Dare una nuova rotta al cambiamento climatico — rimodellando radicalmente il pianeta

BECCS, una nuova tecnica di produzione di energia e smaltimento della CO2, potrebbe risolvere il problema dell’aumento di emissioni inquinanti grazie a vaste piantagioni bioenergetiche.

Una fattoria di pioppi in Oregon è una fonte bioenergetica in rapida crescita.(Credit: SEAN BAGSHAW/GETTY IMAGES)

In una giornata di sole, lo scorso ottobre, tre dozzine di persone si sono riunite in una piccola aula verde menta alla Montana State University (MSU) di Bozeman per immaginare il futuro. Alcuni erano scienziati, ma la maggior parte persone con una certa connessione alla terra: agenti di promozione che lavorano con gli agricoltori, e ambientalisti che rappresentano organizzazioni come The Nature Conservancy. Tutti sanno che il cambiamento climatico ridisegnerà la regione nei prossimi decenni, ma non è di quello che sono venuti a discutere. Sono qui per parlare dell’impatto altrettanto profondo dei tentativi di fermarlo.

Paul Stoy, ecologo della MSU, passa davanti alle lavagne bianche con una maglietta blu cipria e jeans mentre descrive come un paesaggio già dominato dall’agricoltura possa essere trasformato ancora una volta da una rivoluzione verde diversa: vaste piantagioni di colture, seminate per raccogliere l’anidride carbonica (CO2) dal cielo. “Abbiamo questa nuova economia energetica che è necessaria per evitare pericolosi cambiamenti climatici, ma come attuarla sul campo?” chiede.

Nel 2015, l’accordo di Parigi sul clima ha fissato l’obiettivo di limitare il riscaldamento globale “ben al di sotto” 2°C. Nell’ultimo rapporto del Panel Intergovernativo sul Cambiamento Climatico, i ricercatori hanno analizzato le possibili tabelle di marcia per raggiungere tale obiettivo e hanno trovato qualcosa di inquietante. Nella maggior parte degli scenari di modello, ridurre le emissioni non è sufficiente.

Per limitare il riscaldamento, l’umanità ha anche bisogno di tecnologie per le emissioni negative (NET) che, entro la fine del secolo, eliminerebbero più CO2 dall’ atmosfera di quanta ne producano gli esseri umani. Le tecnologie farebbero guadagnare tempo alla società per contenere le emissioni di carbonio, dice Naomi Vaughan, uno scienziato sul cambiamento climatico dell’Università di East Anglia a Norwich, Regno Unito: ”Vi permettono di emettere più CO2 e di riportarla indietro in un secondo momento.”

Se questo sia fattibile o meno rappresenta un’altra questione. Alcune NET equivalgono a gigantesche macchine di purificazione dell’aria, e molte rimangono più finzione che realtà. Poche operano oggi su scala commerciale, e alcuni ricercatori temono di offrire ai responsabili politici una scusa pericolosa per tralasciare la questione nella speranza che le invenzioni future possano ripulire il pasticcio.

“Per molti versi, stiamo dicendo che ci aspettiamo un po’ di magia,” dice Chris Field, scienziato del clima alla Stanford University di Palo Alto, California, che invece predilige drastiche riduzioni delle emissioni. Altri affermano che non abbiamo più la possibilità di scegliere. “Abbiamo perso troppo tempo per raggiungere gli obiettivi di Parigi semplicemente stringendo la cinghia. Probabilmente abbiamo bisogno di una mitigazione aggressiva e immediata, più alcune emissioni negative,” afferma Pete Smith, scienziato del suolo e esperto di bioenergia dell’Università di Aberdeen nel Regno Unito.

Una tecnologia in particolare, grazie ai modelli globali, è cresciuta in modo silenzioso fino alla ribalta ed è quella di Bozeman. L’idea è quella di coltivare piante erbacee e alberi in rapida crescita per aspirare CO2 dall’atmosfera e poi bruciarle nelle centrali elettriche per generare energia. Ma invece di essere rilasciato nell’atmosfera dai gas di scarico, l’anidride delle colture verrebbe catturato e pompato nel sottosuolo. La tecnica è nota come bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (CCS), o — tra gli insider del settore— semplicemente come BECCS.

