CO2: la molecola necessaria

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Gianfranco Pacchioni è docente di Chimica all’Università di Milano-Bicocca. Per le edizioni de Il Mulino ha recentemente pubblicato W la CO2. Possiamo trasformare il piombo in oro?. Giordano Cavallari lo ha intervistato nel mese anniversario della enciclica Laudato si’.

  • Professore, lei ha scritto di aver pensato il titolo “W la CO2” dopo aver assistito ad una pubblicità che si concludeva con un bel “Abbasso la CO2!”. Come valuta il ruolo della pubblicità – e dell’interesse che ci sta evidentemente dentro – in una fase così delicata per la conoscenza della questione ambientale da parte della opinione pubblica? 

Senza mezzi termini: fra il fastidioso e lo scandaloso! Ho recentemente fotografato e messo da parte un altro messaggio pubblicitario, ancora sulla CO2, ormai assurta dai libri scientifici di chimica, botanica, biologia, climatologia, ecc. agli articoli di qualsiasi giornale e, appunto, alle pagine della pubblicità quotidiana.

Nella migliore delle ipotesi, banali ovvietà vengono spacciate per rivoluzionari esiti della ricerca scientifica: ad esempio, viene affermato con clamore che le alghe sono in grado di assorbire grandi quantità di CO2 e che quindi abbiamo finalmente trovato il modo di disfarcene. Meno male che le alghe sono in grado di assorbire CO2 e di liberare O2, cioè ossigeno! Ma ciò non è altro che la meravigliosa, naturale, fotosintesi clorofilliana!

Ora anche le grandi compagnie petrolifere – che di CO2 sanno qualcosa – stanno investendo pesantemente in questo genere di messaggi pubblicitari.  Stanno cercando di spacciare per ambientali e strategicamente sostenibili processi che in realtà, nel lungo termine, non risolvono nulla: ad esempio quello di andare ad immagazzinare CO2 nei giacimenti del sottosuolo esauriti dai gas estratti. Certo: si può fare, disponiamo delle tecnologie per poterlo fare.

Ma questa potrebbe, al più, rappresentare una soluzione parziale e temporanea nel verso del riutilizzo della CO2. Ma l’obiettivo strategico fondamentale – di cui tratto nel mio libro – è la sostituzione, quanto più ravvicinata, dei combustibili fossili, la cui combustione appunto sta determinando quell’ “eccesso” di CO2 nella atmosfera da cui vengono tanti problemi. È chiaro che le grandi compagnie petrolifere – non solo l’E.N.I. – stanno ora ritardando il raggiungimento di un tale strategico obiettivo. Gli interessi in gioco sono enormi.

  • L’argomento è piuttosto complicato, specie per i non addetti ai lavori. È tuttavia così importante che tutti siano in grado di capire?

Certamente, è di fondamentale importanza. Per questa ragione ho iniziato a scrivere libri a carattere scientifico sì, ma divulgativo: per cercare di far capire a tutti. Tutti i cittadini devono rendersi conto dei problemi ambientali che abbiamo di fronte. Siamo tutti esseri umani viventi pienamente interessati. Le campagne pubblicitarie – benché suggerite dalla cosiddetta transizione ecologica e alla stessa orientate – hanno la proprietà di influenzare pesantemente l’opinione pubblica e, perciò, se non dicono la “verità”, si caricano di una grave responsabilità.

Le scelte sbagliate vengono pagate da tutti, il che vuol dire dall’intera umanità. Perciò le posizioni scientificamente ed eticamente fondate – al di fuori e al di sopra degli interessi e delle parti – sono di grande valore. In tal senso l’enciclica del papa, la Laudato si’, è un documento di straordinario valore.

Il lavoro della CO2
  • Cerchiamo dunque, professore, di far capire ora ai nostri lettori perché dobbiamo essere grati alla molecola indicata dalla formula CO2?

Che cosa accadrebbe se di colpo venisse a mancare l’acqua sulla terra? Tutti, più o meno, saremmo in grado di rispondere che per la nostra vita sarebbe la fine. Se ora ponessimo la domanda: che cosa accadrebbe se di colpo venisse a mancare la luce del sole? Molti saprebbero rispondere – mi auguro – che tutto si fermerebbe perché la luce del sole è l’energia che ci muove. Bene.

Tuttavia, sono convinto che non molti saprebbero dire che se venisse a mancare di colpo la CO2 nell’aria accadrebbe esattamente la stessa catastrofe, perché la vita sulla terra è possibile solo grazie a queste realtà fisico-chimiche fondamentali, insieme: l’acqua, la luce e la CO2. Poiché la CO2 non si vede, non si sente, non ha odore o altro di sensibile, comunemente non ci si rende ben conto della sua presenza e del suo ruolo.

