Emissioni di gas serra: fonti, permanenza e potenziale di riscaldamento

Da dove provengono i principali gas

I gas serra trattengono il calore nell’atmosfera. Per comprenderne le differenze non basta elencarne le fonti: contano anche la quantità di ciascun gas che si accumula, il tempo che rimane nell’aria e la sua influenza sul riscaldamento per unità di massa. L’Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti (EPA) descrive le fonti e i criteri di confronto dei principali gas nella sua panoramica sui gas serra.

L’anidride carbonica (CO₂) entra nell’atmosfera quando si bruciano combustibili fossili — carbone, gas naturale e petrolio —, quando si inceneriscono rifiuti solidi, attraverso la combustione di alberi e altri materiali biologici e come risultato di alcune reazioni chimiche, tra cui la produzione di cemento. Può anche essere rimossa dall’aria: le piante la assorbono nell’ambito del ciclo biologico del carbonio. Il suo bilancio atmosferico riflette quindi sia le emissioni sia i processi di assorbimento.

Il metano (CH₄) viene emesso durante la produzione e il trasporto di carbone, gas naturale e petrolio. L’EPA segnala anche fonti associate all’allevamento e ad altre pratiche agricole, all’uso del suolo e alla decomposizione dei rifiuti organici nelle discariche municipali. Queste vie di emissione sono diverse da quelle caratteristiche della CO₂, sebbene entrambi i gas contribuiscano all’effetto serra.

Il protossido di azoto (N₂O) è legato alle attività agricole, ai cambiamenti e agli usi del suolo e ai processi industriali. Viene emesso anche dalla combustione di combustibili fossili e rifiuti solidi, nonché durante il trattamento delle acque reflue. I gas fluorurati — tra cui gli idrofluorocarburi, i perfluorocarburi, l’esafluoruro di zolfo e il trifluoruro di azoto — sono composti sintetici derivanti da diverse applicazioni e processi domestici, commerciali e industriali.

L’EPA indica che i gas fluorurati vengono generalmente emessi in quantità inferiori rispetto ad altri gas serra, ma possono essere potenti: a parità di massa, intrappolano molto più calore della CO₂. Alcuni, in particolare gli idrofluorocarburi, sono impiegati come sostituti di sostanze che riducono l’ozono stratosferico. Questo rapporto descrive l’uso di alcuni composti; non significa che tutti i gas fluorurati abbiano le stesse applicazioni.

Tre fattori per confrontarne gli effetti

L’EPA organizza il confronto dell’impatto climatico attorno a tre fattori. Il primo è l’abbondanza atmosferica, cioè la quantità di un gas presente nell’aria. L’agenzia spiega che maggiori emissioni di gas serra portano a concentrazioni atmosferiche più elevate. Queste si esprimono, a seconda del gas e della scala, in parti per milione, parti per miliardo o parti per bilione.

Il secondo fattore è il tempo di permanenza. I gas considerati possono rimanere nell’atmosfera da pochi anni a migliaia di anni. L’EPA osserva che rimangono tutti abbastanza a lungo da mescolarsi bene: in generale, la quantità misurata è simile in diverse parti del mondo, indipendentemente dal luogo di emissione. Questo aiuta a spiegare perché le concentrazioni atmosferiche non corrispondono necessariamente alla posizione immediata di una fonte.

Il terzo fattore è l’efficacia nel trattenere energia. Alcuni gas assorbono più energia per unità di massa emessa rispetto ad altri. Per confrontarli si utilizza il potenziale di riscaldamento globale (GWP, dall’inglese): misura quanta energia viene assorbita dall’emissione di una tonnellata di un gas durante un periodo determinato, di solito un orizzonte di 100 anni, rispetto all’emissione di una tonnellata di CO₂. Un GWP più elevato indica un maggiore assorbimento per tonnellata nell’arco di quell’orizzonte; da solo, non equivale a una misura delle emissioni totali né dell’abbondanza del gas.

La tabella riassume le fonti e le precisazioni riportate dall’EPA; non ordina i gas in base al loro contributo totale al cambiamento climatico. Per fare questo tipo di confronto servirebbero, oltre alle loro proprietà, dati sulle emissioni e sulle concentrazioni relativi a un ambito e a un periodo definiti.

Che cosa significa esprimere le emissioni come CO₂ equivalente

Le emissioni di gas diversi possono essere espresse in anidride carbonica equivalente (CO₂e). Secondo l’EPA, la conversione consiste nel moltiplicare le emissioni di un gas per il suo GWP. In questo modo si tiene conto del fatto che, per unità di massa, alcuni gas riscaldano più della CO₂ nell’orizzonte temporale scelto. Il risultato consente di confrontare quantità usando un’unità comune, ma la sua interpretazione dipende dal GWP applicato e dal periodo considerato.

L’EPA indica che i valori di GWP riportati nelle sue pagine sui gas riflettono quelli utilizzati nell’Inventario statunitense dei gas serra e dei pozzi di assorbimento, basati sul Quinto rapporto di valutazione dell’IPCC (AR5). L’agenzia specifica che tutte le sue stime delle emissioni provengono da tale inventario, relativo al periodo 1990–2022. Perciò, i valori o le equivalenze di questo quadro non devono essere presentati come stime universali né confusi con un confronto basato su valori aggiornati del GWP.

La misurazione atmosferica è un altro aspetto, correlato ma distinto dal confronto degli impatti. NOAA spiega che, quando misura la CO₂, riporta la frazione molare in aria secca: la proporzione di molecole di CO₂ rispetto al numero totale di molecole d’aria dopo aver rimosso il vapore acqueo. NOAA osserva che questa frazione molare non cambia quando l’aria si espande riscaldandosi o salendo verso una zona a pressione inferiore, né quando l’acqua evapora o si condensa in goccioline. La spiegazione di NOAA su come viene misurata la CO₂ atmosferica fornisce un contesto metodologico; non costituisce una conferma indipendente delle fonti di emissione o dei GWP descritti dall’EPA.

Che cosa consentono di concludere queste differenze

Il confronto distingue tre domande che non vanno confuse: da dove viene emesso un gas, per quanto tempo può rimanere nell’atmosfera e quanto calore assorbe una determinata massa nel corso di un dato orizzonte temporale. La CO₂ dispone inoltre di un processo di rimozione menzionato dall’EPA — l’assorbimento da parte delle piante — mentre per i gas fluorurati la fonte evidenzia la loro elevata potenza per unità di massa, nonostante le loro emissioni siano generalmente inferiori a quelle di altri gas.

Il GWP aiuta a convertire le emissioni in CO₂e, ma da solo non trasforma questa equivalenza in una descrizione completa del clima. Abbondanza atmosferica, tempo di permanenza ed efficacia di assorbimento sono dimensioni diverse. Inoltre, la documentazione di NASA GISS sulle definizioni e i metodi di analisi della temperatura riguarda il modo in cui vengono costruiti e confrontati i dati sulla temperatura; non fornisce prove dirette per quantificare le fonti o le proprietà dei gas qui descritti.

Di conseguenza, una spiegazione rigorosa delle differenze tra i gas deve mantenere distinta la quantità di emissioni, la concentrazione e il potenziale di riscaldamento. Le informazioni dell’EPA offrono un quadro istituzionale per descrivere le fonti e i criteri di confronto, mentre i riferimenti a NOAA e NASA servono qui soltanto a contestualizzare questioni metodologiche diverse. Nessuno di questi riferimenti di contesto sostituisce le prove specifiche necessarie per valutare le emissioni totali o le tendenze in un luogo e in un periodo specifici. Il confronto del GWP dipende sempre dall’orizzonte temporale scelto.