Pochi alla riunione di Bozeman hanno sentito parlare di BECCS, e la maggior parte sono sospettosi; suona come uno schema sconsiderato che potrebbe sconvolgere il mondo come lo conoscono. Durante una pausa, Martha Kauffman, direttrice regionale del World Wildlife Fund di Bozeman, si chiede se BECCS possa invadere le terre utilizzate per pascolare il bestiame. In pascoli come questi, dice: “È il primo modo in cui le persone si sostentano mantenendo l’habitat.” (prosegue sotto)


Riprendersela indietro

I ricercatori stanno perseguendo una manciata di tecnologie per le emissioni negative (NET) che mitigherebbero il riscaldamento globale estraendo anidride carbonica (CO2) dall’atmosfera. Una NET di primo piano è la bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS), perché combina tecnologie già esistenti.
Sei tecniche NET
BECCS: Piante che crescono rapidamente vengono raccolte e bruciate per produrre energia. Il carbonio di scarico viene catturato e convogliato nel sottosuolo.
Forestazione: Gli alberi piantati catturano CO2 man mano che crescono. L'anidride rimane sequestrata fintanto che le foreste non vengono abbattute.
Cattura diretta dall’aria: La CO2 nell’aria “si attacca” selettivamente alle sostanze chimiche nei filtri. I filtri vengono riutilizzati dopo il rilascio di CO2 puro, che può essere immagazzinato sottoterra.
Da sinistra a destra: BECCS, Forestazione, Cattura diretta dell’aria. (Credit: K. Sutliff per SCIENCE)
Biochar e sequestro dal suolo: La biochar immagazzina l’anidride nel suolo rendendola resistente alla decomposizione. Le pratiche di lavorazione del terreno modificate migliorano anche lo stoccaggio di CO2.
Enhanced weathering: I minerali silicati frantumati come l’olivina, quando distribuiti su campi o spiagge e poi bagnati, assorbono naturalmente CO2.
Fertilizzazione degli oceani: Iniezioni di sostanze nutritive come fioriture di fitoplancton veicolate dal ferro, che assorbono CO2. Quando muoiono, portano l’anidride sul fondo del mare.
Da sinistra a destra: Biochar, Enhanced Weathering, Fertilizzazione. (Credit: K. Sutliff per SCIENCE)

Lei non è l’unica ad essere diffidente. Anche se BECCS è relativamente economica e teoricamente fattibile, la scala a cui opera nei suoi diversi livelli mette in allarme molti ricercatori. In alcuni scenari futuri, BECCS eliminerebbe fino a un trilione di tonnellate di CO2 dall’aria entro la fine del secolo, circa la metà di ciò che gli esseri umani hanno emesso dall’inizio della rivoluzione industriale, e fornirebbe un terzo del fabbisogno energetico mondiale. Una simile impresa richiederebbe coltivazioni bioenergetiche su una superficie almeno grande come l’India e possibilmente grande come l’Australia — la metà dei terreni che gli esseri umani già coltivano. “È facile dire: Ehi, che ne dite se facciamo questo a livello globale, ragazzi?” ha detto Stoy ai presenti. “Ma che cosa succederà realmente?”

Stoy e un team di ricercatori sperano di fornire risposte raccolte dal bacino superiore del Missouri River Basin, che comprende parti del Montana, Wyoming e delle due Dakota. Hanno appena lanciato uno stanziamento di 6 milioni di dollari per studiare l’impatto del BECCS su aspetti quali la produzione locale di cibo, l’uso dell’acqua e la biodiversità.

In altre parole, cosa succede quando togliete BECCS dal regno idealizzato della contabilità globale del carbonio e lo trasformate in un luogo reale, con terre frammentate, politiche disordinate e sistemi ecologici, fisici ed economici interconnessi? “Nessuno ha valutato cosa significano questi presupposti a livello regionale,” afferma Ben Poulter, un modellatore del ciclo dell’anidride presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e un leader del progetto. “È molto importante cercare di capirlo.”