Sta passando pertanto una sorta di demonizzazione della CO2, tanto che la pubblicità mendace può permettersi di proclamare, appunto, “Abbasso la CO2!”, quale fosse un inquinante, un gas tossico e nocivo, mentre in realtà è una fonte di vita, della nostra vita, come ha magistralmente narrato, per via letteraria, il grande scrittore e chimico Primo Levi. Perciò ho voluto questo titolo, un po’ provocatorio, per il mio libro: “W la CO2”.

  • Vuol dire due parole su Primo Levi?

Sono un grande estimatore di Primo Levi. Penso che molti chimici lo siano. Nel mio libro riprendo il capitolo dedicato al “carbonio”, l’ultimo racconto di quel libro straordinario che è “Il sistema periodico”. È un capitolo di pura letteratura che, quando insegnavo Chimica generale, facevo leggere agli studenti. Levi ha avuto un’idea geniale: per spiegare il ciclo vitale del carbonio in natura, racconta l’esistenza di un singolo atomo di carbonio, un particolare atomo di carbonio che inizialmente è inglobato in una miniera di calcare da qualche milione di anni. Un giorno arriva un minatore che spezza il calcare.

Questo pezzo viene calcidato in fabbrica, ossia trasformato in ossido di calcio e CO2: l’atomo di carbonio protagonista della vicenda viene quindi a far parte della molecola di CO2 che va nella atmosfera (nell’aria) e comincia la sua vita complicatissima. Viene assorbito da una foglia di vite che viene a sua volta mangiata da un insetto, entra nel sangue di questo e viene consumato: ossia si combina e si scombina varie volte rientrando ogni volta nell’atmosfera. Questo è un racconto appassionante dal punto di vista letterario – direi anche dal punto di vista esistenziale – e molto rigoroso dal punto di vista scientifico.

Fa perfettamente capire la continua trasformazione della materia. L’atomo di carbonio e la molecola di CO2 sono parte costituente di tale continua trasformazione. La materia di cui siamo fatti è pienamente coinvolta.

  • Ci può dare indicazioni di tempo circa queste trasformazioni?

Non è una cosa semplice. Si possono statisticamente calcolare tempi medi di permanenza nelle varie fasi del ciclo.  Un atomo di carbonio può rimanere in atmosfera – in una molecola di CO2 – per migliaia e migliaia di anni. Una volta entrato nel ciclo biologico può finire nel tronco di una sequoia e magari restarci per decine o centinaia di anni, mentre, se finisce in una spiga di grano, magari vi rimane un anno.

Anche nel corpo umano ci sono dei tempi, ma quel che è importante qui ricordare è che della materia di cui è fatto il nostro corpo, alla fine, restano fondamentalmente l’acqua e la CO2, oltre a qualche sale minerale ed altre poche sostanze, pronte a rientrare nel gran ciclo della vita su questa Terra.

Evoluzione
  • La vita non è sempre esistita sulla Terra…

Nel libro racconto alcune cose importanti: la prima è che l’atmosfera del pianeta era inizialmente dominata dalla presenza della CO2. Parliamo di un miliardo di anni dopo la formazione della Terra stessa, quindi di circa tre miliardi e mezzo di anni fa. C’era quasi esclusivamente CO2 nell’atmosfera terrestre. Molto lentamente è affiorata la vita, con i primi semplicissimi – in realtà prodigiosissimi – cianobatteri, organismi definibili come viventi che hanno iniziato a consumare la CO2 realizzando il “miracolo” della fotosintesi.

La fotosintesi ha consumato praticamente tutta la CO2 che c’era nell’atmosfera, sino a lasciarne solo una certa quantità. Quantità che è tuttora del tutto minoritaria rispetto a tutto il resto: una quantità tuttavia fondamentale, indispensabile, per quanto abbiamo già detto.

Quindi, in estrema sintesi: le concentrazioni di CO2 sono cambiate enormemente nel lungo corso dei tempi, ma, nell’ultimo milione di anni, tale concentrazione è rimasta sostanzialmente stabile. Sono le misure fatte con le perforazioni in profondità dei ghiacciai dell’Antartide a dimostrare in maniera chiara quel che sto dicendo: ci sono state certamente delle oscillazioni, ma la concentrazione di CO2 è rimasta sostanzialmente stabile molto a lungo.

