A. Zecchina Modifiche ambientali nell'età industriale - Accademia delle Scienze
←
→
Trascrizione del contenuto della pagina
Se il tuo browser non visualizza correttamente la pagina, ti preghiamo di leggere il contenuto della pagina quaggiù
IL MUTAMENTO CLIMATICO: PROCESSI NATURALI E INTERVENTO UMANO
17 - 18 maggio 2012
Accademia delle Scienze di Torino
Modifiche ambientali nell’età industriale
A. Zecchina
Scuola di Studi Superiori dell’Università degli Studi di Torino
SSST
Per garantire la priv acy , è stato impedito il download automatico di questa immagine esterna. Per scaricare e v isualizzare l'immagine, fare clic su Opzioni sulla barra dei messaggi, quindi fare clic su A ttiv a contenuto esterno.
Scuola di Studi Superiori dell’Università degli Studi di Torino
SSST
Appunti presi dal corso
“Energia, clima e sostenibilità”
Popolazione e industrializzazione
Sviluppo della Popolazione nei millenni : uno sguardo
Sviluppo
industriale
Malthus
Considerato l’enorme sviluppo della popolazione avvenuta nel secolo XX queste
considerazioni hanno sollevato molti interrogativi e alimentato previsioni pessimiste.
Sviluppo industriale
Lo sviluppo delle conoscenze “scientifiche” nei millenni
Cu
Malachite
Azzurrite Popolazione mondiale :circa 35 milioni
Turchese
Solfato di
rame
Greco- latino
Periodo egizio
Ematite As
Ocra gialla realgar
Sn orpimento
cassiterite
Pb Hg
C galena cinabro
biacca Fe ossido Bi
fuoco litargirio ematite
minio Calce magnetite s Sb Zn
Carbonato Solfato di Blenda
di calcio ferro Zn solfato
Na2CO3
Solfato di (natron)
Au sale calcio Ag Ac acetico
Alcool etilico
lapislazuli
0 1000
←Fermentazione → Vetro,ceramiche
→
Cu→ Impero Romano: 40 milioni
← Malachite
Roma: 1 milione
← Azzurrite
← Turchese
← Solfato di rame
Alchimia
………..
Solfato di rame
Solfato di ferro
H2SO4
As→ HCl
Ematite → →
Sn→ ←realgar HNO3
Ocra gialla→ ← cassiterite orpimento Acqua regia
→
Pb→
c Ac acetico
← galena Fe Bi Alcool etilico
fuoco biacca→
Sb
litargirio→ Zn
HgS
Blenda
minio → s
Ag Zn solfato
……
Au Na2CO3
sale Calce (natron) Acido acetico
Carbonato di calcio Alcol etilico
lapislazuli
Solfato di calcio
←Fermentazione → vetro
Dall’alchimia alla scienza chimica
Cl
Mn
Ba Ar
Popolazione mondiale 1900: 2 miliardi Mo Kr
Parigi: 2.7 milioni W Y Ne
Londra:6.5 mil Sr Sc Xe La nascita
Stahl: Ti
Mosca:1 mil F
Vienna:1mil flogisto
U
Cr
Ge della
Berlino: 2mil V He La Chimica
New York:3.5 mil Pd Cs Ru
N Rb come
Popolazione mondiale 1750: 700milioni Co Ce Si scienza
Parigi 500000 Os Al
Ir
Londra 700000 CO2 Rh
Mosca 250000 SO2 Na
Vienna 250000 CH3OH O Ca
Berlino 120000 Pt
New York 100000 Gassendi I
Torino 60000 Ni Li
Cd
Paracelso P H
Acetone Mendeleev
Avicenna Ac.formico
Giordano Bruno Meyer
Priestley Berzelius
Cannizzaro
BoyleVolta Avogadro
Newton Dalton 2000
1000 Alchimia 1500 Cavendish,Hooke Chimica
Proust , Lavoisier
Fisica, Termodinamica
e Ingegneria
Sviluppo della
Fisica, della
Termodinamica
Carnot e delle macchine
Kelvin a vapore.
Joule. Con queste inizia
lo sfruttamento
Newcomen intensivo del
Watt carbone
Trevithick
1000 1500 2000
Il novecento:
un secolo di impetuoso … e della Fisica:
sviluppo della chimica
(Relatività
(Milioni di nuove molecole organiche Meccanica quantistica
I grandi processi industriali Astrofisica
(NH3,H2SO4,HNO3…)
… )
Petrolchimica, catalisi
I polimeri, plastiche, fibre tessili
Biochimica
e delle scienze biologiche
Chimica farmaceutica
Incontro con la meccanica quantistica e della medicina
Spettroscopia molecolare etc etc
Chimica computazionale)
………
1000 1500 1750 2000Fritz Haber: premio Nobel 1918 (consegnato
nel 1919)
Motivazione:
The synthesis of ammonia from its
elements
3H2 + N2 → 2NH3
La sintesi dell’ammoniaca fu ottenuta con catalizzatori a base di
particelle di rodio supportate su allumina.
Il catalizzatore a base di rodio fu poi sostituito da un catalizzatore a
base di ferro ( ancora utilizzato).