Dopotutto, il futuro della politica climatica e forse del pianeta sono in attesa di una risposta.

All’inizio dell’autunno, la Valle della Gallatina del Montana potrebbe essere una miniera d’oro per lo studio. Le foglie di fiamme dei pioppi bruciano come candele lungo le strette stradine di campagna e le colline indossano un manto d’erba densa e color miele. Dale Flikkema, un agricoltore di terza generazione, si fonde quasi nel paesaggio. Con i suoi capelli sabbiosi e il suo viso in bronzo, osserva il suo campo alla periferia di Bozeman. Sotto le stoppie di colza gialla ai suoi piedi, i semi sono germogliati in piccoli rametti verdi. “Questi li ho seminati con le mie mani,” dice, inginocchiandosi per ispezionarli. Oggi questa colza alimentare, che può essere utilizzata anche per produrre biodiesel, è la più vicina a una coltura bioenergetica coltivata nel Montana. Ma sotto gli scenari BECCS dei modelli, agricoltori come Flikkema vedrebbero grandi cambiamenti.

Poiché BECCS è solitamente intesa come una pintagione, le colture bioenergetiche sarebbero coltivate su terreni agricoli inutilizzati. Nel bacino del fiume Missouri superiore, ciò potrebbe significare il reclutamento di campi messi a riposo come parte del programma del Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti per la riserva di conservazione dell’agricoltura (CRP), che paga gli agricoltori per lasciare i campi a riposo per benefici ambientali. Grazie ai giusti incentivi, gli agricoltori potrebbero riportare questi terreni alla produzione, cosa che è già avvenuta nella regione, con la crescita della domanda di mais e soia. “Gli agricoltori non sono diversi da chiunque altro. Siamo orientati al profitto,” dice Flikkema.

Un esperimento sul terreno bioenergetico nel Wisconsin sta valutando come l’erba da pascolo, il Miscanthus, le stoppie di mais, i pioppi e le praterie selvatiche si sovrappongono l’uno contro l’altro. (Credit:GREGG SANFORD/GREAT LAKES BIOENERGY RESEARCH CENTER/FLICKR/CC BY-NC-ND 2.0)

Qui nel Montana, le possibilità di coltivazione bioenergetica degli agricoltori sono per ora limitate. Solo pochi coltivatori avventurosi come Flikkema stanno sperimentando la colza e altri semi oleosi. Mentre il clima si riscalda, tuttavia, l’intera regione è destinata a diventare più ospitale per piante come l’erba da pascolo, un’erba imponente chiamata Miscanthus e vigorosi pioppi. Queste colture bioenergetiche di “seconda generazione” sono spesso considerate il futuro della bioenergia perché, come perenni, sono molto più adatte a immagazzinare il carbonio nel suolo e nella biomassa rispetto alle colture tradizionali come il mais e la canola. Possono anche crescere su terreni marginali con meno fertilizzante e acqua, il che rende meno probabile che possano competere con la produzione alimentare.

Una volta raccolte, queste colture verrebbero trasportate in autocarro o treno alle centrali elettriche e ad altri impianti industriali dove, insieme ai rifiuti derivanti da colture alimentari e dai raccolti di legname, verrebbero bruciate per il calore o l’elettricità, oppure convertite in etanolo e altri biocarburanti liquidi. Le emissioni di CO2 emesse da entrambi i processi verrebbero sifonate e compresse in un fluido.

Quella CO2 concentrata verrebbe convogliata e pompata nel sottosuolo in formazioni rocciose porose, che abbondano nel bacino del fiume Missouri superiore. A causa della sua lunga storia di produzione di petrolio e gas, la zona è perforata a causa dei pozzi. Lee Spangler, un chimico della MSU coinvolto nel progetto, sta studiando se uno degli 11.000 pozzi nei pressi della centrale elettrica Colstrip nel Montana orientale, ad esempio, sarebbe un buon condotto per iniettare CO2 nel sottosuolo. Il risultato finale? L’anidride viene trasferita dall’atmosfera ai serbatoi geologici da cui proviene.