Nell’ultimo secolo e mezzo – invece – la sua concentrazione ha preso a crescere ad indubbia ragione della combustione dei combustibili fossili operata dagli umani. Dal momento in cui l’umanità ha intrapreso – e sempre più incrementato – il consumo dei combustibili fossili (dai giacimenti di carbone, petrolio e gas) per produrre l’energia che serve – la CO2 ha iniziato ad accumularsi.

Nel libro racconto l’interessante storia che ha portato a queste considerazioni e con quali conseguenze. È stato un matematico – Jean Baptiste Joseph Fourier – nel 1820, che, facendo “semplicemente” dei calcoli, per primo ha intuito che c’era nell’atmosfera una sostanza che stava trattenendo il calore del sole. Di questa affascinante storia fa parte una donna americana – Eunice Newton Foote – attorno al 1850, che, con un “semplice” esperimento fatto con un tubo riempito di sola CO2 esposto al sole, ha dimostrato che questo rimaneva caldo più a lungo rispetto ad un identico tubo riempito di aria.

È stata la prima quindi a dedurre che la CO2 è in grado, rispetto ad altre molecole, di trattenere maggiormente il calore. Eunice non poté rendere pubblici i suoi dati col suo nome (probabilmente perché donna). Il suo contributo era perciò andato perduto. Solo recentemente è stato riscoperto. Anche grazie a lei e, ovviamente, grazie a moltissimi altri e raffinati studi realizzati in seguito, sappiamo che è proprio quell’eccesso di CO2 prodotto dalle attività umane a determinare l’incremento delle temperature e i conseguenti cambiamenti climatici che tanto, fondatamente, ci preoccupano.

  • Può dire, in termini molto semplici, perché la preziosa molecola di CO2 produce tale effetto, in questo caso, indesiderato?

Tutte le molecole vibrano come delle molle, assorbendo ed emettendo energia. L’energia proveniente dal sole viene riflessa dalla superficie terrestre. Se non ci fosse l’atmosfera – contente tra l’altro vapore acqueo, CO2 ed alcune altre molecole come il metano – questa energia si disperderebbe pressoché interamente, le temperature sarebbero ovunque glaciali e noi – se esistessimo – “moriremmo di freddo”.

Il trattenimento (parziale) dell’energia, ossia del calore, il cosiddetto “effetto serra” è da considerarsi dunque del tutto positivo nel meraviglioso equilibro che rende possibile la nostra vita.  Il problema nasce quando l’equilibrio viene alterato e la quantità di energia trattenuta per effetto delle vibrazioni delle molecole aumenta: è quanto sta accadendo.

Natura, equlibrio, alterazione
  • La responsabilità è puramente umana?

Certamente, come ho detto, ora sappiamo che l’incremento della CO2 viene dallo sfruttamento operato dall’uomo sull’ambiente soprattutto negli ultimi due secoli, in crescendo. Possiamo senz’altro dire – oggi – che tale sfruttamento è stato operato senza discernimento, ma pure che è stato, “giustificato”, oltre che da tante ragioni ben intuibili, dall’ignoranza di tali conseguenze ambientali.

Ora non può più essere giustificato. Ora sappiamo. Ora il tema dello sfruttamento ambientale e delle sue conseguenze è un tema etico a pieno titolo. L’umanità è ora consapevole.

I problemi sono enormi. Ci sono 8 miliardi di persone da sfamare, bisogna darsi da fare, lavorare, trasformare energia in forma utilizzabile. I problemi non si risolveranno interamente neppure da ora al 2050. Io sono convinto: nel 2050 utilizzeremo ancora una bella quantità di combustibili fossili: il che implica che a fine secolo la temperatura sarà ancora ulteriormente aumentata rispetto ad oggi. Ma sta a noi decidere – ora – se sarà aumentata di uno o due gradi centigradi oppure di quattro o cinque, con conseguenze enormi. Questo è il punto!

  • Possiamo essere fiduciosi?

Come chimico, come uomo di scienza, non posso che essere innanzi tutto realista, dicendo le cose come stanno e come appaiono oggi. Come uomo integrale – animato, come tutti, da emozioni, sentimenti e ovviamente da speranze – ritengo che si possa e si debba nutrire, appunto, speranza, ma confidando nelle migliori facoltà umane.

La nuova avventura che abbiamo di fronte è insieme etica e scientifica. Vedo perciò molto positivamente i movimenti specie dei giovani – quali Greta Thunberg – che, sia pure con le loro caratteriste appunto giovanili, pongono con gravità ed urgenza la necessità di affrontare il problema climatico ed ambientale. Naturalmente, cito di nuovo papa Francesco e la sua enciclica di straordinaria importanza per la presa di coscienza e lo stimolo all’azione.

