IL MUTAMENTO CLIMATICO
Un problema globale,
interdisciplinare,
complesso
Franco Maurizi – itis A.Einstein Roma – email: [email protected]
Aprile 2005
il sole e la terra
• La terra riceve dal sole
circa 342 W/m2
• Il 30% viene riflesso
• Il 70% arriva al pianeta e
alla sua atmosfera
• Visto che il pianeta si
trova all’incirca in
equilibrio termico a questi
235 W/m2 in arrivo, ne
corrispondono altrettanti
in uscita
In base a questo bilancio
energetico la temperatura
media della terra dovrebbe
corrispondere a circa -18°C
il sole e la terra
• La temperatura media
della terra è intorno ai
15°C perché alcuni
gas della sua
atmosfera trattengono
il calore. In particolare
l’anidride carbonica,
CO2 e il metano, CH4
Fenomeni fisici nell’atmosfera
Il diverso assorbimento del calore da
parte dell’acqua, delle rocce, delle nevi,
provoca differenze di temperature tra
una zona e l’altra del pianeta, che
generano movimenti ascensionali delle
masse di aria più calde.
In più la rotazione del pianeta provoca il
cosiddetto effetto Coriolis per cui le
masse di aria si muovono a diverse
velocità a secondo della distanza dalla
superficie terrestre.
L’andamento generale di questi
movimenti è abbastanza caratteristico e
prevedibile in linee generali
Fenomeni fisici nell’atmosfera
Composizione dell’atmosfera
Azoto 78%
Ossigeno 20%
Argon 1%
Tutto il resto 1% o poco più
“tutto il resto”: vapore acqueo, anidride carbonica, idrogeno,elio, anidride
solforosa, metano, etc
Composizione dell’atmosfera
Mutamenti dell’atmosfera
Fino alla rivoluzione industriale la composizione dell’atmosfera è
rimasta relativamente stabile.
Oggi si nota la presenza di minuscole quantità di nuovi gas e,
soprattutto una sensibile variazione della concentrazione di altri
già presenti
•
(ppmv=parti per milione in volume; ppbv =parti per miliardo in volume)
Gas con
effetto serra
rilevante
CO2
ppmv
CH4
ppmv
N2O
ppmv
CFC-12
ppbv
CF4
ppbv
HCFC-22
ppbv
Pre
rivoluzione
industriale
280
0,7
0,27
0
0
0
1994
358
1,7
0,31
0,50
0,07
0,11
+28%
+143%
+15%
50-200
12
120
102
50000
12
Anni di
persistenza
•le fonti di
emissione
“naturali” e i
serbatoi di
CO2 (foreste,
acque,
sedimenti
fossili) sono
in equilibrio
tra di loro per
cui la
concentrazio
ne in
atmosfera è
rimasta
pressoché
stabile o con
fluttuazioni
distribuite su
periodi di
diversi secoli.
Il ciclo della CO2
Il gas serra
più
importante
per
quantità è
la CO2 che,
come si sa,
viene
prodotto
durante le
combustioni
o i cicli
biologici
•L’emissione totale viene stimata in 150 gigatonnellate (109
tonnellate)di carbonio/anno. Di queste tra le 6 e le 8,2 sono da
ricondursi ad attività umane. Di queste tra le 0,6 e 2,6 derivano da
deforestazioni o cambiamento d’uso di aree agricole (un mancato
assorbimento entra nel bilancio come se fosse una emissione)
L’utilizzo intensivo dei
combustibili fossili e la
deforestazione di ampie
superfici ha determinato
un brusco aumento della
produzione di CO2, più
rapido dei meccanismi di
assorbimento, da qui
l’impennata della
concentrazione in
atmosfera
Passato e futuro co2
I valori della zona celeste sono stati
ricavati dall’analisi dei ghiacci antartici,
quelli della zona azzurra con misure
dirette; nella zona verde le proiezioni
secondo diversi scenari
Mutamenti dell’atmosfera
per diversi anni si è discusso se tali variazioni potessero
indurre mutamenti climatici e se tali mutamenti potessero
essere ricondotti ad attività umane (origine antropogenica delle
varazioni climatiche).
