Il metano rema contro.

In evidenza

Claudio Della Volpe

Questo post esce in contemporanea sul blog di ASPO-Italia

Abbiamo ripetutamente discusso la questione se il metano sia o meno un vero aiuto per la transizione energetica a causa dei problemi climatici, ossia se tenuto conto di tutto il ciclo produttivo la sostituzione del metano a petrolio e carbone possa considerarsi un oggettivo passo avanti nella direzione della riduzione dell’effetto serra di origine antropica.

Vi ricordo qui alcuni post che ne parlavano:

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2017/06/09/la-pubblicita-di-eni-il-metano-ci-da-una-mano-o-no/

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2019/03/15/commenti-alla-proposta-di-piano-nazionale-integrato-per-lenergia-e-il-clima/

https://ilblogdellasci.wordpress.com/2019/03/04/lambiente-al-portico-della-pace/

Ed abbiamo concluso che le cose non stanno così o almeno non in modo semplice ed automatico in quanto dato che il metano è di per se un gas serra molto più potente del diossido di carbonio specie su tempi brevi (oltre 80 volte nei primi 20 anni dalla dispersione) e dato che il ciclo produttivo complessivo si calcola ne perda in atmosfera il 2% (nella media mondiale), la sostituzione del metano al petrolio o perfino al carbone può rivelarsi inutile o controproducente; ha molto più senso sostituire direttamente alla generazione fossile una generazione rinnovabile dotata di accumulo.

Finora tuttavia mancava una analisi diretta degli effetti climatici della corsa verso il metano che si è scatenata da alcuni anni a questa parte, specie con il fracking, ossia con lo sfruttamento di quei giacimenti non tradizionali ma diffusi in alcune parti del mondo e che sono localizzati in modo tale che occorre rompere le rocce per estrarre il metano.

Un recente lavoro di R. Howarth pubblicato su Biogeosciences, una delle riviste internazionali più quotate (Biogeosciences, 16, 3033–3046, 2019 https://doi.org/10.5194/bg-16-3033-2019
) chiarisce la questione dell’effetto del metano derivante da attività estrattiva e più in generale dal ciclo produttivo globale, con conclusioni molto pesanti per questo tipo di attività.

Il lavoro è scaricabile da https://www.biogeosciences.net/16/3033/2019/

Come vedremo l’interesse nasce dalle conclusioni ma anche dai metodi sperimentali usati, legati alla analisi isotopica e dunque dalla individuazione dell’origine del metano un problema questo di cui ci siamo occupati altre volte.

Prima di tutto partiamo dai dati sperimentali, che erano già conosciuti da qualche anno e di cui si era tentata una analisi varie volte; sono riportati nel grafico qui sotto ed erano stati publicati in Schaefer, H., Mikaloff-Fletcher, S. E., Veidt, C., Lassey, K. R., Brailsford, G. W., Bromley, T. M., Dlubokencky, E. J., Michel, S. E., Miller, J. B., Levin, I., Lowe, D. C., Martin, R. J., Vaugn, B. H., and White, J. W. C.: A 21st century shift from fossil-fuel to biogenic methane emissions indicated by 13 CH4 , Science, 352, 80–84, https://doi.org/10.1126/science.aad2705, 2016.

(non scaricabile gratuitamente)

Nell’immagine qui sopra i dati di partenza; nel primo grafico la variazione della concentrazione atmosferica del metano che come si vede negli ultimi 35 anni è costantemente aumentata sia pure con un plateau fra 2000 e 2005. Tuttavia la cosa interessante e di cui parleremo oggi è il contrasto con la variazione della composizione isotopica del metano espressa dal secondo grafico nel medesimo periodo. Il grafico riposta in ordinata una quantità denominata δ13C che è definita come segue:

Ossia essa è il rapporto dei rapporti fra le moli dei due isotopi stabili del carbonio nel campione e in un campione standard, meno 1 e moltiplicata per 1000.

Il campione standard è quello di Belemnitella estratto da una specifica formazione geologica, scelto per la sua composizione estremamente ricca in 13C; questo standard si è consumato nel tempo ed è stato poi sostituito da altri ma conservando la continuità di misura.

Il rapporto a sinistra sarà di solito inferiore ad 1 ed avremo dunque di solito dei valori negativi, dell’ordine delle decine, che diventeranno meno negativi quando la frazione dell’isotopo 13 aumenterà rispetto al 12. Se testate un campione di Belemnitella ovviamente avrete numeratore e denominatore uguali con risultato zero. Dunque più negativo vuol dire più lontano dalla Belemnitella, ossia con meno 13C, mentre un valore positivo significherebbe con più 13C dello standard.

I due isotopi sono entrambi stabili (a differenza del 14C) e la differenza di composizione dipende da quello che i chimici chiamano effetto isotopico, ossia dato che i due atomi hanno masse atomiche diverse, il più leggero è anche il più veloce nelle reazioni; la differenza è di circa l’8% ed è dunque significativa.

