PENURIA DI CO2. PRODUZIONE, GEO POLITICA, SOLUZIONI….
Ogni refrigerante ha le sue pene e le sue peculiarita’. Il problema di questi giorni ci riporta alle fonti…
12 luglio 2022
Come nel 2021 in Inghilterra, anche in Italia, in questi giorni (LINK), si sta manifestando penuria nella disponibilità di anidride carbonica per il principale dei settori di consumo: quello delle bevande gassate.
Tale necessità “primaria” la rende preziosa e poco presente (o ad alto prezzo, relativamente al suo tipico prezzo) in settori collaterali ma fondamentali per la società’ come la refrigerazione commerciale, dove la CO2 e’ diventata quasi uno standard nelle superfici medio grandi.
Dato quindi il nostro bisogno di CO₂ in alcuni settori, e l'eccesso di CO₂ in altri, la domanda ovvia è: ma perché non estraiamo semplicemente l'anidride carbonica dall'aria visto che li costituisce un problema trattandosi del piu’ famigerato dei gas serra?
La risposta piu’ semplice è che, nonostante il suo impatto dannoso, c'è relativamente poca anidride carbonica nell'aria. Sebbene ne abbiamo il 50% in più nell'aria rispetto a lle quantita’ presenti nel periodo della prima della rivoluzione industriale, la CO₂ rappresenta solo lo 0,04% del contenuto d'aria.
Ciò rende la CO₂ estremamente difficile da "trovare" e quindi rimuovere dall'aria.
Ci sono molti lavori di sviluppo in corso per catturare con la massima efficienza il gas dall'aria, al fine di contrastare le emissioni di CO₂, ma al momento queste tecnologie non sono una valida sorgente di CO2 per l'industria e per la refrigerazione.
La principale fonte di CO₂ per usi industriali è invece, oggi, la produzione di fertilizzanti a base di azoto, che produce la CO₂ come sottoprodotto. E con la produzione di fertilizzanti drasticamente ridotta a causa del prezzo alle stelle del gas e della guerra in Ucraina (uno dei grandi produttori mondiali di fertilizzanti), l'effetto a catena è una carenza di CO₂.
Quindi dobbiamo davvero guardare come vengono prodotti i fertilizzanti a base di azoto per spiegare l'attuale carenza di CO₂.
L'azoto gioca un ruolo fondamentale nella biochimica di ogni essere vivente. È anche il gas più comune nella nostra atmosfera. Ma l'azoto gassoso è in gran parte inerte, il che significa che piante e animali non possono estrarlo dall'aria. Di conseguenza, un importante fattore limitante in agricoltura è sempre stata la disponibilità di azoto.
Nel 1910, i chimici tedeschi Fritz Haber e Carl Bosch rivoluzionarono il mondo combinando azoto e idrogeno in ammoniaca. Questa a sua volta può essere utilizzata come fertilizzante per le colture, filtrando infine attraverso la catena alimentare fino a noi.
Oggi, circa l'80% dell'azoto nel nostro corpo (!) proviene dal processo Haber-Bosch, rendendo questa singola reazione chimica probabilmente il fattore più importante nell'esplosione demografica degli ultimi 100 anni.
Circa il 78% della nostra atmosfera è azoto, quindi trovare questo ingrediente per il processo Haber-Bosch è facile.
Ma l'altro componente, l'idrogeno gassoso, non è così facilmente disponibile.
C'è molto idrogeno in giro, ovviamente come H in H₂O e CH₄ (metano), ma rompere i legami tra l'idrogeno e l'ossigeno nell'acqua o il carbonio nel metano richiede un'enorme quantità di energia.
Il modo principale tramite il quale viene attualmente prodotto l’idrogeno è un processo noto come reforming del vapore (steam reforming) del metano. Questo parte dal gas naturale, che sta diventando sempre più costoso a causa delle tensioni geo politiche, riscaldandolo a circa 1.000 ℃ in presenza di acqua. I prodotti finali sono idrogeno gassoso (H₂) e CO₂. Questi sono separati per i rispettivi usi. La maggior parte dell’energia per generare quel calore proviene dalla combustione di combustibili fossili come carbone e gas metano, che emettono gas serra anidride carbonica, la principale causa del cambiamento climatico. La produzione di fertilizzanti base ammoniaca oggi contribuisce tra l'1 e il 2% delle emissioni mondiali di anidride carbonica.
I combustibili fossili utilizzati nella produzione di fertilizzanti e la CO₂ creata come sottoprodotto, quindi, la rendono particolarmente ostile all'ambiente.
