltanto nel ridurre le emissioni, ma nel catturare e sequestrare più diossido di carbonio. È un’impresa ardua.

Il più importante sistema naturale di cattura del diossido di carbonio sono gli oceani. Qui viene assorbito tra il 30 e il 50 per cento del diossido di carbonio prodotto dall’uomo. La seconda più grande spugna sono gli alberi, che assorbono fino al 25 per cento del diossido di carbonio di origine umana. Il suolo e gli altri sistemi assorbono il resto. Il diossido di carbonio deve essere catturato dall’atmosfera e sequestrato, altrimenti si accumula nell’atmosfera e rilascia energia. Di conseguenza, le temperature, come vediamo, aumentano in modo anomalo.

Ovviamente, è impossibile creare dal nulla più mare o più terra per aumentare i bacini di cattura del diossido di carbonio; per farlo, dovremmo creare un altro pianeta Terra. Ma di alberi possiamo piantarne di più. In teoria, più alberi si piantano, più diossido di carbonio viene assorbito. Ma anche questo processo è lento. In media, un albero impiega circa quarant’anni per assorbire solo una tonnellata di diossido di carbonio dall’atmosfera. Teniamo conto del fatto che in un anno solo le attività dell’uomo emettono diecimila tonnellate di diossido di carbonio. Secondo alcune stime, la superficie di suolo necessaria perché gli alberi diano un contributo significativo nella cattura del diossido di carbonio atmosferico equivale a tre volte la superficie dell’India. E in più, se tutti questi alberi spuntassero di colpo dal terreno, dovremmo aspettare decenni prima che tutto il diossido di carbonio atmosferico torni, per così dire, alla Terra.

Ecco perché Klaus Lackner ha inventato degli alberi molto particolari.

Lackner, direttore del Centro per la riduzione delle emissioni della facoltà di Ingegneria sostenibile e pianificazione ambientale dell’Arizona State University, ha elaborato un meccanismo di cattura del diossido di carbonio migliore di quello che esiste in natura: ha progettato un albero artificiale che riesce ad assorbire fino a una tonnellata di diossido di carbonio al giorno. Una foresta di questi alberi potrebbe azzerare tutte le emissioni prodotte dall’uomo, e anche di più. Al momento, purtroppo, nell’ambiente esterno esiste un solo albero di Lackner. Se ne sta tutto solo nel deserto vicino a Mesa, in Arizona. Intorno non ha altro che sabbia e sterpaglia. Anche da solo, l’albero di Lackner processa il diossido di carbonio a un ritmo eccezionale rispetto a un albero immerso in una fitta foresta, indipendentemente da quanta ne assorbe. Il diossido di carbonio è un gas cumulativo, cioè con il passare del tempo si accumula e poi assume uno stato che gli consente di tornare nell’atmosfera.

Una foresta artificiale

Lackner ha capito che al di là di quanto si riesca a ridurre le emissioni di diossido di carbonio, per decenni ci sarà comunque questo residuo. Poiché la quantità di diossido di carbonio nell’atmosfera è già oltre il limite che scientificamente le consentirebbe di prevenire un aumento catastrofico delle temperature, era chiaro che bisognava trovare una soluzione più immediata. Da qui è nata l’idea di creare un’enorme foresta artificiale.

Lackner è una di quelle menti geniali che pensano in termini di equazioni matematiche e modelli di fisica. Ex ricercatore al National Laboratory di Los Alamos, famoso per il suo ruolo nella progettazione di armamenti nucleari, un giorno, all’inizio degli anni Novanta, ha cominciato a immaginare un mondo senza esseri umani, un mondo in cui le macchine avrebbero potuto riprodursi autonomamente. È possibile? Certo che sì, ha scoperto Lackner. Ma queste macchine avrebbero avuto bisogno di una fonte di energia sostenibile per alimentare i loro cloni. Nonostante si faccia un gran parlare di robot e di intelligenza artificiale, a quanto pare la produzione di energia richiede comunque l’intervento dell’uomo. O almeno un suo impulso iniziale.

Riflettendo sul problema della produzione di energia, Lackner ha anche analizzato una scoria risultante dal processo: le emissioni di diossido di carbonio. Ha scatenato tutta la sua creatività e si è chiesto come si poteva fare a tenere sotto controllo la quota di carbonio. Lackner usa la terminologia tipicamente economica: riserve, costi, spese. Un approccio analitico che si attaglia perfettamente al carbonio.

