Produzione di fertilizzante senza emissioni di carbonio
I ricercatori dell’ETH di Zurigo e della Carnegie Institution for Science hanno dimostrato come i fertilizzanti a base di azoto potrebbero essere prodotti in modo più sostenibile. Ciò è necessario non solo per proteggere il clima, ma anche per ridurre la dipendenza dal gas naturale importato e per aumentare la sicurezza alimentare.
Inoltre, la produzione di idrogeno richiede un’elevata intensità energetica e attualmente richiede grandi quantità di gas naturale o, come in Cina, di carbone. Oltre ad avere un’impronta di carbonio corrispondentemente elevata, la produzione di fertilizzanti azotati è vulnerabile agli shock dei prezzi sui mercati dei combustibili fossili.
Paolo Gabrielli, Senior Scientist presso il Laboratory of Reliability and Risk Engineering presso l’ETH di Zurigo, ha collaborato con Lorenzo Rosa, Principal Investigator presso la Carnegie Institution for Science di Stanford, negli Stati Uniti, per studiare vari metodi di produzione carbon-neutral per i fertilizzanti azotati.
In uno studio pubblicato sulla rivista Environmental Research Letters, i due ricercatori concludono che è possibile una transizione nella produzione di azoto e che tale transizione potrebbe anche aumentare la sicurezza alimentare. Tuttavia, i metodi di produzione alternativi presentano vantaggi e svantaggi. Nello specifico, i due ricercatori hanno esaminato tre alternative:
Produrre l’idrogeno necessario utilizzando combustibili fossili come nel business-as-usual, solo che invece di emettere il gas serra CO2 nell’atmosfera, viene catturato negli impianti di produzione e immagazzinato permanentemente nel sottosuolo (carbon capture and storage, CSS).
Ciò richiede non solo un’infrastruttura per la cattura, il trasporto e lo stoccaggio della CO2, ma anche corrispondentemente più energia. Nonostante ciò, è un metodo di produzione relativamente efficiente. Tuttavia, non fa nulla per ridurre la dipendenza dai combustibili fossili.
Elettrificazione della produzione di fertilizzanti utilizzando l’elettrolisi dell’acqua per produrre idrogeno. Ciò richiede in media 25 volte più energia rispetto al metodo di produzione odierno che utilizza gas naturale, quindi richiederebbe enormi quantità di elettricità da fonti a emissioni zero.
Per i paesi con un’abbondanza di energia solare o eolica, questo potrebbe essere un approccio allettante. Tuttavia, dati i piani per elettrificare altri settori dell’economia in nome dell’azione per il clima, potrebbe portare a una concorrenza per l’elettricità sostenibile.
Sintetizzare l’idrogeno per la produzione di fertilizzanti dalla biomassa. Dal momento che richiede molta terra coltivabile e acqua, ironicamente questo metodo di produzione compete con la produzione alimentare. Ma gli autori dello studio sottolineano che ha senso se la materia prima è biomassa di scarto, ad esempio residui colturali.
Gli scienziati affermano che la chiave del successo è probabilmente una combinazione di tutti questi approcci a seconda del paese e delle specifiche condizioni locali e delle risorse disponibili. In ogni caso, è imperativo che l’agricoltura faccia un uso più efficiente dei fertilizzanti azotati.
Lorenzo Rosa: “Affrontare problemi come l’eccessiva fertilizzazione e lo spreco di cibo è anche un modo per ridurre la necessità di fertilizzanti”.
Nello studio, gli scienziati hanno anche cercato di identificare i paesi del mondo in cui la sicurezza alimentare è attualmente particolarmente a rischio a causa della loro dipendenza dalle importazioni di azoto o gas naturale. I seguenti paesi sono particolarmente vulnerabili agli shock dei prezzi nei mercati del gas naturale e dell’azoto: India, Brasile, Cina, Francia, Turchia e Germania.
La decarbonizzazione della produzione di fertilizzanti in molti casi ridurrebbe questa vulnerabilità e aumenterebbe la sicurezza alimentare. Come minimo, l’elettrificazione tramite fonti rinnovabili o l’uso della biomassa ridurrebbe la dipendenza dalle importazioni di gas naturale.
Tuttavia, i ricercatori hanno messo questo punto in prospettiva: tutti i metodi a emissioni zero di produzione di fertilizzanti a base di azoto consumano più energia rispetto all’attuale metodo di utilizzo di combustibili fossili. In altre parole, sono ancora vulnerabili a certi shock di prezzo, non direttamente sui mercati del gas naturale, ma forse sui mercati dell’elettricità.
È probabile che la decarbonizzazione cambi l’allineamento dei paesi che producono fertilizzanti azotati, sottolineano gli scienziati nel loro studio. Allo stato attuale, le maggiori nazioni esportatrici di azoto sono Russia, Cina, Egitto, Qatar e Arabia Saudita. Ad eccezione della Cina, che deve importare gas naturale, tutti questi paesi possono attingere alle proprie riserve di gas naturale.
In futuro, i paesi che probabilmente beneficeranno della decarbonizzazione sono quelli che generano molta energia solare ed eolica e hanno anche sufficienti riserve di terra e acqua, come il Canada e gli Stati Uniti.
Paolo Gabrielli: “Non si può ignorare il fatto che dobbiamo rendere la domanda agricola di azoto più sostenibile in futuro, sia per raggiungere gli obiettivi climatici che per motivi di sicurezza alimentare”.
La guerra in Ucraina sta colpendo il mercato alimentare globale non solo perché il paese normalmente esporta molto grano, ma anche perché il conflitto ha fatto salire i prezzi del gas naturale. Questo a sua volta ha causato i prezzi per Fert di azoto