I fertilizzanti, infatti, producono anche gas serra dopo che gli agricoltori li hanno dispersi nei loro campi. Le colture assorbono, in media, solo circa la metà dell'azoto che ottengono dai fertilizzanti. Inoltre, gran parte del fertilizzante disperso finisce nei corsi d'acqua o viene scomposto dalla digestione microbica nel terreno, rilasciando così in atmosfera il potente gas serra protossido di azoto (N2O). Sebbene il protossido di azoto rappresenti solo una piccola parte delle emissioni mondiali di gas serra, riscalda il pianeta 300 volte tanto quanto l'anidride carbonica (GWP=300).
Pertanto, gran parte del programma di decarbonizzazione globale consiste nel cercare di produrre idrogeno in modo pulito, cosi’ da poterlo utilizzare con minore impatto nei fertilizzanti e nei combustibili.
Uno dei modi più semplici per raggiungere questo obiettivo è tramite l'elettrolisi dell'acqua, utilizzando fonti pulite di elettricità.
Nel frattempo, con lo sviluppo delle tecnologie di cattura del carbonio, potremmo vedere l'anidride carbonica estratta direttamente dall'aria per l'uso nei processi industriali. Ma questa è una soluzione a lungo termine, e quindi non sara’ in grado di aiutarci nel breve.
Ma ci sono alternative alla CO₂ che potrebbero aiutare, per o meno nei settori dove questa e’ sostituibile. Il più ovvio dei sostituti è l'azoto gassoso, che può essere utilizzato allo stesso modo della CO₂ per conservare il cibo o stordire gli animali destinati al macello.
Allo stesso modo, poiché nulla brucia in presenza di un eccesso di azoto, può essere utilizzato anche per sopprimere gli incendi, proprio come gli estintori a CO₂.
Questo libererebbe disponibilita’ per la nostra industria della refrigerazione….
Ricordiamo che il mix delle emissioni dei gas serra contiene CO2, metano (CH4), protossido di azoto (N2O) (che insieme contano per il 96% delle emissioni totali), mentre gli HFC ammontano al 2,5% (dato 2015).
Gas serra contemplati dal Protocollo di Kyoto
Biossido di carbonio o anidride carbonica (CO2) deriva da:
– Combustione di carburanti e combustibili fossili (petrolio, gas naturale, carbone), produzione di cemento
– Disboscamenti/dissodamenti mediante incendi ai tropici
Tempo di permanenza nell’atmosfera: da 100 a 150 anni
Potenziale di riscaldamento globale (GWP)*: 1
Percentuale rispetto ai gas serra emessi in Italia (dato 2016 ISPRA**): 81.9%
Metano (CH4) deriva da:
– Agricoltura (ruminanti e concimazione)
– Gestione di rifiuti (discariche, compostaggio, fermentazione, depurazione delle acque di scarico)
– Utilizzo di vettori di energia fossili
Tempo di permanenza nell’atmosfera: 12 anni
Potenziale di riscaldamento globale (GWP)*: 25
Percentuale rispetto ai gas serra emessi in Italia (dato 2016 ISPRA**): 10%
Protossido di azoto o gas esilarante (N2O) derivano da:
– Agricoltura (terreni e concimazione)
– Piccole percentuali imputabili alla conversione di energia, industria e depurazione delle acque di scarico
Tempo di permanenza nell’atmosfera: 114 anni
Potenziale di riscaldamento globale (GWP)*: 298
Percentuale rispetto ai gas serra emessi in Italia (dato 2016 ISPRA**): 4,2%
Idrofluorocarburi (HFC) – Gas serra sintetico derivano da:
– Prodotti refrigeranti, agenti schiumogeni, propellenti per bombolette spray, solventi
Tempo di permanenza nell’atmosfera: da 0,3 a 270 anni
Potenziale di riscaldamento globale (GWP)*: da 12 a 14.800
Percentuale rispetto ai gas serra emessi in Italia (dato 2016 ISPRA**): 3,69%
Perfluorocarburi (PFC) – Gas serra sintetico derivano da:
– Fabbricazione di semiconduttori, solventi, vettori termici
Tempo di permanenza nell’atmosfera: da 2.600 a 50.000 anni
Potenziale di riscaldamento globale (GWP)*: da 7.390 a 12.200
Percentuale rispetto ai gas serra emessi in Italia (dato 2016 ISPRA**): 0,41%
Esafluoruro di zolfo (SF6) – Gas serra sintetico derivano da:
– Isolatori per linee elettriche ad alta tensione, pressofusi in alluminio e magnesio, fabbricazione di semiconduttori
Tempo di permanenza nell’atmosfera: 3.200 anni
Potenziale di riscaldamento globale (GWP)*: 22.800
Percentuale rispetto ai gas serra emessi in Italia (dato 2016 ISPRA**): 0,09%
Trifluoruro di azoto (NF3) – Gas serra sintetico derivano da:
– Industria elettronica
Tempo di permanenza nell’atmosfera: 740 anni
Potenziale di riscaldamento globale (GWP)*: 17.200
Percentuale rispetto ai gas serra emessi in Italia (dato 2016 ISPRA**): 0,01%
La Redazione