Studi successivi hanno provato che catalizzatori a base di rutenio sono
ancora più efficienti ( anche se non in uso per ragioni economiche )Popolazione e risorse
Sviluppo della Popolazione nei millenni : uno sguardo
Sviluppo
industriale
Malthus
Considerato l’enorme sviluppo della popolazione avvenuta nel secolo XX queste
considerazioni hanno sollevato molti interrogativi e alimentato previsioni pessimiste.Thomas Malthus
Nel 1798 Thomas Malthus, in seguito ai suoi studi sul
depauperamento delle risorse del pianeta dovute alle attivita’
produttive , ha concludeva che:
“ se la popolazione continua ad aumentare con una progressione
geometrica e le risorse in modo lineare esistera’ un punto di
incontro fra le due curve al disopra del quale le risorse non
risulteranno sufficienti per alimentare la popolazione e quindi
l’umanità andrà incontro ad una grave carestia”.Club di Roma
(1968)
Nell’aprile del 1968 un gruppo di persone impegnate in attivita’
professionali qualificate si e’ incontrato a Roma, dietro invito
dell’industriale Augusto Peccei e dello scienziato scozzese
Alexander King.
Lo scopo era di riesaminare e eventualmente rinverdire il
messaggio malthusiano sul depauperamento delle risorse del
pianeta.
In tale ambito il gruppo, battezzato Club di Roma,
commissiono’ nel 1971 ad un gruppo di ricercatori del MIT
guidato da Jay W. Forrester, esperto di dinamica dei sistemi,
una simulazione sul futuro del nostro pianeta .
I risultati sono stati pubblicati in un rapporto intitolato
“The limits to growth”
il quale esordiva affermando che restavano dieci anni per
impegnarsi in un programma per il risanamento dell’ambiente .Popolazione e consumo di energia
Andamento del consumo
mondiale
di energia tra
il 1850 e il 2000.
E’ evidente che il
consumo di energia
cresce molto
più velocemente
Incremento della polazione della popolazione!
nello stesso periodoEnergia: la situazione attuale About 85% comes from oil, gas and coal
CO2 è il rifiuto principale dell’uso dei combustibili fossili
che forniscono circa 80% dell’energia
consumata sulla terra.
C+ O2 → CO2
CnH 2n+2 + O2 → nCO2 +( n+1)H2O
n=1 metano
n=2 etano
n=3 propano
…….L’anidride carbonica
La concentrazione di anidride carbonica
negli ultimi 50 anni +2.54
+2.08
+2.87
+2.00
+2.55
+1.17
+0.67
Source: National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Climate Monitoring and Diagnostics Laboratory (CMDL), Carbon Cycle Greenhouse GasesLa concentrazione di anidride carbonica
Carbon dioxide levels over the last 60,000 years
negli ultimi 60000 anni:un dettaglio
379ppm
379ppm
L’aumento senza precedenti della (2004)
CO2 negli ultimi cento anni è evidente (2004)
Nulla di simile è mai avvenuto nel passato.
Source University of Berne and National Oceanic and Atmospheric AdministrationPopolazione
E’ evidente che
aumento della
popolazione ,
industrializzazione
e aumento della
CO2
Anidride carbonica sono correlati
strettamenteSiamo nel cosiddetto Antropocene
(Paul Crutzen premio Nobel per la Chimica 1995)
Epoca storica iniziata con l’uso dei combustibili
fossili, caratterizzata da profonde
“impronte”lasciate dall’uomo sulla Terra.Energia radiazione solare (100%)
Energia radiazione riflessa ( albedo) (30%)
N2, O2 ,CO2,CH4
Energia radiazione
o emessa (70%)
N.B. La radiazione emessa ha il suo
massimo nell’infrarossoLe vibrazioni dell’anidride carbonica
SOLO QUESTE DUE VIBRAZIONI
SONO ECCITATE DALL LUCE
Circa 15 µ INFRAROSSA
( La loro eccitazione comporta
un assorbimento della luce di
bending lunghezza d’onda appropriata a circa 15
e4µ)
Questa energia assorbita
dà origine ad un aumento della
temperatura della fase gassosa
( atmosfera) che circonda le
molecole assorbitrici (che quindi
funzionano da antenna).
Circa 4µ
stretching stretching
simmetrico antisimmetrico
Circa 2µ:La temperatura negli ultimi mille anni
Tra Scilla e Cariddi Diminuzione delle riserve e aumento della CO2: due fenomeni simulatanei! Necessaria una trasformazione in tempi abbastanza brevi. Questa trasformazione richiede però tecnologie che non sono ancora commercializzate, cosi’ come il coordinamento degli investimenti, lo sviluppo delle tecnologie, il dispiegamento delle infrastrutture. Pertanto sarebbero richiesti profondi cambiamenti, per alcuni aspetti incerti, con risvolti economici non indifferenti .
