Alcuni gruppi di ricerca che stanno partecipando alla fase finale della Grand Challenges del MIT avanzano le loro ipotesi sullo sviluppo di tecniche innovative per la rimozione, la gestione e lo stoccaggio del carbonio
di MIT Technology Review Italia
Tre dei 27 team finalisti alla competizione tecnologica del MIT hanno presentato i loro studi che prendono in considerazione intervento intersettoriali che abbracciano tematiche di ordine geologico, biologico e chimico. Il primo studio, che riguarda la fissazione biologica del carbonio, è stato presentato da Matthew Shoulders, professore associato del Dipartimento di Chimica, in collaborazione con Ed Boyden, Y. Eva Tan professor di neurotecnologia e ricercatrice dell’Howard Hughes Medical Institute presso il McGovern Institute for Brain Research.
Come riportato da “MIT News”, dai dati a loro disposizione, si stima che la domanda agricola aumenterà del 50 per cento nei prossimi decenni, mentre si prevede che il cambiamento climatico ridurrà drasticamente la resa e la prevedibilità dei raccolti, richiedendo una drammatica accelerazione del disboscamento. Senza un intervento immediato, ciò avrà un impatto terribile sull’habitat naturale, privando dei mezzi di sussistenza centinaia di milioni di agricoltori e creando centinaia di gigatonnellate di nuove emissioni.
La loro proposta mira a ridurre massicciamente le emissioni di carbonio dell’agricoltura, alleviando i colli di bottiglia biochimici fondamentali nel processo fotosintetico. Il sistema ideato per migliorare la produttività agricola si affida in primo luogo ai cianobatteri, che crescono milioni di volte più velocemente delle piante e decine di volte più velocemente delle microalghe.
A parere dei due scienziati, la biologia sintetica offre gli strumenti per progettare cianobatteri come fonte di prodotti alimentari chiave e consentire in tal modo forme di produzione alimentare che utilizzino meno terra, offrendo un sistema più resiliente al clima. Inoltre, la fissazione del carbonio, o il processo mediante il quale l’anidride carbonica viene incorporata nei composti organici, ha sempre rappresentato la fase limitante della fotosintesi e diventa ancora meno efficiente con l’aumento delle temperature.
“I nostri metodi di evoluzione diretta”, spiega Shoulders, “consentiranno l’incremento della Rubisco, l’enzima che media questo processo centrale e rappresenta il principale produttore di materia organica nell’ecosistema terrestre, miglioreranno i raccolti e garantiranno la resilienza climatica alle colture necessarie entro il 2050”.
Sono già in piedi forme di collaborazione con i principali istituti di agricoltura con una profonda esperienza nella trasformazione delle piante e nella capacità di prove sul campo, consentendo l’integrazione degli enzimi migliorati che fissano l’anidride carbonica in un’ampia gamma di piante coltivate. Le partnership con le principali società di sementi di tutto il mondo appaiono fondamentali per sfruttare i canali di distribuzione nelle catene di approvvigionamento manifatturiere e nelle reti di agricoltori, agronomi e rivenditori autorizzati.
Altrettanto decisivo appare il sostegno dei governi locali per garantire i sussidi per le sementi necessari ai piccoli proprietari e alle comunità agricole di sussistenza. Infine, lo studio fornisce una piattaforma accessibile in grado di abilitare e migliorare il sequestro dell’anidride carbonica in diversi organismi, estendendo la gamma di aziende interessate alle applicazioni microbiche industriali, comprese le alghe e i cianobatteri, e alla cattura e allo stoccaggio del carbonio.
Il secondo studio è relativo alle strategie per ridurre il metano atmosferico. Uno dei gas serra più potenti, il metano è emesso da una serie di attività umane e processi naturali che includono l’agricoltura e la gestione dei rifiuti, la produzione di combustibili fossili e il cambiamento delle pratiche di uso del suolo, senza un’unica fonte dominante.
Desiree Plata , del Department of Civil and Environmental Engineering, è alla guida del MIT Methane Network, un approccio integrato alla formulazione di nuove tecnologie scalabili, modelli di business e soluzioni politiche per ridurre i livelli di atmosfera metano.