Attualmente è ampiamente accettata quanto meno una
corresponsabilità dell’uomo in tali mutamenti
persistenza
•La persistenza nel tempo dei mutamenti indotti dalla maggiore
concentrazione di CO2 potrebbe essere molto elevata
Stime dei danni da eventi climatici
estremi e loro frequenza
•Comunque sia la frequenza di eventi climatici estremi negli
ultimi 50 anni è aumentata
•Come pure è aumentata di 0,4 °C in un secolo e mezzo la
temperatura media del pianeta
La rivoluzione industriale e le fonti
di energia
La rivoluzione industriale è stata caratterizzata
dalla comparsa di macchine, dispositivi,
impianti, in grado di fornire elevate potenze.
Vale a dire molta energia in poco tempo.
Per alimentare tali processi si è ricorso ( e si
ricorre tuttora ) a dei “serbatoi chimici di
energia”: i combustibili fossili.
Tj =terajoule
Carbone
Petrolio
1012 joule
Gas
naturale
99% metano
tonn di
carbonio dalla
combustione
27
20
15,3
TonnC/Tj
TonnC/Tj
TonnC/Tj
Tonn CO2
(combustione
ottimale)
99
73
56
tonnCO2/Tj
tonnCO2/Tj
tonnCO2/Tj
Energia da fonti fossili
Miliardi di barili all’anno
Andamento dei consumi di petrolio
Prima crisi petrolifera:
discesa dei consumi
25
Incremento attuale:
+ 2% all’anno
12.5
Boom economico:
+ 7% all’anno
1925
Gruppo Consumo Critico – Milano –
La Crisi Che Verrà
1950
1975
2000
anno
Energia da fonti fossili
Fabbisogni di energia
Cosa sono le tep?
L’energia si può misurare con diverse unità di misura: calorie,
Joule (J), kilowattora (kWh) oppure tep, cioè tonnellate
equivalenti di petrolio. Una tep (o tpes) è convenzionalmente pari
a 10 milioni di kilocalorie e quindi, pari a 41.860 MJ e pari a
11.600 kWh.
Fabbisogni di energia
L’energia usata nel mondo nel 2000 corrisponde a circa
10,2 X 1012 tep
Seguendo la ripartizione della banca mondiale in paesi ricchi, medi
e poveri si può costruire questa tabella dai dati della world bank
2001
High income
countries
Middle income
countries
+ di 9266$/anno a
persona
Low income
countries
- di 756$/anno a
persona
Tep/polazione
5,42
1,34
0,52
popolazione
0,96 x 109
2,94 x 109
2,23 x 109
Tep
5,20x 109
+2,4%
3,94x 109
+3,4%
1,16x 109
+5,5%
Variazione
rispetto al 1999
La conferenza di Rio
Nel giugno del 1992 si tenne a Rio de
Janeiro la “Conferenza delle Nazioni Unite
sull’ Ambiente e lo Sviluppo”.
In quella sede si assunse un impegno
generico a ridurre l’emissione di “gas
serra”.
Si individuarono tre gruppi di paesi :
Annex (cioè “allegato”) 1 (paesi
industrializzati e in via di transizione come
est Europa, Russia, Ucraina…) che si
impegnano, congiuntamente o
singolarmente, a riportare le emissioni dei
gas serra ai livelli del 1990; Annex2 (
paesi industrializzati ) che assumeranno
un maggiore impegno, anche con
trasferimenti di tecnologie verso i paesi in
via di sviluppo ( non Annex ) che vengono
lasciati liberi da vincoli
Il protocollo di Kyoto
Gli impegni di Rio non parlavano
volutamente dei tempi di realizzazione
delle riduzioni. Si rimandava la
definizione degli aspetti procedurali a
successive Conferenze periodiche tra le
parti (Cop), anche per evitare rotture
diplomatiche tra paesi con idee differenti
sulla gravità del problema e sull’urgenza
e la natura degli interventi.
La 3° di tali conferenze si è tenuta nel
dicembre ’97 a Kyoto ed ha finalmente
definito tempi e modalità in un
protocollo, cioè un allegato alla
conferenza di Rio.