“La quota di carbonio ha un limite” dice, appoggiandosi allo schienale della sedia girevole nel suo spartano ufficio dell’Arizona State University, fuori dal quale si ergono quattro alberi veri. Ironia della sorte, a quanto pare.

Lackner conserva un leggero accento tedesco e ha l’atteggiamento di un attempato pensatore critico – uno che mentre parla fa continuamente esempi. “Perché…” “Vale a dire…” Viene fuori la sua esperienza di insegnante. Proprio per questo mi spiega che il limite della quota di carbonio è dell’ordine delle 450 parti di carbonio per ogni milione di particelle di aria. Specifica in che modo e per quale motivo viene calcolato questo limite. Ma il punto è che nel giro di diciassette anni potremmo superare questa quota. Una quota di carbonio di 450 parti per milione significa che l’aumento di temperatura del pianeta potrebbe essere mantenuto entro i 2° C. È comunque molto, ma si può gestire. Superare questa quota potrebbe comportare un cambiamento repentino del clima che conosciamo, in peggio. Ondate di caldo, aumento del livello degli oceani, tutti gli scenari spaventosi che si sono solo immaginati diventerebbero realtà. “Non credo che faremo in tempo a convincere il mondo a fare qualcosa per salvarsi” dice sconsolato. Ecco da dove nasce il suo albero.

L’albero di Lackner non passerebbe certo inosservato in un bosco reale. È un macchinario di metallo le cui “foglie” sono delle membrane che catturano il diossido di carbonio. Quando l’aria entra in contatto con la membrana, il diossido di carbonio viene catturato e poi viene convogliato verso il sistema di sequestro. Le foglie che esistono in natura funzionano più o meno allo stesso modo. Immagazzinano il diossido di carbonio nel fusto, nei rami e nelle radici invece che in una cisterna di metallo. L’albero di Lackner, infatti, invia il diossido di carbonio a un serbatoio di acciaio.

Gli alberi e le piante sfruttano la luce del sole per fornire energia alla trasformazione del diossido di carbonio atmosferico in molecole utili alla loro crescita. Lackner usa l’acqua. Quando l’umidità atmosferica viene catturata ed evapora, fa da carburante e da propellente per il processo di immagazzinamento.

L’albero di Lackner, che è alto circa sei metri, sembra una piccola porta da football. Tra i pali si estende la membrana, che assomiglia un po’ a una fisarmonica. Quando la membrana si espande a mo’ di vela, trattiene l’aria e le molecole di diossido di carbonio in essa contenute. Quando si contrae, convoglia il diossido di carbonio nel serbatoio.

Sono state progettate diverse forme di albero: una simile a quella di un albero vero, per esempio a una palma; o che magari ricordava un millepiedi; o addirittura qualcosa che somigliava a SpongeBob. E l’albero “in miniatura” che c’è nel suo laboratorio, a pochi passi dal suo ufficio, ha proprio quest’ultima forma. È alto solo pochi centimetri.

Ma questo mini albero somiglia un po’ a uno SpongeBob in terapia intensiva: è attaccato a una serie di tubi, sensori e monitor che rilevano quanto diossido di carbonio viene catturato e quanto ne viene rilasciato. La membrana si espande e si comprime come un polmone, inspira aria ed espira CO2.

Il prototipo dell’albero da un metro per due installato in una foresta potrebbe essere in grado di consumare i trentasei miliardi di tonnellate di diossido di carbonio liberati ogni anno nell’atmosfera dai combustibili fossili. Certo, dovrebbe essere una foresta con cento milioni di alberi. Potrebbe sembrare una cifra enorme, ma sul pianeta ci sono tremila miliardi di alberi, quindi non è un’ipotesi molto improbabile. In altri termini, nel mondo ci sono più di un miliardo di automobili. Lackner ci tiene particolarmente a sottolineare questo fatto, perché se ci sono strutture in cui riusciamo a produrre tutte queste auto, allora siamo perfettamente in grado di produrre in larga scala questi dispositivi. Per esempio, ogni anno passano per il porto di Shangai quaranta milioni di container pieni di merce. “Il che significa che nella zona ci sono fabbriche in grado di produrre abbastanza strumenti e beni per riempire quei container. A noi basterebbe riempire di dispositivi di depurazione dell’aria solo dieci milioni di container” dice. Quindi, la quantità di dispositivi necessaria a costruire un mondo a impatto zero può essere prodotta e spedita, senza problemi.