“La rimozione del metano dall’atmosfera o la possibilità di bloccarlo nella fase di produzione”, spiega, “potrebbe cambiare i tassi di riscaldamento globale nella nostra vita, risparmiando fino a mezzo grado di riscaldamento entro il 2050”. Le fonti di metano, infatti, sono distribuite nello spazio e nel tempo, rendendo la rimozione del metano una sfida che spinge i confini della scienza contemporanea e delle capacità ingegneristiche.
Poiché le fonti primarie di metano atmosferico sono legate alla nostra economia e cultura, come dimostrato dal recupero delle zone umide per la coltivazione all’estrazione di gas naturale e alla produzione di latticini e carne, le implicazioni sociali ed economiche di un sistema di gestione del metano radicalmente cambiato sono di vasta portata.
Tuttavia, questi problemi sono trattabili e potrebbero ridurre significativamente gli effetti del cambiamento climatico nel breve termine. Il monitoraggio del metano atmosferico è in corso, ma i progressi nelle misurazioni satellitari di queste emissioni sono insufficienti e non hanno portato a soluzioni del problema attuabili.
Rimangono diverse domande chiave sul miglioramento della precisione della rete di sensori per ottimizzare il posizionamento, migliorare i tempi di risposta e fermare le perdite con controlli autonomi a terra. Ulteriori domande riguardano l’implementazione di sistemi di ossidazione del metano di basso livello e nuovi materiali catalitici nelle miniere di carbone, nelle stalle e in altre fonti arricchite.
Il terzo studio è incentrato sull’implementazione di tecnologie versatili di cattura del carbonio e dello stoccaggio su larga scala. C’è un crescente consenso sul fatto che sia necessario ampliare gli approcci tradizionali al problema e lavorare su fonti distribuite come gli oceani e l’aria dove l’anidride carbonica si è accumulata dalle emissioni passate.
Betar Gallant e T. Alan Hatton, del Department of Mechanical Engineer, e Bradford Hager, del Department of Earth, Atmospheric and Planetary, sono impegnati in prima linea per far avanzare notevolmente il portafoglio di tecnologie disponibili per la cattura e lo stoccaggio permanente del carbonio.
“I paradigmi di acquisizione odierni sono costosi, inefficienti e complessi”, spiegano gli scienziati. Il loro tentativo è di affrontare questa sfida sviluppando una nuova generazione di tecnologie di acquisizione che operano utilizzando input di energia rinnovabile, sono sufficientemente versatili per soddisfare le esigenze industriali emergenti, sono adattabili e possono essere prontamente implementate in un panorama più ampio.
Il nuovo approccio prevede la riprogettazione dell’intero processo di acquisizione e l’integrazione con centrali elettriche a carbone o a gas naturale. Le applicazioni future devono spostarsi dagli emettitori tradizionali del settore energetico verso settori difficili da mitigare come la produzione di cemento, ferro e acciaio, chimica e idrogeno.
Diventerà altrettanto importante sviluppare e ottimizzare sistemi mirati a concentrazioni molto più basse di anidride carbonica, come accade negli oceani o nell’aria. Altrettanto importante è un impegno delle strutture pubbliche per superare l’opposizione di alcuni gruppi ambientalisti che si oppongono vigorosamente, temendo che la cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) premi le compagnie petrolifere e disincentivi la transizione dai combustibili fossili.
L’energia rinnovabile non può essere impiegata abbastanza rapidamente ovunque, né può soppiantare tutte le fonti di emissione, né può tenere conto delle emissioni passate. La CCS appare un metodo dimostrato per affrontare le emissioni che si verificheranno senza dubbio prima del completamento della transizione verso l’energia a basse emissioni di carbonio e può avere successo anche se altre strategie falliscono.
Consente inoltre alle nazioni in via di sviluppo, che potrebbero dover adottare le energie rinnovabili su scale temporali più lunghe, di vedere uno sviluppo economico equo evitando gli impatti climatici più dannosi. Inoltre, è un sistema che si adatta a più settori e modalità di trasporto, molti dei quali non hanno alternative chiare prima del 2050, per non parlare del 2040 o del 2030.
(rp)