Il protocollo di Kyoto
I paesi annex1 si impegnano, come
gruppo, ad arrivare al 2010 con le
emissioni di gas serra ridotte del 5%
rispetto al 1990, sembra poco ma
considerando una tendenza di
incremento annuo dell’1%, significa una
riduzione effettiva del 25%.
I paesi non annex non hanno vincoli per
non limitarne le prospettive di sviluppo
ma sono invitati a mettere liberamente
in atto delle limitazioni
Il protocollo sarebbe entrato in vigore una volta ratificato da 55 paesi che
rappresentassero almeno il 55% delle emissioni dai paesi annex 1 nel 1990.
Insomma doveva essere accettato da molti paesi e tra questi ci doveva essere
una grossa presenza dei maggiori emettitori.
Tali condizioni sono state infine raggiunte nel 2005 con la ratifica della
Russia
I parametri macroeconomici
I parametri utili a
descrivere la situazione di
una nazione possono
essere molti, tra i più
immediati:
• Popolazione
• Prodotto interno lordo
(cioè la quantità di ricchezza
prodotta)
I parametri macroeconomici
Altri indicatori utili
potrebbero essere:
Reddito pro capite
(rapporto prodotto interno
lordo/popolazione)
Quantità di energia
consumata per unità di
reddito (rapporto tpes/pil)
Tipologia delle fonti di
energia (CO2 / tpes)
I parametri macroeconomici
Rappresentazioni meno
drammatiche delle immagini si
possono avere da grafici statistici
relativi ad alcuni paesi “scelti a caso”
1998 prodotto interno lordo per abitante (migliaia di
dollari)
30,0
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
IA
D
IN
BA
N
N
G
LA
IG
D
ER
ES
H
IA
PI
A
ET
IO
IA
R
O
M
AN
IT
AL
IA
IA
ER
M
AN
O
N
G
IA
PP
G
U
SA
E
0,0
1998 tonn.eq.di petrolio per 1000$ di PIL
TPES/GDP
(toe/1000 $)
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1998 tonnellate equivalenti di petrolio
consumate per abitante
TPES/population
(toe)
U
IA SA
PP
O
G
ER NE
M
AN
IA
IT
A
RO L IA
M
AN
ET IA
IO
PI
N
BA
IG A
NG ER
LA IA
DE
SH
IN
DI
A
G
G
IA
U
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PP
O
G
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M
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IA
IT
AL
IA
R
O
M
AN
I
ET A
IO
PI
A
N
IG
BA
ER
N
G
IA
LA
D
ES
H
IN
D
IA
10
8
6
4
2
0
I parametri macroeconomici
25,000
COUNTRY_NAME
Honduras
Malawi
Guinea-Bissau
Cote d'Ivoire
Somalia
Burkina Faso
Myanmar
Yemen,
Rep.
Chad
Madagascar
Togo
Burundi
Guyana
Tanzania
Ghana
Congo,
Rep.Rep.
Congo,
Dem.
Mauritania
Kenya
Sierra Leone
Mali
Zambia
Bolivia
Niger
Ethiopia
Senegal
Italy
Liberia
Rwanda
Angola
14 European Monetary
Sudan
Union
Uganda
Sao
Tome and Principe
Guinea
Central
JapanAfrican Republic
Vietnam
Benin
Lao PDR
Nicaragua
United
States
Gambia
Mozambique
Cameroon
1997
0,77
0,08
0,20
0,91
0,00
0,09
0,20
1,04
0,02
0,09
0,23
0,03
1,21
0,09
0,26
0,10
0,05
1,22
0,26
0,10
0,05
0,28
1,45
0,11
0,06
0,40
7,38
0,12
0,06
0,46
0,14
8,15
0,06
0,55
0,16
0,07
9,55
0,60
0,18
20,1
0,69
0,07
3
0,18
0,07
0,19
Nelle tabelle e
nel grafico le
tonnellate di
CO2 emesse
per abitante in
alcuni paesi
20,000
15,000
10,000
5,000
0,000
1
La situazione di alcuni paesi ricchi
Anno
1997
CO2/pop
Francia
6,19
10,77
7,38
9,40
0,33
0,61
0,41
0,53
1,47
2,55
2,60
2,43
0,22
0,23
0,16
0,21
18,79
17,75
18,05
18,19
9,29
20,50
11,18
4
0,45
0,83
0,64
0,78
2,28
2,53
2,41
2,40
0,19
0,33
0,27
0,32
20,38
23,95
17,31
5,12
Germania
Italia
Regno Un.