Per esempio come già notato (in un commento) le piante C3 e C4 ossia le normali e le grasse hanno una composizione isotopica diversa con diverso δ13C. Il grafico seguente mostra il δ13C per diversi tipi di carbonio.

http://wwwchem.uwimona.edu.jm/courses/CHEM2402/Crime/GC_IRMS.html

Nel caso della CO2 il δ13C varia regolarmente durante l’anno come mostrato nel grafico seguente che rappresenta i dati raccolti a Mauna Loa.

I combustibili fossili aggiungono all’atmosfera CO2 che contiene meno 13C. Questa aggiunta è maggiore della quantità di CO2 rimossa dalla biosfera. Il risultato è che il δ13C scende piano piano in corrispondenza dell’aumento di concentrazione della CO2.

L’analisi condotta sui dati del metano è sostanzialmente parallela, ma i valori sono più bassi ancora perché partono già da valori più bassi.

I dati del metano riportati nel grafico di Schaefer prima crescono con la quantità di metano, dunque il metano mentre aumenta in quantità si arricchisce dell’isotopo 13, poi invece dopo il plateau del 2000-2005 mentre il metano continua ad aumentare la quota di 13C diminuisce. Come mai?

I dati sono stati analizzati da almeno due lavori importanti nel 2016 uno pubblicato su Nature e l’altro su Science; quello su Nature è

Schwietzke, S., Sherwood, O. A., Bruhwiler, L. M. P., Miller, J. B., Etiiope, G., Dlugokencky, E. J., Michel, S. E., Arling, V. A., Vaughn, B. H., White, J. W. C., and Tans, P. P.: Upward revision of global fossil fuel methane emissions based on isotope database, Nature, 538, 88–91, https://doi.org/10.1038/nature19797, 2016.

mentre quello su Science lo abbiamo già citato prima.

Entrambi hanno concluso con riguardo al metano che “fossil- fuel emissions have likely decreased during this century and that biogenic emissions are the probable cause of any recent increase in global methane emissions.

Per comprendere bene la frase occorre rifarsi alla definizione delle tre principali componenti di metano emesso:

Biogenico: zone umide, risaie, mucche, discariche

Termogenico: derivante da componenti spontanee dei depositi di combustibili fossili oppure da esplorazione, produzione e attività di miniera.

Pirogenico: risultato di combustione incompleta di combustibili sia naturali che fossili e anche di biocombustibili.

Come si vede c’è un certo intreccio del ruolo antropogenico nelle varie componenti. Dunque la frase del lavoro citato NON esclude l’attività umana; tuttavia tutti e due i lavori non comprendono una analisi dettagliata delle componenti fossili che derivano dalle forme più recenti di estrazione, ossia lo shale gas e lo shale oil; definibili come quelle sorgenti fossili non tradizionali, che invece di essere intrappolate da una zona non pervia ma in ambiti porosi in cui fluiscono liberamente, sono intrappolate DENTRO la roccia e dunque occorre fratturare la roccia per estrarre sia il gas che il petrolio. In assenza di commenti sulla questione shale essi attribuiscono la riduzione dell’isotopo 13 a fonti biogeniche.

Howarth ha invece modellato esplicitamente il contributo del metano provenente dallo shale considerando la letteratura tecnica a riguardo ed inserendo in un modello più completo l’analisi delle emissioni.

Dalla tabella soprastante si vede che i δ13C dei fossili sono simili ma non identici (la punta indica la media). Un modello che consideri le quantità estratte di shale che hanno consentito all’industria estrattiva di superare i valori totali del passato consentono anche di calcolare il contributo a questa grandezza isotopica. E questo è il contenuto di calcolo modellistico del lavoro. Su questa base la conclusione è radicalmente diversa dagli altri due lavori:

We conclude that increased methane emissions from fossil fuels likely exceed those from biogenic sources over the past decade (since 2007). The increase in emissions from shale gas (perhaps in combination with those from shale oil) makes up more than half of the total increased fossil-fuel emissions. That is, the commercialization of shale gas and oil in the 21st century has dramatically increased global methane emissions.

Dunque Howarth dice: attenzione se includiamo le sorgenti shale e il loro contributo con ipotesi semplici ed essenziali la valutazione si rovescia: sono i nuovi fossili a far ridurre la concentrazione di isotopo 13.

Ci sono due considerazioni tecniche che si possono fare a partire da questa conclusione:

1) si parla spesso di “perdite” ma in realtà tali presunte perdite non sono fuggitive, ma rappresentano un modo di funzionare dell’industria estrattiva, di trasporto e di trattamento che sottovaluta questo problema e ci sarebbero in effetti le possibilità tecniche di modificare la situazione, ovviamente con un congruo aggravio dei costi che farebbero così evidenziare come in effetti l’EROEI di tali risorse è molto inferiore a quello stimato senza tali considerazioni. Perfino il semplice deposito di gas naturale può rivelarsi pericoloso climaticamente, come è avvenuto nel caso californiano di Aliso Canyon di cui abbiamo parlato sul blog.