La tecnica BECCS non è l’unica via verso le emissioni negative. Ma approcci alternativi, come catturare la CO2 direttamente dall’aria utilizzando reazioni chimiche o assorbendola con minerali interrati aggiunti ai suoli, stanno appena iniziando a mostrare i primi risultati nel mondo reale.

Queste tecniche potrebbero un giorno superare il BECCS, ma per ora costano di più, dice Vaughan. “BECCS si ripagherà in una certa misura perché genera energia.”

BECCS non è nemmeno una soluzione tecnologica globale; le sue due componenti — bioenergia e CCS — stanno già accadendo in qualche misura oggi. Le centrali elettriche di tutto il mondo stanno bruciando biomassa per la produzione di energia, da sole o insieme ai combustibili fossili. La CCS è stata lenta a decollare, ma sono in corso decine di progetti, tra cui numerosi progetti pilota nelle Grandi Pianure, molti dei quali pompano la CO2 proveniente da centrali elettriche a combustibili fossili in pozzi in declino per eliminare il petrolio residuo. Una delle operazioni di più lunga durata è nel Mare del Nord, dove la compagnia petrolifera norvegese Statoil separa CO2 dal gas naturale e lo conserva nel sottosuolo da oltre vent’anni.

Per frenare il cambiamento climatico, tuttavia, questi strumenti dovrebbero essere utilizzati su scala mai testata.

Mentre Flikkema torna indietro dal suo campo di colza, il suo pickup blu rimbomba attraverso uno stretto canale d’irrigazione. “La nostra linfa vitale,” commenta. L’acqua è un bene scarso nel Montana e le colture irrigue ne sono di gran lunga il principale consumatore, anche se ultimamente c’è una domanda crescente da parte dell’industria petrolifera e del gas. Secondo Poulter, il BECCS potrebbe deviare acqua preziosa che altrimenti sosterrebbe le colture o gli ecosistemi autoctoni. “L’acqua già definisce l’ uso del suolo in Occidente ed è destinata ad essere un problema,” dice Poulter.

Secondo una valutazione globale, utilizzare l’erba da pascolo per conservare 3,7 miliardi di tonnellate di CO2 consumerebbe quasi la stessa quantità d’acqua del lago Michigan, e molti scenari richiedono che ogni anno si elimini molta più CO2. (Lo stesso studio concludeva che BECCS avrebbe consumato l’equivalente di un quarto della produzione annua mondiale di fertilizzanti azotati).

I critici sono preoccupati anche per l’ingombro di BECCS. “Mi preoccupa che il paesaggio debba già produrre cibo, e ora ci affidiamo ad esso anche per produrre energia,” afferma Meghann Jarchow, ecologo dell’Università del Sud Dakota in Vermillion.

Le praterie del bacino del fiume Missouri superiore ospitano specie iconiche come il cane della prateria e forniscono un habitat critico per molti uccelli, ma stanno perdendo terreno a causa della produzione alimentare e, sempre più spesso, delle colture bioenergetiche. BECCS potrebbe peggiorare il problema.

Un agricoltore raccoglie pioppi in Germania. I trucioli di legno possono essere bruciati per produrre energia nelle centrali elettriche, dove le emissioni possono essere catturate. (Credit: AGENCJA FOTOGRAFICZNA CARO/ALAMY STOCK PHOTO)

Alcuni sostenitori della tecnica BECCS sono in disaccordo, affermando che se fosse fatto bene, potrebbe essere un vantaggio per l’ambiente. Oggi, gran parte dei terreni agricoli abbandonati in cui potrebbero crescere colture bioenergetiche di seconda generazione è degradata e dominata da piante selvatiche, afferma Phil Robertson, ecologo presso la stazione biologica W. K. Kellogg di Hickory Corners della Michigan State University. “Generalmente, non ha un alto valore di conservazione,” dice. Ma studi sul campo nel Midwest suggeriscono che piantare l’erba da pascolo , con poche altre specie di piante in buona misura, potrebbe effettivamente aiutare a ripristinare gli ecosistemi da pascolo che una volta coprivano il centro del continente.