Non possiamo andare avanti così, senza fare niente. Di fatto le cose si stanno muovendo. I governi stanno decidendo. Sia pure in ritardo, tutti i paesi industrializzati stanno cominciando a fare delle cose interessanti.

  • In quali più precise direzioni ci si deve, secondo lei, muovere?

La prima direzione va nel verso della sostituzione – quanto più possibile – delle fonti di energia che abbiamo usato fino ad oggi con le fonti cosiddette rinnovabili, ossia, sostanzialmente, dal sole e dal vento. Il mondo ha bisogno di utilizzare energia, su questo non c’è dubbio. Il sole ed il vento non muovono immediatamente, da sé, ad esempio, le automobili. Come faremo muovere dunque le automobili?

Oggi si parla molto di auto elettrica, azionata da potenti batterie. Queste possono venir ricaricate con energia prodotta da fonti rinnovabili, ma ci sono altri problemi da risolvere, come ad esempio la carenza di alcuni elementi chimici oggi essenziali per le batterie, di cui oggi c’è scarsità.

È per questo che dobbiamo pensare di ricorrere ad altri vettori di energia e quindi ad altre tecnologie, oltre a queste. E finalmente si comincia a parlare seriamente di idrogeno.

Energie rinnovabili
  • Parliamo dunque dell’idrogeno

L’idrogeno non è una fonte di energia di per sé. Questo è bizzarro perché, pur essendo l’idrogeno l’elemento probabilmente più abbondante nell’intero universo, non disponiamo di fonti di idrogeno naturale. Se lo vogliamo, lo dobbiamo produrre chimicamente. L’idea su cui si sta convergendo è che le energie rinnovabili – quelle di cui abbiamo detto, ossia dal sole e dal vento che sono di natura intermittenti, perché di notte non “c’è” il sole e il vento va e viene – vanno “immagazzinate” ovvero trasformate in qualcosa di trasportabile: un vettore di energia appunto.

L’idrogeno costituisce sicuramente la soluzione migliore perché, grazie all’energia prodotta dalle rinnovabili, si può operare la separazione delle molecole di acqua in molecole di idrogeno (che non esiste in natura) e di ossigeno (presente nell’aria). Questo processo è denominato elettrolisi.

Con l’idrogeno prodotto, si possono poi fare sostanzialmente due cose: usarlo direttamente come combustibile – nelle auto al posto della benzina – ossia facendolo di nuovo reagire con l’ossigeno dell’aria nelle celle a combustibile, andando così a “ricreare” delle molecole di acqua e ottenendo l’energia che ci serve per muovere la macchina. Tecnicamente questa soluzione si può già praticare. Ma ci sono ancora tanti problemi da superare: dallo stoccaggio alla distribuzione di questo particolare – e piuttosto pericoloso – vettore di energia: l’idrogeno.

Ma c’è anche una seconda via, di cui parlo ampiamente nel libro. L’idrogeno è una materia già ampiamente impiegata dall’industria chimica, ma viene prodotto partendo da combustibili fossili generando CO2. Se invece disporremo di idrogeno verde, ottenuto grazie alle rinnovabili, potremo combinarlo proprio con la CO2 che viene prodotta e scaricata in eccesso nell’atmosfera, con ciò “emulando” la fotosintesi che avviene in natura, ossia andando a sintetizzare idrocarburi combustibili come fossero dei carboidrati.

Il modello “naturale” è sempre il migliore. Il presupposto, però, è sempre di poter disporre di grandi quantità di energia da fonti rinnovabili, ossia dal sole e dal vento. Questo processo non andrebbe ad emettere nuova CO2, perché nella combustione di questi nuovi combustibili “solari”, la CO2 prodotta sarebbe catturata e riutilizzata in un ciclo chiuso, di per sé, senza fine, quindi senza scarico e ristagno in atmosfera.

  • È possibile fissare anche la CO2 già presente in eccesso nella atmosfera?

Questo è un grande interrogativo. Se la CO2 viene catturata da impianti industriali in cui viene prodotta ad alta concentrazione, non ci sono grandi problemi a reimpiegarla. Se la vogliamo catturare dall’aria – dove si trova comunque molto diluita – il problema è molto più complesso. Esistono dei progetti allo studio.

  • Le decisioni politiche stanno andando davvero nelle direzioni che lei auspica?