2) nell’ottobre 2018 l’IPCC ha pubblicato un report legato alle conclusioni della COP21 di Parigi nel quale ha fra l’altro notato che il sistema climatico appare reagire più prontamente a riduzioni della componente metano rispetto alla componente CO2, e che tale fenomeno offre dunque la possibilità di avere effetti climatici più rapidi in entrambe le direzioni.

Sulla base dei calcoli di Howarth si può concludere che l’uso del metano non solo NON rappresenta quello che alcuni (compresa l’ENI e parecchi ambienti “ambientalisti”) ritengono, ossia un ponte verso le vere rinnovabili; al contrario l’uso del metano è un rischio ormai chiaro di peggiorare le cose e deve essere evitato con tutte le forze; ovviamente a partire dalla costruzione di inutili infrastrutture relative sia alla sua estrazione che al suo trasporto (come è il caso della TAP).

Due lettere a LaRepubblica

Vincenzo Balzani

Con il permesso del’autore riproduciamo qui due lettere inviate recentemente a La Repubblica da Vincenzo Balzani; gli argomenti sono quelli tipici del nostro blog: energia, ambiente, il nostro rapporto con queste cose, il ruolo della Chimica. Non sono state pubblicate e così rimediamo noi nel nostro piccolo.

Eni e noi, abitanti della Terra

Caro Direttore,

ho letto su Repubblica del 16 giugno l’appello sulla Rivoluzione Energetica dell’A.D. di ENI Claudio Descalzi. Quanto è scritto nella prima parte dell’articolo è completamente condivisibile: “Clima ed energia sono i fattori su cui si gioca il futuro, …. la transizione energetica deve essere guidata dalla protezione dell’ambiente, … siamo lontani dal contenere l’aumento delle temperature al di sotto del limite dei 2°C fissato dalla Cop21 di Parigi”.

Da queste premesse si dovrebbe trarre, come scrive papa Francesco nell’enciclica Laudato si’, la conclusione che “I combustibili fossili devono essere sostituiti senza indugio …”. Descalzi si guarda bene dal dirlo, confermando così quanto affermato dal papa stesso: ”… ma la politica e l’industria rispondono con lentezza, lontane dall’essere all’altezza delle sfide” (165)”.

Descalzi informa che Eni ha abbattuto la componente carbonica della sua attività, ma non dice che si tratta di una goccia nel mare di CO2 che Eni direttamente o indirettamente genera con i quasi due milioni di barili di petrolio prodotti al giorno! Qua e là Descalzi cita le energie rinnovabili, ma come ha affermato in molte altre occasioni reputa che non siano “mature” e sostiene che l’unica via per salvare il clima è utilizzare il metano come fonte energetica “ponte”. In realtà l’energia elettrica prodotta dalle energie rinnovabili è già oggi competitiva sul piano economico, anche senza considerare i problemi sanitari e climatici creati dai combustibili fossili. Le energie rinnovabili, insomma, sono già disponibili e pronte all’uso: quello che manca è la volontà di utilizzarle, a causa degli enormi interessi economici e di potere che ne verrebbero colpiti.

Non serve ricorrere al metano come energia “ponte”, anche perché il metano non è affatto innocente riguardo i cambiamenti clmatici. Descalzi dovrebbe saperlo, ma non lo dice. E’ vero, infatti, che a parità di energia prodotta la quantità di CO2 generata dal metano è inferiore di circa il 25% di quella generata dal petrolio, ma è anche vero che il metano rilasciato in atmosfera è un gas serra 72 volte più potente di CO2 quando l’effetto è misurato su un arco di 20 anni (25 volte più potente quando misurato su 100 anni). Poiché nella lunga filiera del metano si stima ci siano perdite di almeno il 3% rispetto alla quantità di gas usato, è chiaro che estendendo l’uso del metano non si combatte affatto il cambiamento climatico.

Nel campo dei trasporti, oltre che sul metano Eni fa molto affidamento sui biocombustibili, in netta contraddizione con la realtà dei fatti. Studi scientifici dimostrano che l’efficienza di conversione dei fotoni del sole in energia meccanica delle ruote di un’automobile (sun-to-wheels efficiency) è almeno 50 volte superiore per la filiera che dal fotovoltaico porta alle auto elettriche rispetto alla filiera che dalle biomasse porta alle auto alimentate da biocombusibili. In effetti, quello che gli esperti prevedono non è una sostituzione significativa dei combustibili fossili con biocombustibili, ma una rapida, dirompente diffusione delle auto elettriche. La cosa non meraviglia perché i motori elettrici non inquinano, non producono CO2, sono quattro volte più efficienti dei motori a combustione interna e sono molto più facili da riparare e da mantenere.