Con l’introduzione di politiche intelligenti, Robertson immagina un mondo in cui gli agricoltori potrebbero trasformare i profitti dei raccolti bioenergetici in un nuovo recupero di terreno. “Penso che potrebbe garantire la conservazione,” dice.

In tutto il mondo non vi è carenza di terreni agricoli abbandonati a causa della bassa produttività o di mercati volubili. Una stima conservativa da parte di Field e dei suoi colleghi suggerisce che un’area almeno la dimensione dell’India è disponibile a livello globale, e altri suggeriscono che ci sono diverse soluzioni per sostenere un’industria BECCS robusta. Ma potrebbero anche essere necessari altri terreni agricoli per nutrire una popolazione globale che potrebbe raggiungere un picco tra gli 8 e i 12 miliardi di persone in questo secolo. La maggior parte degli scenari di modello partono dal presupposto che l’ aumento della produttività agricola e le diete a base vegetale limiteranno la necessità di nuovi terreni agricoli. Ma il mondo reale, in cui cresce la domanda di carne e latticini che richiedono molta terra, potrebbe essere una storia diversa.

Ricercatori come Vaughan temono che, in assenza di una forte regolamentazione, l’impennata della domanda di bioenergia possa sostituire le colture alimentari, causando prezzi elevati, o spingere gli agricoltori in terre incolte. Esperimenti passati con i biocarburanti hanno anche portato nuove terre a questa coltivazione, cosa che non solo ha minacciato la biodiversità, ma ha anche minato in primo luogo alcuni dei benefici climatici della bioenergia.

Ciò è dovuto al fatto che tagliare gli alberi per creare nuovi terreni agricoli, ad esempio, rilascia molta più anidride nell’atmosfera di quanto le colture bioenergetiche possano sequestrare. “Questo può cancellare ogni beneficio futuro per gli anni a venire,” dice Robertson. Anche piantare colture su campi abbandonati, come i terreni CRP, può creare un debito di carbonio considerevole se il suolo viene lavorato rilasciando CO2.

Poi c’è l’economia. Far sì che gli agricoltori coltivino colture specializzate richiederà incentivi adeguati. “I mercati dovranno cambiare,” dice Flikkema. I contadini qui non hanno iniziato a coltivare la soia fino a quando un operatore locale non l’ha comprata, dice. Per fondare BECCS nel bacino del fiume Missouri superiore e in tutto il mondo, i governi dovranno fissare un prezzo sul carbonio — attraverso una tassa o un programma cap-and-trade — e utilizzare i proventi per incentivare i singoli agricoltori a coltivare colture bioenergetiche sulla loro terra.

Questi venti contrari inducono molti ricercatori a concludere che la quantità di BECCS nei modelli è irrealistica. “Nessuno in realtà sta dicendo che è coerente,” dice David Keith, ingegnere e esperto di politica climatica dell’Università di Harvard, che ha scritto alcuni dei primi documenti su BECCS. Keith, che da allora ha aiutato a lanciare una società di cattura diretta dell’aria, dice che i modelli utilizzati su BECCS rappresentano uno dei pochi modi per simulare le emissioni negative — e le emissioni negative sono state uno dei pochi modi per cercare di mantenere il riscaldamento al di sotto dei 2°C.

I modellisti sottolineano che gli scenari non sono proiezioni del futuro e non dovrebbero essere trattati come tali. “Sono ciò che sono, se percorsi,” dice Katherine Calvin del Pacific Northwest National Laboratory nel College Park, Maryland. Ma Keith dice che questo non ha impedito a BECCS di attirare indebita attenzione. Il risultato, dice, è una pericolosa discrepanza tra modelli e realtà che presenta un “azzardo morale”, impegnando le generazioni future in soluzioni tecnologiche che potrebbero alla fine non funzionare.