Non conosco ancora nel dettaglio, ad esempio, il piano approvato nel nostro paese col recovery fund. Sicuramente il dibattito è arrivato al livello politico dei decisori. Hanno davanti queste due vie: l’idrogeno verde e l’idrogeno blu. Il verde è quello prodotto per elettrolisi, quello veramente sostenibile, quello che non dà luogo ad altra CO2. Il blu è quello prodotto dai combustibili fossili – il metano – che porta allo stoccaggio della CO2 se non si vuole continuare a scaricarne nella atmosfera.

Dobbiamo puntare decisamente sull’idrogeno verde. Ma, in una fase intermedia, potremmo dover far ricorso all’idrogeno blu. Quest’ultimo scenderà progressivamente mentre l’altro salirà, sinché sia avvenuta una transizione effettivamente sostenibile. Sono moderatamente ottimista che ciò possa avvenire in una felice combinazione di ricerca scientifica e tecnologica, politica ed economia.

I nostri comportamenti quotidiani
  • Queste sono le grandi scelte, ma ciascun individuo e ciascuna famiglia cosa possono scegliere?

Questa è la domanda che ritengo forse più importante, perché oggettivamente si può contare sulla ricerca, sulle tecnologie, sullo sviluppo sostenibile… ma sono i comportamenti di fatto e di tutti a determinare le vere svolte. Ecco: mentre oggi sono moderatamente ottimista sull’aspetto politico generale, lo sono meno sull’aspetto culturale e sulla percezione diffusa. Le campagne pubblicitarie di cui abbiamo detto non mi lasciano tranquillo.

Tanta gente può avere la sensazione di fare bene semplicemente acquistando prodotti reclamizzati come verdi, ecologici e sostenibili. Non è così. C’è molto ancora da cambiare nei nostri stili di vita: dovremmo usare tutti, ad esempio, molto di più i mezzi pubblici al posto della macchina, evitare di fare viaggi in aereo se si possono fare in treno ovvero non fare. Questa sensibilità dovrebbe guidare tutti i consumi, compresi quelli alimentari. Per questo tipo di cultura, specie in Italia, direi che siamo in ritardo.

  • Professore, nel libro come in questa intervista, lei spesso esprime un certo senso di meraviglia, perché?

Il mio punto di vista è certamente “laico”. Ma di fronte alla vita, al “come” questa abbia preso forma in una maniera così complessa, di cui la fotosintesi è un mirabile – non ancora esaurito – esempio, penso ci siano soltanto due possibilità: la casualità ovvero l’intervento o la guida di Dio. In quale direzione orientare il proprio pensiero va al di là, ovviamente, della scienza. Ed io non ne so più di chiunque altro.

Da uomo di scienza, non posso però fare a meno di mettere in evidenza che – se pure tutti i migliori cervelli del mondo si mettessero a provare – da un laboratorio mai potrebbe uscire qualcosa di così complicato e sorprendente come la vita che oggi conosciamo, che è frutto di miliardi di anni di evoluzione. Perciò mi permetto di parlare di miracolo della vita, sia pure da una visione molto laica.

  • Il papa – la Chiesa – ha motivo di pronunciarsi su argomenti di dominio della scienza?

Non c’è dubbio. Ne ho sentito dibattere in una riunione di una Commissione scientifica istituita a livello europeo. Si parlava di nanotecnologie, di come queste realtà sconosciute generino ansia al grande pubblico e di come, dunque, comunicarle bene sia essenziale per evitare un rifiuto. Nel dibattito è emerso che è molto difficile oggi per uno scienziato, per quanto autorevole e riconosciuto, essere creduto quando dà dei messaggi rassicuranti rispetto al rapporto rischi/benefici di una data tecnologia.

Molto diverso è se un messaggio in tal senso proviene da una persona con una autorevolezza morale molto alta, come quella di figure come papa Francesco. E questo vale anche per i laici. Le cose che dice hanno un impatto molto più forte. È un dato di fatto.

  • Professore, sinora lei ha detto – ed io ho scritto – CO2: vogliamo infine rivelare il nome di questa molecola vitale?

Secondo la nomenclatura tradizionale si chiama anidride carbonica: comunemente, diciamo infatti anidride carbonica. Ma, secondo una nomenclatura più ufficiale, si dovrebbe dire biossido di carbonio. Non ho voluto ingenerare confusione nei lettori. Ma certamente è importante conoscerne il nome: il nome rivela una identità. Auguro che tanti lettori possano scoprire e rispettare l’identità profonda di questa straordinaria molecola, di fondamentale importanza per la nostra vita.

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