In Italia, quindi, non servono altre bioraffinerie alimentate da olio di palma proveniente dalla Malesia, ma fabbriche di pannelli fotovoltaici, batterie, auto elettriche e colonnine per la ricarica.

Infine, Descalzi lega lo sviluppo dell’Africa, oltre che all’enorme potenziale di energia solare ed eolica, anche alla presenza, in quel continente, di enormi riserve di combustibili fossili, molte delle quali scoperte da Eni, che ha anche l’obiettivo di scoprire altri 2 miliardi di barili di combustibili fossili perforando 115 pozzi in 25 paesi. In base all’accordo di Parigi, però, la maggior parte delle riserve di combustibili fossili già note dovrà rimanere nel sottosuolo. Se quell’accordo sarà osservato, Eni avrà problemi economici. Se invece la politica permetterà di usare tutte le riserve, i problemi, purtroppo, li avremo noi, abitanti della Terra.

Vincenzo Balzani, Professore Emerito, Università di Bologna

 

Lettera a Repubblica 26 giugno 2018

Egregio direttore Calabresi,

Apprendo da Repubblica di oggi che nel “pacchetto formazione” concesso agli operai della Lamborghini in orario di lavoro retribuito sono state inserite Lezioni sulla Costituzione. E’ certamente un’ottima iniziativa.

Credo però che sarebbe necessario ricordare a tutti, cominciando dai politici che hanno salutato con entusiasmo la produzione del nuovo SUV Urus come straordinario esempio di innovazione che:

  • nei motori a scoppio, usati da più di un secolo, non c’é più nulla da innovare; se si vuol fare

innovazione nel campo delle automobili, oggi la si può fare solo sulle auto elettriche.

  • con la sua mostruosa potenza di 600 CV e gli alti consumi di combustibili fossili, il SUV Lamborghini è un emblema del consumismo dal quale le vere innovazioni dovrebbero farci uscire;
  • col suo prezzo di 250.000 euro, Urus è l’icona delle disuguaglianze che, a parole, tutti dicono di voler abbattere.

Non sarebbe male, allora, inserire nel “pacchetto formazione” anche, un paio di frasi dell’enclica di Papa Francesco:

  • Il ritmo di consumo, di spreco e di alterazione dell’ambiente ha superato le capacità del pianeta; lo stile di vita attuale, essendo insostenibile, può sfociare solamente in catastrofi”.
  • Ci dovrebbero indignare le enormi disuguaglianze che esistono tra di Non ci accorgiamo più che alcuni si trascinano in una miseria degradante, mentre altri non sanno nemmeno che farsene di ciò che possiedono”.

Cordiali saluti,

Vincenzo Balzani, Professore emerito, Università di Bologna

 

La Metanogenesi catalitica sui pianeti rocciosi

Diego Tesauro.

La maggior parte dell’opinione pubblica conosce il metano come fonte energetica, ma nell’universo sicuramente ha una funzione ancora più importante.

E’ infatti il più semplice composto organico sul quale sono basate diverse ipotesi di meccanismi di reazione per la formazione di molecole organiche complesse e delle biomolecole.

Inoltre Il metano è uno dei composti più diffusi dell’universo, come intuitivamente è logico supporre, considerando che la maggior parte dell’universo è costituito da idrogeno (attualmente circa il 74%) ed il carbonio, prodotto nei nuclei delle stelle giganti rosse per fusione sintetica di 3 nuclei di elio, è il quarto elemento per abbondanza (4.6 %) dopo elio ed ossigeno.

Si forma nelle zone periferiche dei sistemi planetari e infatti lo ritroviamo nei giganti gassosi del sistema solare da Giove a Saturno, ma è particolarmente abbondante nelle atmosfere di Urano e Nettuno. Non è presente invece nelle atmosfere dei pianeti terrestri per la loro vicinanza al sole in quanto la radiazione solare, nelle prime fasi dell’evoluzione del sistema planetario, ha energia sufficiente per rompere i legami chimici come il legame C-H. Allora dove e perché lo ritroviamo nelle zone interne del nostro sistema planetario?

Cratere Gale dove opera il rover Curiosity dal 2012

Sulla Terra attualmente il metano ha pressoché totale origine biologica derivando da processi di digestione anaerobica delle sostanze organiche da parte dei batteri. Ma sugli altri pianeti rocciosi e in particolare su Marte, attualmente c’è metano? Recenti misurazioni in situ di CH4 su Marte nel cratere Gale1 da parte del rover della NASA Curiosity ne ha rilevato una concentrazione di fondo di ~ 0,7 parti per miliardo (ppb) ma ha anche riportato variazioni significative nella sua concentrazione, con picchi dieci volte superiori rilevati in quattro occasioni per un periodo di due mesi legata alla stagionalità (Marte a causa dell’inclinazione dell’asse di rotazione sul piano orbitale di 25° presenta l’alternanza delle stagioni nei due emisferi come la Terra).