È su queste considerazioni che si basa la strada ormai tracciata dalle direttive della Unione Europea: “entro il 2020, i paesi membri della UE dovranno ridurre le emissioni di anidride carbonica (-20%), ridurre il consumo d'energia (-20%) e aumentare la quantità di energia prodotta da fonti rinnovabili (+20%), per poi raggiungere il più ambizioso obiettivo di ottenere l'80% dell'energia da fonti rinnovabili entro il 2050”.
La risorsa petrolio
King Hubbert
(1957)
King Hubbert, un geologo americano , nel 1957 formula
una teoria per prevedere, fruendo della storia estrattiva di
un pozzo, la data della sua produzione massima.
La quantita’ di petrolio estratta ogni anno da un pozzo
segue, in funzione del tempo, una curva a campana il
cui massimo cade in corrispondenza di una quantità
rimanente nel sottosuolo pari al 50% di quella presente
nel momento in cui sono iniziate le estrazioni. Chiamata
URR (Ultimate Recoverable Resources).
Questo approccio gli ha permesso di prevedere
correttamente il valore dell’ URR dei pozzi statunitensi.Il picco di Hubbert
Estendendo il metodo di Hubbert alla valutazione aggregata
delle risorse mondiali di petrolio e’ risultato che l’anno del
picco avrebbe dovuto cadere prima della fine del secolo
scorso.
Previsione errata!
Tuttavia le valutazioni di Hubbert erano basate su dati
approssimati. Sulla base delle informazioni via via acquisite
il picco si è spostato gradualmente. Le previsioni piu’ recenti si
stanno orientando intorno al 2020.
Non si tratta tuttavia di una situazione soddisfacente
poiché le incertezze sono molto elevate.Uso dei combustibili fossili: un breve episodio
nella storia dell’uomo.
Domanda:
C’è il pericolo concreto che riusciamo ad avvelenare il pianeta prima che
gli idrocarburi finiscano?
Non sarebbe meglio conservare questa ricchezza per altri scopi?Le difficoltà nel prevedere il futuro
Nell’immediato dopoguerra venivano formulate le
seguenti previsioni sull’avvenire dell’energia:
-Entro qualche decina di anni sarebbe avvenuto l’avvicendamento
delle fonti fossili con la fissione nucleare
-Prima della fine del 20-simo secolo avrebbe avuto inizio
l’avvicendamento della fissione nucleare con la fusione nucleare.
Tutto sbagliato!Nature 481, 433–435
(26 January 2012)
Climate policy: Oil's tipping point has
passed
by
James Murray and David King
Affiliations
James Murray is in the School of Oceanography, University of
Washington, Seattle, Washington 98195, USA. He was founding
director of the University of Washington's Program on Climate
Change.
David King is director of the Smith School of Enterprise and the
Environment, University of Oxford, Oxford OX1 2BQ, UK, and senior
science adviser to the bank UBS. He served as chief scientific
adviser to the UK government in 2000–07.Le infrastrutture
Combustibili fossili: un immenso sistema di infrastrutture
La crisi mondiale : il problema dell’ energia
e dello sviluppo
In qualsiasi scenario l’energia dovra’ essere:
- abbondante
- basata sull’impiego di tecnologie innovative
- fruire , almeno transitoriamente, delle esistenti
infrastrutture
Una grande sfida!In questo scenario si deve anche parlare della sostenibilità dell’attuale tipo di sviluppo. Sul futuro del pianeta ci sono ottimisti e pessimisti. Su questo problema c’è un antico proverbio che ben si adatta. “La sola differenza fra un ottimista ed un pessimista è che il secondo è meglio informato” Io non credo che si debba essere pessimisti. Tuttavia penso che si debba essere ben informati. Questo è stato il criterio informativo delle lezioni sella scuola superiore SSST.
… e il fotovoltaico? Nella classifica della potenza fotovoltaica installata a fine 2011, l'Italia (12,5 GW) è al secondo posto preceduta dalla Germania (23,8 GW), ma davanti a Giappone (4,7 GW), Stati Uniti (4,2 GW), Spagna (4,2 GW) e Cina (2,9 G W). Il fotovoltaico installato in Italia durante il 2011 è in grado di generare, su base annua, 12 miliardi kWh, pari all'energia che avrebbe prodotto una delle quattro centrali nucleari da 1.600 MW che il precedente governo intendeva costruire
Dobbiamo riacquistare, come ci dice T. Prince in The Logic of Sufficiency (MIT Press), il senso del limite: passare dal vizio del “di più” alla logica della sufficienza; vivere, cioè, secondo l’etica della sobrietà, della solidarietà e della responsabilità nei confronti della Terra e di tutti i suoi abitanti, presenti e futuri.
Il livello medio del mare misurato negli ultimi anni
40
30
∆MSL (mm)
20
10
0
-10
-20
1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
Anni
L’aumento osservato è di circa 3 mm all’anno. Si tratta di tenere d’occhio
attentamente ogni segno di accelerazioneAumento della siccità nelle zone del Sahel
All energy generation processes
are associated with waste
formation
Energy sources(oil, gas,coal, etc)
Industry,transports, food… :
CnH 2n+2 + O2 → nCO2 +( n+1)H2O;
Waste (CO2 etc )Modelli di crescita della popolazione
realisticoPuoi anche leggere