Ma ci sono due ostacoli alla produzione in serie degli alberi di Lackner: la volontà politica e le risorse. Ogni albero costa tra i ventimila e i trentamila dollari. Uno solo costerebbe più o meno quanto un’automobile. Ma il costo di tutti gli alberi insieme sarebbe enorme.

Lo stesso vale per la volontà politica: “Per noi è difficile passare dalla teoria alla pratica se si guarda solo ai rischi e alle incertezze” dice. La teoria scientifica non obbliga i legislatori a investire risorse. Anche se dovrebbe. “Chi è al governo si confronta continuamente con delle incognite. È proprio questo il loro lavoro. Ogni volta che si fanno delle scelte sui tassi d’interesse, sulle tasse, sull’entrata in guerra, ci si confronta con delle incognite” aggiunge. Il cambiamento climatico non è molto diverso. Solo che è un rischio che non abbiamo mai affrontato. Quindi, non c’è ancora sufficiente sensibilizzazione riguardo al cambiamento climatico.

Per ribadire il concetto, Lackner paragona l’eccesso di emissioni al problema della gestione dei rifiuti. “Per quanto riguarda i rifiuti solidi e i liquami, siamo giunti alla conclusione che a) che non possiamo smettere completamente di produrli e b) non possiamo più limitarci a disfarcene. Dobbiamo smaltirli in maniera corretta. E lo stesso vale per la CO2” dice.

E questo ragionamento si fonda sul principio che dobbiamo eliminare dall’atmosfera molta più CO2 di quanta ne immettiamo; dobbiamo rimuovere quello di cui ci siamo disfatti negli anni passati. Ecco perché la cattura del diossido di carbonio resterà un processo costoso anche in un lontano futuro, proprio perché qualcuno dovrà gestire e pagare i guai che sono stati causati all’atmosfera. E probabilmente quel qualcuno sarà la prossima generazione.

Nel campus dell’Arizona State University tutti gli alberi hanno un’etichetta. Sul tronco ci sono delle targhette su cui sono scritti il nome e le caratteristiche dell’albero. Su una c’è scritto DA QUEST’ALBERO SI RICAVA IL LEGNO D’ARANCIO. LA SEGATURA È COMUNEMENTE USATA PER LA LUCIDATURA DEI GIOIELLI. CON I SUOI FRUTTI SI POSSONO PREPARARE DELLE MARMELLATE. Un’altra dice QUESTA È UNA PALMA ORNAMENTALE MOLTO DIFFUSA IN ARIZONA. CRESCE VELOCEMENTE E NON HA PARTICOLARI ESIGENZE. TUTTAVIA, HA L’UNICO SVANTAGGIO DI CRESCERE TROPPO VELOCEMENTE E DIVENTA DUNQUE DIFFICILE DA POTARE. C’è un viavai di studenti a piedi, in bici e sullo skateboard che non degnano gli alberi o le targhette di uno sguardo. Sembra che nemmeno il cartello che spiega la “tecnologia di riassorbimento della CO2 dall’atmosfera” dell’albero di Lackner, che è in bella mostra al centro del campus, attiri molte attenzioni.

Reca un’immagine ipertecnologica del dispositivo. Sul manifesto sono anche ritratti dei veri alberi, una ciminiera sullo sfondo, delle nuvole e sprazzi di cielo azzurro. Si vede un aereo sorvolare una superstrada su cui viaggiano automobili e camion dall’aspetto futuristico. Ovviamente, è un’immagine idilliaca, una rappresentazione artistica. Nel mondo reale una distesa di cento milioni di alberi sarebbe lunga chilometri e somiglierebbe a uno scenario da Mad Max.

Secondo il progetto di Lackner gli alberi artificiali non sarebbero tutti concentrati in una sola foresta. Verrebbero installati in tutto il mondo, meglio se vicino a siti più inquinati, come le grandi arterie stradali congestionate dal traffico o le centrali a carbone. Più vicini sono a zone ad alta concentrazione di emissioni, e più diossido di carbonio riescono a catturare.