Questa scoperta induce ad ipotizzare una possibile sintesi abiotica di CH4 come gas riducente in un’atmosfera ricca di CO2 naturale, come è l’attuale atmosfera marziana e come lo era la Terra in passato. Quindi processi attualmente in corso su Marte potrebbero essere stati attivi sulla Terra primordiale.

Entrambi i pianeti hanno la possibilità di utilizzare acqua come fonte di idrogeno e furono esposti nelle prime fasi ad un significativo flusso di radiazione ultravioletta. Basandosi su modelli fotochimici e sull’attuale comprensione della composizione dell’atmosfera marziana, il metano ha una vita chimica di 300-600 anni, che è, su scala geologica, un periodo molto, ma molto breve. Ciò implica che ci deve essere una fonte attualmente attiva su Marte. Hu et al.2 hanno formulato tre ipotesi sull’origine del metano su Marte:

  • La regolite nel cratere Gale assorbe CH4 quando è secca e rilascia CH4 nella deliquescenza durante l’inverno.
  • I microrganismi convertono la materia organica nel terreno in CH4. Tuttavia, questo scenario suppone l’esistenza di una vita esistente su Marte, e fino ad oggi non è stata trovato alcun indizio.
  • Le falde acquifere sotterranee profonde generano emissioni esplosive di CH4.

A queste ipotesi si è aggiunta una quarta formulata da Shkrob et al. 3 basata su una complessa chimica del carbonio governata dalla radiazione ultravioletta che porta alla formazione di metano e monossido di carbonio dalla riduzione del biossido di carbonio. Questa ipotesi è stata ulteriormente sviluppata recentemente in un articolo pubblicato su Nature Astronomy4 mediante esperimenti condotti in laboratorio simulando condizioni presenti su Marte o sulla Terra primordiale.

Il rover Curiosity su Marte. Lanciato da Cape Canaveral il 26 novembre 2011 è « ammartato » il 6 agosto 2012

Pertanto Marte potrebbe essere contemporaneamente un “fotoreattore” di dimensioni planetarie che decompone molecole di materia prima carbossilata che producono CH4 e un pianeta “fotosintetico”, in cui il metano viene generato dal biossido di carbonio su superfici catalitiche.
La sintesi di CH4 da CO2 è influenzata dalle quantità di H2O e di CO2 adsorbite sulle superficie fotocataliche del catalizzatore minerale in presenza di una sufficiente insolazione. Questo modello può essere valido anche per la Terra primordiale, per Titano, il più grande satellite di Saturno ed unico ad essere dotato di un’atmosfera ampiamente costituita da metano (https://ilblogdellasci.wordpress.com/2015/01/25/chimica-da-titano/ed per altri pianeti di tipo roccioso presenti nell’universo.

Marte infatti attualmente non è schermato come la Terra contro la radiazione ultravioletta (come è noto il nostro pianeta possiede lo schermo dello strato dell’ozono, non presente su Marte) e quindi può essere considerato un laboratorio per questo tipo di reazioni. Questi studi hanno permesso di stabilire due importanti aspetti: il ruolo catalitico del minerale anatasio (un minerale costituito da TiO2) e della montmorillonite (un silicato di formula (Na,Ca)0,33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2.n H2O), entrambi presenti su Marte, anche se al momento non è stata ancora determinata la loro quantità, ma anche sulla Terra. In particolare il biossido di titanio presente nell’anatasio svolge il ruolo di fotocatalizzatore ed un meccanismo di reazione attraverso il gliossale dimostrerebbe la contemporanea formazione in uguale quantità di CO e CH4 mentre per l’altro catalizzatore, non riscontrando la stessa quantità dei due gas, potrebbe intervenire un diverso meccanismo o un effetto dei radicali ossidrilici provenienti nell’acqua intrinsecamente in esso contenuta oppure una fotolisi del metano sulla sua superficie.

La montmorillonite è un minerale, un fillosilicato di alluminio e magnesio. Il nome deriva dalla località di Montmorillon, dipartimento della Vienne, in Francia, dove fu per la prima volta identificato.

Ma anche l’adsorbimento dell’acqua gioca un ruolo decisivo e spiegherebbe la stagionalità delle emissioni di metano che aumentano dalla primavera marziana fino alla fine dell’autunno. Altro aspetto fondamentale per questa ipotesi sintetica è il pH. In ambiente basico o neutro sulla superficie del minerale vengono legati degli ioni ossidrili (OH), mentre l’ambiente acido è in grado piuttosto di permettere l’adesione del biossido di carbonio e dell’acqua per cui la riduzione catalitica dei due minerali è indotta dall’acido cloridrico. L’acido cloridrico è effettivamente presente su Marte sul quale è attivo attualmente un ciclo del cloro proposto di recente da Catling et al. e confermato dalla presenza di ione perclorato5.