Giappone
Stati uniti
OCSE
Nel mondo
(nel 1999)
CO2/pil
CO2/tpes
Tpes/pil
CO2 in
tonnellate
Pil/pop
Pil in migliaia di
dollari
L’identità di Kaya
• Questa uguaglianza mette in relazione 4
coefficienti con le emissioni di CO2
CO2 = (CO2/tpes) X (tpes/pil) X (pil/pop) X pop
• L’utilità di questa uguaglianza è che pone in
relazione indicatori economici, popolazione,
emissioni di CO2 , chiarendo su quali leve si può
intervenire per ridurre le emissioni di CO2
Scenari per l’Italia
Riassumiamo i 4 fattori
• Il rapporto CO2/tpes
(grado di utilizzo di combustibili fossili nella produzione
di energia)
• Il rapporto tpes/pil
(rendimento energetico del sistema produttivo o
semplicemente risparmio energetico)
• Reddito pro capite pil/pop
• popolazione
Scenari per l’Italia
• Ponendo pari a 1 il valore di ciascuno dei
quattro fattori nel 2000, diventano chiare
le strade che si possono intraprendere
per rispettare gli impegni assunti
CO2/tpes
tpes/pil
pil/pop
popolazio
ne
CO2
2000
(Valori storici)
1
1
1
1
1
2010
0,97
0,92
1,23
0,99
1,09
…
…
…
…
1
(previsione senza
interventi)
2010
(quali interventi?)
(+ 9%)
I due fattori realistici
– Lasciamo pure costante la popolazione e l’incremento del reddito procapite
(2% annuo per semplificare)
CO2/tpes:
Ridurre questo fattore significa
aumentare la produzione di
energia da fonti non fossili
tpes/pil:
Ridurre questo fattore
significa usare dispositivi ad
alto rendimento energetico o
incrementare quei settori
produttivi che richiedono poca
energia
?
Punti positivi, punti negativi
• Ci sono due dati particolari, specifici
dell’Italia, che varrebbe la pena
approfondire.
•
•
1) il rendimento energetico tep/pil è forse il migliore del mondo; cioè
l’energia viene fatta fruttare al meglio, probabilmente perché costa di più
rispetto ad altre nazioni.
2) la tipologia delle fonti di energia CO2/tep è tra le peggiori dei paesi
industrializzati. Il che, se il dato fosse esatto, sarebbe spiegabile in due
modi: o la produzione di energia in Italia da fonti non fossili ( idroelettrico,
fotoelettrico, geotermico, eolico, termico solare ) è irrilevante o c’è un
consumo abnorme di combustibili per autotrazione rispetto agli altri
paesi industrializzati
Altre strade
• La convenzione di Kyoto accetta anche il concorso di
altri tipi di azioni per giungere alla riduzione di emissioni
1) Implementazione
congiunta:
Due o più paesi
Annex1 si accordano
tra loro per una
diversa distribuzione
delle riduzioni,
mantenendo invariato
il totale (meccanismo
usato dall’Unione
Europea)
2) Fondo per lo
sviluppo pulito:
3) Commercio dei
permessi:
Simile
all’implementazione
congiunta, ma con il
coinvolgimento di
paesi non annex1 (in
via di sviluppo).
Se un paese riesce ad
ottenere maggiori
riduzioni di quelle per
cui si è impegnato può
vendere la quota
eccedente ad un altro
In pratica: se paesi annex1
dimostrano di aver aiutato
paesi in via di sviluppo a
contenere le emissioni,
possono far valere le minori
emissioni di questi come se
fossero riduzioni delle
proprie. Può essere però
problematico valutare
correttamente tali riduzioni
Altre strade
E’ un po' come per le cure
dimagranti: perdere peso diventa
più difficile man mano che ci si
avvicina al peso ottimale
1998 tonn.eq.di petrolio per 1000$ di PIL
TPES/GDP
(toe/1000 $)
U
SA
PP
O
G
ER N E
M
AN
IA
IT
AL
IA
R
O
M
AN
I
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IO
PI
A
N
IG
BA
E
N
R
G
IA
LA
D
ES
H
IN
D
IA
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
G
IA
Queste altre strade secondo
alcuni rischiano di diventare una
scappatoia per i maggiori
emettitori di gas serra per
evitare di impegnarsi
concretamente “a casa loro”.