L’idea di un campo di alberi artificiali al posto di quelli veri potrebbe evocare un immaginario fantascientifico; gli alberi di Lackner, in fondo, nascono dal dubbio iniziale “le macchine possono riprodursi autonomamente?”. Ma non dovremmo pensare che mettere degli alberi artificiali ai lati delle strade e nelle zone industriali sia molto antiecologico. Un mondo con degli alberi artificiali potrà non avere lo stesso aspetto di un’imponente distesa di rigogliosi alberi appena ripiantati tra dolci colline, un’immagine cara ai sostenitori della riforestazione. Ma gli alberi artificiali potrebbero fare parte di una soluzione più ampia per rimuovere il diossido di carbonio dall’atmosfera.

“È un progetto realizzabile” promette Lackner.

Supponiamo che lo sia. Supponiamo che gli alberi artificiali comincino a sequestrare il diossido di carbonio dall’atmosfera. Che fine fa tutto il diossido di carbonio? Dove la immagazziniamo? Lackner è convinto che la soluzione migliore sia trasformare il gas in carburante. Altre ipotesi prevedono di stoccarlo nel sottosuolo, di convertirlo in materiali da costruzione solidi, come i mattoni, o di pomparlo sul fondo degli oceani.

Ogni ipotesi presenta moltissimi problemi. Greenpeace, l’organizzazione ambientalista, afferma che questo sistema di cattura e sequestro del diossido di carbonio non funziona. È fermamente convinta che non è dimostrato che la tecnologia funzioni e che il progetto è troppo costoso. Inoltre, Greenpeace afferma che il sequestro del diossido di carbonio è un processo pericoloso. “Perché si riducano realmente, le emissioni catturate e immagazzinate dovrebbero restare nel sottosuolo in eterno. Se si disperdessero nell’atmosfera, non farebbero altro che inasprire il cambiamento climatico e mettere a repentaglio la vita di uomini e animali.

In una relazione, Greenpeace cita tre esempi che descrivono gli svantaggi e i rischi dei sistemi artificiali di cattura e sequestro del carbonio.

Ad Ain Salah, in Algeria, nel 2011, delle iniezioni di diossido di carbonio nel terreno di arenaria ha causato dei terremoti.

A Sleipner, nel Mare del Nord norvegese, uno dei più antichi siti d’iniezione di diossido di carbonio del mondo, gli scienziati hanno scoperto che il fondale marino presenta delle enormi fratture, che quasi sicuramente significano che prima o poi ci sarà una perdita di diossido di carbonio.

In Mississippi c’è stata una perdita di grandi quantità di diossido di carbonio da alcuni pozzi di stoccaggio, che ha ucciso cervi e altre specie locali.

Ma i gruppi ecologisti come Greenpeace non sono gli unici a temere i rischi della cattura del diossido di carbonio. Diversi ricercatori hanno analizzato i vari sistemi di cattura e sequestro del diossido di carbonio, e sono arrivati tutti più o meno alla stessa conclusione: sono troppo costosi e c’è il rischio di perdite.

Gli alti costi della cattura dell’aria sono dovuti alla progettazione e realizzazione, alla tecnologia usata, agli strumenti, alla necessità di prevedere strutture di stoccaggio, nonché ai costi energetici di mettere in funzione un impianto di conversione. Il piano deve essere strutturato su una scala grande abbastanza da garantire una domanda ampia. L’unico modo per renderlo economicamente sostenibile e abbassare i prezzi è produrre grandi quantità di carburante sintetico. Il costo del carburante, ovviamente, deve essere competitivo rispetto ai prezzi di mercato della benzina, della ricarica elettrica e del rifornimento a idrogeno.

Il problema è che il mondo, oltre a dover ridurre l’emissione di diossido di carbonio nell’atmosfera, deve anche fare i conti con quello che è già presente. Per questo, a quanto pare, non esistono soluzioni semplici. Ma a Mesa, intanto, un albero sta crescendo.

Cantiere Terra

Come l’ingegneria climatica può salvare il pianeta

Thomas M. Kostigen
Luiss University Press

Scheda

L'autore

Thomas M. Kostigen è uno scrittore e giornalista statunitense tra i massimi esperti di ambiente e sviluppo sostenibile. Ha collaborato fra gli altri con National Geographic, Bloomberg News, USA Today e Discover magazine. È autore di numerosi saggi segnalati tra i bestseller del New York Times.


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