Questo modello pertanto oltre a spiegare l’attuale presenza di metano co-generato con il monossido di carbonio su Marte osservata da Curiosity, ha il pregio di interpretare la sua stagionalità. Inoltre può essere anche adattato alle condizioni iniziali della Terra. In questo caso è possibile anche dimostrare la formazione a partire da un’atmosfera riducente di CO2, N2, CH4 e CO di HCN, da cui, a seguito della sua polimerizzazione indotta dal bombardamento meteorico simulato dai laser, la formazioni delle nucleobasi del RNA (adenina, guanina, citosina e uracile) e del più semplice degli amminoacidi la glicina.

  • Webster, C. R. et al. Mars methane detection and variability at Gale crater. Science 347, 415–417 (2015).
  • Hu, R., Bloom, A. A., Gao, P., Miller, C. E. & Yung, Y. L. Hypotheses for near-surface exchange of methane on Mars. Astrobiology 16, 539–550 (2016).
  • Shkrob, I. A., et al. Photocatalytic decomposition of carboxylated molecules on light-exposed Martian regolith and its relation to methane production on Mars. Astrobiology 10, 425–436 (2010).
  • Civiš S. et al. The origin of methane and biomolecules from a CO2 cycle on terrestrial planets Nature Astronomy 1 721–726 (2017).
  • Catling, D. C. et al. Atmospheric origins of perchlorate on Mars and in the Atacama. Geophys. Res. Planets 115, E00E11 (2010).

Un tema emergente: depuratori come bioraffinerie.

Mauro Icardi

Con una certa ricorrente periodicità si leggono sui giornali notizie che parlano in maniera molto generica del potenziale energetico della FORSU, ovverosia della frazione umida dei rifiuti solidi urbani, e più in generale dei reflui fognari. Ho seguito, a livello di esperienze in scala di laboratorio questo tipo di sperimentazioni, e posso dire che funzionano. Ma occorre fare immediatamente alcune considerazioni e sgombrare il campo da possibili obiezioni o fraintendimenti. Questo tipo di tecnica, cioè la codigestione di frazione umida dei rifiuti, o di diverse tipologie di residui di origine organica, di sottoprodotti di lavorazioni agroindustriali insieme ai fanghi originati dalla depurazione a fanghi attivi tradizionale, non è da confondersi con la produzione di biogas da biomasse eventualmente coltivate o importate esclusivamente a questo scopo.

Si tratta di una possibilità diversa. La digestione anaerobica è circondata troppo spesso dalla solita confusione che si fa quando si parla di questioni tecniche. I fanghi di risulta dei depuratori vengono mandati al trattamento di digestione anaerobica sostanzialmente per ridurne il potenziale di putrescibilità e per essere parzialmente igienizzati. La riduzione della percentuale di sostanza organica permette successivamente un trattamento più agevole dei fanghi destinati ad essere resi palabili e smaltibili con un trattamento di disidratazione meccanica.

La possibilità di trattare insieme ai fanghi la frazione umida dei rifiuti solidi aumenta considerevolmente la produzione di metano. Il principio della codigestione si adatta al trattamento anaerobico della FORSU; infatti, la combinazione di biomasse eterogenee permette di ottenere una matrice da digerire che risponda meglio alle caratteristiche chimico-fisiche desiderate. Ad esempio, una corretta ed attenta miscelazione di matrici differenti può aiutare a risolvere problemi relativi al pH e al corretto rapporto acidi volatili/alcalinità.

La codigestione è pratica standard in diversi paesi europei, quali Francia e Norvegia.

Le matrici attualmente più utilizzate nella codigestione sono gli effluenti zootecnici, gli scarti organici agroindustriali e le colture energetiche. Gli scarti organici da utilizzare come co-substrati provengono dalle più svariate fonti e possiedono quindi forti differenze nella composizione chimica e nella biodegradibiltà. Alcune sostanze (quali percolati, acque reflue, fanghi, oli, grassi e siero) sono facilmente degradabili mediante digestione anaerobica senza richiedere particolari pretrattamenti, mentre altre (scarti di macellazione e altre biomasse ad elevato tenore proteico) necessitano di essere fortemente diluite con il substrato base, in quanto possono formare metaboliti inibitori del processo (ad esempio l’ammoniaca). Una vasta gamma di matrici richiede step vari di pretrattamento quali, ad esempio, il rifiuto organico da raccolta differenziata, gli alimenti avanzati e/o scaduti, gli scarti mercatali, i residui agricoli e gli scarti di macellazione. La codigestione, se gestita correttamente, è una buona pratica per migliorare la gestione e le rese di un impianto di digestione anaerobica.