D’altra parte hanno una ragione
di essere se si considera che
l’aumento delle emissioni dei
paesi in via di sviluppo potrebbe
vanificare gli sforzi dei paesi
annex1 e che ai fini dell’effetto
serra è ininfluente in quale area
geografica si riduce l’emissione.
Inoltre il costo monetario della
riduzione varia fortemente a
secondo della situazione di
ciascun paese
Oppure può essere più semplice e
meno costoso migliorare il rendimento
di impianti industriali obsoleti dei paesi
in via di sviluppo, piuttosto che quello di
impianti più moderni dei paesi avanzati
Come si può barare
Il rischio più concreto è quello di un comportamento
opportunistico: lo stato A annuncia la propria adesione al
protocollo, dopo di che non fa assolutamente nulla per
raggiungere gli obiettivi dichiarati.
Se saranno raggiunti gli obiettivi globali ne godrà come
tutti, ma non avendo dovuto affrontare nessun tipo di
costo per raggiungerli, sicuramente diventerà più
competitivo dei paesi che si sobbarcheranno realmente i
costi delle riduzioni di emissioni
Ad esempio… 3 casi particolari
•Gli Stati Uniti: sono i maggiori emettitori di co2 in assoluto, in
più, forse anche per il basso costo al consumo dei prodotti
petroliferi ed energetici, i maggiori consumatori di energia pro
capite. Non hanno sottoscritto il protocollo di Kyoto
•La Russia: con il crollo del sistema sovietico ha subito una
notevole deindustrializzazione, per cui è già molto al di sotto
delle emissioni di co2 del ’90. Quindi senza alcun intervento
si trova nella condizione di poter vendere molti “permessi di
emissione”. E’ però il maggiore emettitore di metano, per
perdite dai gasdotti. Ha aderito al protocollo di Kyoto
•La Cina: è tra i grandi paesi quello con il maggior
tasso di crescita (economico e di emissioni). Non
è un paese annex1 e quindi non è impegnato ad
alcuna limitazione e neanche sembra
intenzionato ad assumere impegni volontari
Il piano dell’Italia
•Da febbraio 2005 il protocollo di
Kyoto è in vigore.
•Le linee di intervento su cui è è
orientato per ora il nostro Governo
sono state illustrate nell’audizione
alla Camera del 10 febbraio del
Ministro per l’economia
• Allegato 2 _1_.pdf
• Allegato 2 (1).doc
Perché 10 anni dopo Rio
Durante le varie conferenze internazionali si è sempre dovuto mediare
tra due differenti posizioni
1)
See & wait (guarda e aspetta) cioè “nel dubbio osserviamo e
aspettiamo di avere conferme”
2)
“Meglio non rimpiangere” cioè “nel dubbio interveniamo per non
doverci pentire poi di non aver fatto nulla”, tanto più che i tempi di
riassorbimento della maggiore CO2 sono comunque nell’ordine dei
decenni
Sostanzialmente sulla prima posizione si trovano gli USA, che da soli
pesano per circa il 36% delle emissioni di CO2
Sulla seconda si trova l’ Unione Europea
Sono serviti 7 anni per arrivare alla ratifica del protocollo di Kyoto e per
impegnare gli stati che lo hanno ratificato a quegli obiettivi.
Gli altri continuano per la loro strada, che comunque può pregiudicare gli sforzi
dei sottoscrittori.
A questo punto la parola rimane alla politica e alla diplomazia
fonti
Banche dati di :
World bank (banca mondiale)
United nations (nazioni unite)
Ipcc (international panel on climatic changes – U.N.)
Eia-oecd (agenzia internazionale per l’energia- ocse)
Apat (agenzia protezione ambiente e territorio)
Bibliografia:
Il cambiamento climatico – A. Lanza – ed. il Mulino