Produrre fertilizzanti in modo più rispettoso del clima

L'agricoltura intensiva è possibile solo se il terreno è fertilizzato con azoto, fosforo e potassio. Mentre il fosforo e il potassio possono essere scomposti sotto forma di sali, i fertilizzanti azotati devono essere faticosamente prodotti a partire dall'azoto presente nell'aria e dall'idrogeno, la cui produzione è estremamente dispendiosa dal punto di vista energetico. Per questo sono necessarie grandi quantità di gas naturale o, soprattutto in Cina, di carbone. La CO₂-e la dipendenza dall'energia fossile e quindi anche la suscettibilità agli shock dei prezzi sui mercati energetici.

Paolo Gabrielli, Senior Scientist presso il Laboratory for Reliability and Risk Engineering dell'ETH di Zurigo, insieme a Lorenzo Rosa, Research Group Leader presso la Carnegie Institution for Science di Stanford (USA), ha analizzato diversi modelli di emissioni di CO₂-Si sta studiando la possibilità di metodi di produzione a zero emissioni di carbonio per i fertilizzanti azotati. In uno studio pubblicato sulla rivista Environmental Research Letters lato esternoStudio i due ricercatori concludono che un cambiamento nella produzione di azoto è possibile e che tale cambiamento può anche aumentare la sicurezza alimentare. Tuttavia, i metodi di produzione alternativi presentano vantaggi e svantaggi. In particolare, i due ricercatori hanno analizzato tre alternative:

• Come avviene attualmente, l'idrogeno necessario viene prodotto utilizzando fonti di energia fossile, con conseguente impronta di gas serra, dipendenza dall'energia fossile e quindi anche suscettibilità agli shock dei prezzi sui mercati energetici.₂ non viene emessa in atmosfera, ma viene catturata negli impianti di produzione e stoccata in modo permanente nel sottosuolo (Cattura e stoccaggio del carbonio, CSS). Ciò non solo richiede un'infrastruttura per la cattura, il trasporto e lo stoccaggio della CO₂,ma richiede anche più energia. Tuttavia, si tratta di un metodo di produzione relativamente efficiente. Tuttavia, non cambia la dipendenza dai combustibili fossili.
• La produzione di fertilizzanti può essere Elettrificare,L'idrogeno viene prodotto dall'acqua con l'elettrolisi, ma richiede una quantità di energia circa 25 volte superiore a quella prodotta oggi con il gas naturale. Sarebbe quindi necessaria una grande quantità di elettricità proveniente da fonti a impatto climatico zero. Questo approccio è interessante per i Paesi in cui è decisa la disponibilità di energia solare o eolica. Tuttavia, ci sono anche piani per elettrificare altri settori dell'economia al fine di proteggere il clima. Questo potrebbe quindi portare a una competizione per l'elettricità sostenibile.
• Come produrre idrogeno per la produzione di fertilizzanti BiomassaCiò richiede una grande quantità di terra coltivabile e di acqua. Ironia della sorte, questo metodo di produzione è in concorrenza con la produzione alimentare. Secondo gli autori dello studio, ha senso utilizzare la biomassa di scarto, come gli scarti delle colture.

Secondo gli scienziati, la chiave del successo risiede probabilmente nella combinazione di tutti questi approcci, a seconda del Paese, delle condizioni locali e delle risorse disponibili. Inoltre, i fertilizzanti azotati devono essere utilizzati in modo più efficiente, sottolinea Lorenzo Rosa: "Se si affrontano problemi come l'eccesso di fertilizzazione e i rifiuti alimentari, si può anche ridurre la necessità di fertilizzanti".

India e Cina a rischio

Nello studio, gli scienziati hanno anche analizzato quali sono i Paesi del mondo che attualmente affrontano una particolare minaccia alla sicurezza alimentare a causa della loro dipendenza dalle importazioni di azoto o di gas naturale. Questi Paesi sono particolarmente sensibili agli shock dei prezzi sui mercati del gas naturale e dell'azoto: India, Brasile, Cina, Francia, Turchia e Germania.

La decarbonizzazione della produzione di fertilizzanti ridurrebbe questa vulnerabilità in molti casi e aumenterebbe la sicurezza alimentare. Questo perché, almeno con l'elettrificazione tramite energie rinnovabili o l'uso di biomasse, si riduce la dipendenza dalle importazioni di gas naturale. Tuttavia, i ricercatori mettono questo punto in prospettiva: tutte le emissioni di CO₂-I metodi neutrali di produzione dei fertilizzanti azotati sono più dispendiosi dal punto di vista energetico rispetto all'attuale utilizzo di combustibili fossili. Questo ci renderebbe comunque vulnerabili a certi shock di prezzo, non direttamente sui mercati del gas naturale, ma eventualmente su quelli dell'elettricità.

Cambiamento tra i produttori di azoto

La decarbonizzazione porterà probabilmente a cambiamenti nei Paesi che producono fertilizzanti azotati, come dimostrano gli scienziati nello studio. I maggiori Paesi esportatori di azoto sono attualmente Russia, Cina, Egitto, Qatar e Arabia Saudita. Ad eccezione della Cina, che deve importare gas naturale, tutti questi Paesi dispongono di riserve proprie di gas naturale. In futuro, i Paesi che producono molta energia solare ed eolica e che allo stesso tempo dispongono di sufficienti riserve di terra e di acqua, come il Canada e gli Stati Uniti, avranno maggiori probabilità di beneficiarne.

"Non possiamo evitare di rendere il fabbisogno di azoto dell'agricoltura più sostenibile in futuro, sia per raggiungere gli obiettivi climatici sia per motivi di sicurezza alimentare", afferma Paolo Gabrielli. La guerra in Ucraina sta influenzando il mercato alimentare globale non solo perché il Paese esporta normalmente molto grano, ma anche perché i prezzi del gas naturale sono aumentati a causa della guerra. Di conseguenza, anche il prezzo dei fertilizzanti azotati è aumentato. Tuttavia, è noto che alcuni produttori di fertilizzanti non sono più in grado di produrre economicamente a causa degli esorbitanti costi del gas e hanno interrotto la produzione, almeno temporaneamente.