Metano come gas serra

Il metano è uno dei principali costituenti del gas naturale, ma le sue caratteristiche chimiche e fisiche lo rendono anche un potente gas serra e un preoccupante contributo al globale cambiamento climatico.

Una molecola di metano, CH₄, è costituito da un atomo di carbonio centrale circondato da quattro idrogeni. Il metano è un gas incolore normalmente formato in due modi:

• Il metano biogenico è prodotto da microrganismi che scompongono alcuni tipi di zuccheri in condizioni di assenza di ossigeno. Questo metano prodotto biologicamente può essere rilasciato nell'atmosfera immediatamente dopo essere stato prodotto, oppure può essere accumulato in sedimenti umidi solo per essere rilasciato successivamente.
• Il metano termogenico si formò quando la materia organica fu seppellita in profondità sotto strati geologici e per milioni di anni, e poi scomposta per pressione e alte temperature. Questo tipo di metano è il principale costituente del gas naturale, che costituisce dal 70 al 90% di esso. Il propano è un sottoprodotto comune trovato nel gas naturale.

Il metano biogenico e termogenico possono avere origini diverse ma hanno le stesse proprietà, rendendoli entrambi efficaci gas serra.

Metano, insieme a diossido di carbonio e altre molecole, contribuisce in modo significativo al effetto serra. L'energia riflessa del sole sotto forma di radiazione infrarossa a lunghezza d'onda maggiore eccita le molecole di metano invece di viaggiare nello spazio. Questo riscalda l'atmosfera, abbastanza che il metano contribuisce a circa il 20% del riscaldamento dovuto ai gas serra, il secondo in importanza dietro l'anidride carbonica.

Dovuto al legami chimici all'interno della sua molecola il metano è molto più efficiente nell'assorbire il calore rispetto all'anidride carbonica (ben 86 volte di più), rendendolo un gas serra molto potente. Fortunatamente, il metano può durare circa 10-12 anni nell'atmosfera prima che si ossidi e si trasformi in acqua e anidride carbonica. L'anidride carbonica dura per secoli.

Secondo il Environmental Protection Agency (EPA), la quantità di metano nell'atmosfera si è moltiplicato dalla rivoluzione industriale, passando da circa 722 parti per miliardo (ppb) nel 1750 a 1834 ppb nel 2015. Tuttavia, le emissioni da molte parti sviluppate del mondo sembrano ora essersi stabilizzate.

Negli Stati Uniti, le emissioni di metano provengono principalmente dall'industria dei combustibili fossili. Il metano non viene rilasciato quando bruciamo combustibili fossili, come fa l'anidride carbonica, ma piuttosto durante l'estrazione, la lavorazione e la distribuzione di combustibili fossili. Il metano fuoriesce dalle teste di pozzo del gas naturale, negli impianti di lavorazione, dalle valvole della tubazione difettose e persino nella rete di distribuzione che porta gas naturale nelle case e nelle aziende. Una volta lì, il metano continua a fuoriuscire dai contatori del gas e dagli apparecchi a gas come riscaldatori e stufe.

Alcuni incidenti si verificano durante la manipolazione del gas naturale con conseguente rilascio di grandi quantità di gas. Nel 2015 sono stati rilasciati volumi molto elevati di metano da un impianto di stoccaggio in California. La perdita di Porter Ranch è durata per mesi, emettendo nell'atmosfera quasi 100.000 tonnellate di metano.

La seconda più grande fonte di emissioni di metano negli Stati Uniti è l'agricoltura. Se valutate a livello globale, le attività agricole si collocano al primo posto. Ricordi quei microrganismi che producono metano biogenico in condizioni in cui manca l'ossigeno? Le viscere erbivore del bestiame ne sono piene. Mucche, pecore, capre e persino cammelli hanno batteri metanogeni nello stomaco per aiutare a digerire il materiale vegetale, il che significa che passano collettivamente grandi quantità di gas metano. E non è un problema minore, poiché si stima che il 22% delle emissioni di metano negli Stati Uniti provenga dal bestiame.

Un'altra fonte agricola di metano è la produzione di riso. Le risaie contengono anche microrganismi che producono metano e i campi inzuppati rilasciano circa l'1,5% delle emissioni globali di metano. Con l'aumentare della popolazione umana e con essa la necessità di coltivare il cibo e all'aumentare della temperatura con i cambiamenti climatici, si prevede che le emissioni di metano dalle risaie continueranno ad aumentare. L'adeguamento delle pratiche di coltivazione del riso può aiutare ad alleviare il problema: attingere temporaneamente l'acqua a metà stagione, per esempio, fa una grande differenza, ma per molti agricoltori, la rete di irrigazione locale non è in grado di accogliere modificare.

La materia organica che si decompone in profondità in una discarica produce metano, che viene normalmente scaricato e rilasciato nell'atmosfera. È un problema abbastanza importante che le discariche siano la terza fonte di emissioni di metano negli Stati Uniti, secondo l'EPA. Fortunatamente, un numero crescente di impianti cattura il gas e lo dirige verso un impianto che utilizza una caldaia per produrre elettricità con quel gas di scarico.

Mentre le regioni artiche si riscaldano rapidamente, il metano viene rilasciato anche in assenza di attività umana diretta. La tundra artica, con le sue numerose zone umide e laghi, contiene grandi quantità di vegetazione morta simile alla torba, bloccata nel ghiaccio e nel permafrost. Man mano che questi strati di torba si scongelano, l'attività dei microrganismi aumenta e il metano viene rilasciato. In un fastidioso circuito di feedback più metano c'è nell'atmosfera, più calda diventa e più metano viene rilasciato dal permafrost di scongelamento.

In aggiunta all'incertezza, un altro fenomeno preoccupante ha il potenziale per interrompere ulteriormente i nostri climi molto rapidamente. Sotto i suoli artici e in profondità negli oceani esistono grandi concentrazioni di metano intrappolate in una maglia simile al ghiaccio fatta di acqua. La struttura risultante si chiama clato o metano idrato. Grandi depositi di clathrate possono essere destabilizzati cambiando correnti, frane sottomarine, terremoti e temperature di riscaldamento. Il crollo improvviso di grandi depositi di metano clatrato, per qualsiasi motivo, rilascerebbe molto metano nell'atmosfera e causerebbe un rapido riscaldamento.

In quanto consumatore, il modo più efficace per ridurre le emissioni di metano è ridurre il fabbisogno energetico dei combustibili fossili. Ulteriori sforzi includono la scelta di una dieta povera di carne rossa per ridurre la domanda di produzione di metano bestiame e compostaggio per ridurre la quantità di rifiuti organici inviati alle discariche dove avrebbero prodotto metano.