Un progetto pilota a Ketzin, in Germania, sta monitorando lo stoccaggio a lungo termine della CO2 in uno strato poroso di arenaria centinaia di metri sottoterra.(Credit: NESTOR BACHMANN/DPA/PICTURE-ALLIANCE/NEWSCOM)

Si tratta di un’accusa che è stata spesso lamentata nella principale area di studio di Keith: geoingegnerizzare il clima terrestre per contrastare il riscaldamento mediante, ad esempio, l’iniezione di particelle nel cielo per riflettere la luce solare. Keith è offeso che molti politici considerino la geoingegneria come “una via d’uscita completamente folle, rischiosa, qualcosa di cui non dovremmo parlare,” pur rimanendo ottimisti sulla massiccia dipendenza dalle emissioni negative.

“L’azzardo morale sta spazzando il problema sotto il tappeto, mettendo più pressione alle generazioni future, e facendo sembrare che stiate rispettando gli obiettivi quando non è così,” dice, “questo è sicuramente quello che sta accadendo ora con BECCS.”

Entro la fine dell’ incontro di un’intera giornata a Bozeman, Stoy e Poulter hanno fatto progressi sul loro primo obiettivo: diffondere la parola su questo acronimo arcano, BECCS. Ma la maggior parte del lavoro, e le domande più nobili, sono davanti a noi. Stoy ne ha sollevata una prima di quel giorno: “Come possiamo non maltrattare tutta la Grande Pianura settentrionale? E poi, per estensione, tutto il mondo?”

A tal fine, il team utilizzerà modelli fisici dettagliati per costruire una manciata di scenari per la regione.

Ad un’estremità dello spettro c’è un mondo che va lungo su BECCS, con gli agricoltori che utilizzano terreni CRP, e forse anche terreni coltivati o praterie esistenti, per la bioenergia. All’altro estremo c’è un futuro che sacrifica una certa quantità di stoccaggio del carbonio a vantaggio della conservazione, della produzione alimentare e di altri valori locali. In questo futuro, vi sarebbe solo una piccola quantità di BECCS.

Al contrario, la maggior parte dell’anidride sarebbe immagazzinata proteggendo le foreste, adottando pratiche agricole che non prevedono l’uso del suolo e adottando altri approcci rispettosi del clima per la gestione della terra. Uno studio recente ha rilevato che tali azioni, condotte su scala globale, potrebbero fornire un metodo economico e facile per realizzare un terzo della riduzione di CO2 necessaria nel prossimo decennio per raggiungere gli obiettivi di Parigi.

La squadra non sa quale dei suoi scenari passerà. Ma sa che, con l’aumento continuo del CO2 nell’atmosfera e il riscaldamento del pianeta, i Paesi stanno perdendo tempo per decidere se contare sulle emissioni negative. Se in futuro ci affidiamo a tecnologie come BECCS, dobbiamo cominciare ad accrescerle sin d’ora, dice Sabine Fuss, economista dell’Istituto di Ricerca Mercator sui Comuni Globali e i Cambiamenti Climatici di Berlino. “È un po’ pericoloso se è concepito come qualcosa che potrebbe accadere velocemente”. Finora, un solo impianto commerciale sta facendo qualcosa vicino a BECCS: una raffineria di bioetanolo a Decatur, Illinois, che ogni anno lavora 1 milione di tonnellate di CO2 liberata dalla fermentazione del mais.

I ricercatori cercano ripetutamente di impressionare il pubblico di Bozeman: nonostante i suoi molti rischi e svantaggi, dovrebbero prendere sul serio BECCS. È probabile che arrivi una certa quantità di BECCS, o di altre tecnologie “mangia-anidride”.

“Anche se a questo punto è molto fantasioso pensare che possa accadere,” dice Poulter, “è una delle poche opzioni rimanenti che abbiano a che fare con questo problema.”

BECCS apporterebbe cambiamenti radicali nella regione, ma così anche il cambiamento climatico. Infatti, tra tutte le opzioni che il team prenderà in considerazione nel suo studio, ce n’è una che non includerà: permettere al bacino del fiume Missouri superiore di rimanere lo stesso.


Tradotto in Italiano. Articolo originale: Science


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