Le modifiche impiantistiche dei digestori esistenti potrebbero riguardare la realizzazione di agitatori interni al comparto di digestione, e nel caso del trattamento di frazioni organiche solide di trituratori e coclee per il caricamento dei reflui nel comparto di digestione.

Oltre a problemi di tipo impiantistico e di gestione di processo occorre anche citare problemi di carattere autorizzativo e burocratico. Che permettano di agevolare l’eventuale uso di residui che da rifiuti si trasformino in materie prime secondarie.

Un ultima considerazione. Mediamente la produzione specifica di biogas dai soli fanghi di depurazione desunta da dati di letteratura e sperimentali è di circa sui 10 m3/t. Quella della FORSU raggiunge i 140 m3/t.

La sinergia è quindi ampiamente auspicabile.

Questo filmato mostra una prova di infiammabilità eseguita insieme a studenti dell’Università di Varese durante una delle sperimentazioni lab scale di codigestione.

Una piccola dedica ed un ricordo di anni proficui sia professionalmente che umanamente. Una piccola dedica ai ragazzi che ho seguito con affetto e passione.

Fatta questa lunga premessa, in questi giorni ho notato che la pubblicità di una nota industria petrolifera parla di sperimentazioni volte ad ottenere “tramite lo studio della decomposizione anaerobica dei primi organismi viventi” lo sviluppo di un processo che permette “di ottenere un bio olio da impiegare direttamente come combustibile o da inviare successivamente ad un secondo stadio di raffinazione per ottenere biocarburante da usare nelle nostre automobili”.

Questa affermazione mi lascia sinceramente perplesso. Il tema dell’ottenimento di petrolio dai rifiuti ricorda la vicenda ormai nota della Petrol Dragon.

E’ noto che per convertire sostanza organica in idrocarburi si debba lavorare ad alte pressioni e temperature. Uno studio sperimentale per convertire alghe in biocarburante identifica i parametri di processo in una temperatura di 350°C e pressione di 3000 psi.

Questo il link dello studio.

http://www.smithsonianmag.com/innovation/scientists-turn-algae-into-crude-oil-in-less-than-an-hour-180948282/?no-ist

Questo processo convertirebbe dal 50 al 70% della mistura di acqua e alghe in “una specie di petrolio greggio in meno di un’ora” .

Da quel che si deduce fino ad ora lo studio è fermo alla fase di realizzazione in scala impianto pilota.

Allo stesso modo un processo che volesse ottenere combustibili liquidi utilizzando come materia prima la FORSU e che dovrebbe subire lo stesso tipo di trattamento, da adito a diverse perplessità, vista l’eterogeneità del materiale di partenza.

La FORSU che sappiamo essere facilmente gassificabile dovrebbe produrre biogas che si dovrebbe convertire in gas di sintesi, se la quantità di metano fosse sufficientemente elevata, e successivamente tramite reazioni quali quella di Fischer Trops in carburante sintetico. Probabilmente troppi passaggi. E visto il prezzo ancora relativamente basso del petrolio probabilmente anche antieconomico.

Intercalazione e altre storie.4.

Claudio Della Volpe

Aliso canyon è una valle a nord di Los Angeles, non lontana dai posti mitici della costa ovest degli USA: Santa Monica, Beverly Hills, etc.

Nel 1938 fu scoperto colà un deposito petrolifero che fu sfruttato fino al 1970 quando si esaurì (come forse sapete il petrolio ha questo difettuccio). Dopo un incidente la zona fu venduta ad una compagnia che distribuiva gas che la usò come deposito del proprio gas a partire dal 1972.

La Aliso Canyon natural gas storage facility è costituita da 115 pozzi con un contenuto totale di oltre 86 miliardi di piedi cubici di gas naturale, per la distribuzione a tutti i residenti del bacino di L.A. e costituisce, come dimensioni, il secondo deposito degli USA, detenuto dalla SoCalGas (Southern California Gas Company).

Il 23 ottobre 2015 fu ivi scoperta la più grande fuga di gas da un bacino artificiale di questo tipo nella storia americana; in effetti il fenomeno probabilmente era iniziato qualche giorno prima, segnalato da malori da parte di residenti della zona ed alcuni osservatori si sono riferiti ad esso chiamandolo non “leak” ma “blowout” e dunque considerandolo non un piccola perdita, ma un vero e proprio scoppio, un grande incidente; comunque sia il fenomeno, che trovate illustrato su wikipedia è continuato per un lungo periodo, poichè è stato complicato risolverne la causa, una rottura nel sistema di tubazioni che giaceva migliaia di metri sotto terra e che è stata acuita dalla scarsa ed inopportuna manutenzione della grandi valvole usate per regolare il sistema.

Esiste un video che verosimilmente rappresenta, fa comprendere le dimensioni del fenomeno, registrato con una telecamera IR.

I lavori per risolvere il fenomeno, contro il quale non esistevano piani di risposta adeguati, sono durati a lungo e la fuga di gas è stata eliminata ufficialmente solo il 18 febbraio 2016 (quattro mesi dopo). Nel frattempo si è stimato che sono entrate in atmosfera quasi 100.000 ton di metano, una quantità veramente enorme, pari ad 1/6 delle perdite normalmente stimate per tutto il consumo italiano di un anno. Gli effetti locali hanno obbligato migliaia di famiglie a spostarsi dalla zona e sono costati alla SoCalGas milioni di dollari; inoltre l’inquinamento dovuto alle piccole quantità di benzene e di tiocomposti presenti nel metano si è diffuso su una vasta area, anche esterna alla Aliso Canyon.

Ma la reazione che ci interessa sottolineare qui ha riguardato l’effetto sulla generazione di elettricità.

Il metano è usato fra l’altro dalle molte centrali elettriche che giocano un ruolo di equilibrio complessivo nel funzionamento della rete elettrica. La indisponibilità prolungata della sorgente di metano principale dell’area di L.A. ha obbligato a correre ai ripari con la costruzione di una struttura alternativa e basata sulle batterie al litio e le energie rinnovabili.

Nel numero di febbraio 2017 la rivista Qualenergia ha segnalato l’entrata in funzione di una capacità di accumulo elettrochimico pari al 15% di tutta quella esistente a livello mondiale e basata su batterie al litio, stimolata proprio dall’episodio di Aliso Canyon.

Dice Qualenergia:

Tesla, Greensmith Energy e AES Energy Storage hanno infatti inaugurato tre enormi accumuli agli ioni di litio, due da 20 MW (e 80 MWh) e uno da 30 MW (e 120 MWh), per un totale di 70 MW. Tutto questo nel giro di 6 mesi dall’avvio del progetto, con Tesla che ha completato il suo impianto addirittura in 3 mesi.

Le installazioni assorbiranno l’energia in eccesso nei picchi di offerta – ad esempio la produzione del fotovoltaico durante le ore centrali del giorno – e la restituiranno nei picchi di domanda, ad esempio in quello serale, rimpiazzando in parte il ruolo di impianti flessibili come i cicli combinati a gas.

La stima numerica viene da Bloomberg, un gruppo di informazione finanziaria, ben informato sul tema e a cui si fa spesso riferimento per le statistiche aggiornate del FV. Sappiamo quindi indirettamente che a livello mondiale abbiamo una capacità di accumulo elettrochimico pari a circa 7 volte questa, 1.4GWh, tutto sommato una quantità modesta se la paragoniamo ai consumi di energia elettrica e che dà il senso di quanto rimane da fare in questo settore. Per paragonare i valori rileggetevi alcuni dei dati pubblicati negli articoli precedenti di questa serie (qui, qui e qui).

Il lavoro da fare è enorme e per questo prima si parte e prima si arriva; e ancor più dunque rimangono iniziative sostanzialmente stupide e nocive quelle intraprese dal nostro beneamato governo che insiste ad agire a favore delle energie fossili e degli interessi petroliferi, gasieri e carbonieri in Italia. Contravvenendo alle proprie promesse politiche all’indomani del referendum sulle trivelle il nostro governo ha deciso di favorire ancora una volta le estrazioni entro le 12 miglia marine:

http://www.huffingtonpost.it/2017/04/05/petrolio-dora-in-poi-nuove-trivellazioni-entro-le-12-miglia_a_22026817/

Il testo del decreto testè approvato non lascia dubbi;

“”Nel 2011 il Consiglio di Stato ha stabilito che le concessioni esistenti possono continuare a estrarre entro le 12 miglia fino a esaurimento della capacità del bacino del petrolifero o fino a quando lo considerano produttivo. Ma sempre nel rispetto del progetto originariamente autorizzato”, spiega il costituzionalista Enzo Di Salvatore, autore dei quesiti ‘No Triv’ sottoposti a referendum lo scorso anno e invalidati dal mancato raggiungimento del quorum.

Esempio: “Se hai una concessione con tre piattaforme e 7 pozzi ma finora ne hai realizzati solo 5, ne puoi fare altre due”. Cosa cambia con il nuovo decreto? “Puoi modificare il programma inizialmente autorizzato, in corso d’opera. Dunque se ho bisogno di ulteriori pozzi rispetto alla concessione data, posso farlo. E’ un decreto che contraddice la ratio del divieto stabilito da Monti”.

Stupido è chi lo stupido fa” (Forrest Gump). Speriamo che regioni e associazioni ambientaliste ricorrano contro questo decreto. Come chimici abbiamo già detto cosa pensiamo: le risorse fossili sono inquinanti, climalteranti e finite, occorre cambiare strada nella produzione e nell’uso dell’energia, rivolgendosi alle varie forme di rinnovabile e costruendo una adeguata infrastruttura di supporto e stoccaggio. Altro che trivelle!