Come si formano i combustibili fossili, perché rilasciano anidride carbonica e quanta energia mondiale forniscono? E quali sono le fonti di energia rinnovabile che potrebbero sostituire i combustibili fossili?

I combustibili fossili si sono formati nel corso di milioni di anni dai resti di piante e animali intrappolati nei sedimenti e poi trasformati dal calore e dalla pressione.

La maggior parte del carbone si è formata nel periodo del Carbonifero (360-300 milioni di anni fa), un'era di anfibi e vaste foreste paludose. La fossilizzazione degli alberi ha spostato enormi quantità di carbonio dall'aria al sottosuolo, portando a un calo dei livelli di anidride carbonica (CO₂) nell'atmosfera, abbastanza da portare la Terra vicino a uno stato completamente congelato.

Questo cambiamento climatico, combinato con l'evoluzione dei funghi che potevano digerire il legno morto e rilasciare il suo carbonio nell'aria, pose fine al periodo di formazione del carbone.

Petrolio e gas naturale (metano, CH₄) si sono formati in modo simile, non dagli alberi ma dal plancton oceanico, e per un periodo più lungo. Il giacimento petrolifero di Maui in Nuova Zelanda è relativamente giovane e risale all'Eocene, circa 50 milioni di anni fa.

Il sole ardente sepolto

Quando i combustibili fossili vengono bruciati, il loro carbonio reagisce con l'ossigeno per formare anidride carbonica. L'energia originariamente fornita dal Sole, immagazzinata in legami chimici per milioni di anni, viene rilasciata e il carbonio ritorna nell'aria. Un semplice esempio è la combustione del gas naturale:una molecola di metano e due di ossigeno si combinano per produrre anidride carbonica e acqua:

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

La combustione di un chilogrammo di gas naturale rilascia 15 kWh di energia sotto forma di radiazione infrarossa (calore radiante). Si tratta di un importo considerevole.

Per fermare il continuo peggioramento del cambiamento climatico, dobbiamo smettere di bruciare combustibili fossili per produrre energia. È un compito arduo, perché i combustibili fossili forniscono l'84% di tutta l'energia utilizzata dalla civiltà umana. (La Nuova Zelanda dipende meno dai combustibili fossili, con il 65 percento.)

Esistono molte possibili fonti di energia rinnovabile o a basse emissioni di carbonio:nucleare, idroelettrica, eolica, solare, geotermica, biomassa (impianti per la combustione di energia) e biocarburanti (produzione di combustibili liquidi o gassosi dalle piante). Una manciata di centrali idroelettriche sono in funzione e sono in corso esperimenti con la generazione di onde e correnti oceaniche.

Ma, tra questi, gli unici due con la capacità di scalare fino all'incredibile quantità di energia che utilizziamo sono l'eolico e il solare. Nonostante una crescita impressionante (raddoppiando in meno di cinque anni), l'eolico fornisce solo il 2,2% di tutta l'energia e il solare l'1,1%.

La transizione alle rinnovabili

Una grazia salvifica, che suggerisce una possibile trasformazione completa verso l'energia rinnovabile, è che gran parte dell'energia proveniente dai combustibili fossili viene sprecata.

In primo luogo, l'estrazione, la raffinazione e il trasporto di combustibili fossili rappresentano il 12% di tutto il consumo di energia. In secondo luogo, i combustibili fossili vengono spesso bruciati in modi molto inefficienti, ad esempio nei motori a combustione interna delle automobili. Un mondo basato sull'energia rinnovabile avrebbe bisogno della metà dell'energia in primo luogo.

La potenziale risorsa solare ed eolica è enorme e i costi sono diminuiti rapidamente. Alcuni hanno affermato che potremmo passare all'energia completamente rinnovabile, comprese le linee di trasmissione e lo stoccaggio di energia, nonché i combustibili liquidi completamente sintetici, entro il 2050.

Uno scenario vede la Nuova Zelanda costruire 20 GW di energia solare e 9 GW di energia eolica. Non è irragionevole:l'Australia ha costruito così tanto in cinque anni. Dovremmo sbrigarci. Le centrali elettriche rinnovabili richiedono tempo per essere costruite e le industrie richiedono tempo per crescere.

Altri fattori da considerare

Il passaggio alle energie rinnovabili risolve i problemi del carburante e del cambiamento climatico, ma non quelli dell'escalation dell'uso delle risorse. Costruire un sistema energetico completamente nuovo richiede molto materiale, in parte raro e difficile da estrarre. A differenza del combustibile bruciato, il metallo può essere riciclato, ma ciò non sarà d'aiuto durante la costruzione di un nuovo sistema per la prima volta.

La ricerca ha concluso che, sebbene alcuni metalli siano scarsi (in particolare cobalto, cadmio, nichel, oro e argento), "è improbabile che un sistema energetico completamente rinnovabile esaurisca le riserve e le risorse di metallo fino al 2050". Ci sono anche opportunità di sostituire materiali più comuni, con una certa perdita di efficienza.

Ma molti metalli sono altamente localizzati. Metà delle riserve mondiali di cobalto si trovano nella Repubblica Democratica del Congo, metà del litio si trova in Cile e il 70% delle terre rare, utilizzate nelle turbine eoliche e nei motori elettrici, si trova in Cina.

Il consumo dispendioso è un altro problema. Le nuove tecnologie (robot, droni, internet) e la crescita economica portano a un maggiore utilizzo di energia e risorse. I ricchi usano una quantità sproporzionata di energia e modellano il consumo eccessivo e lo spreco a cui aspirano gli altri, compresi i ricchi emergenti nei paesi in via di sviluppo.

La ricerca che analizza le emissioni a livello domestico nei paesi europei ha rilevato che l'1% più ricco della popolazione con la più alta impronta di carbonio ha prodotto 55 tonnellate di emissioni equivalenti a CO₂ ciascuna, rispetto a una media europea di 10 tonnellate.

Gli scienziati hanno messo in guardia sul consumo da parte dei ricchi e c'è un acceso dibattito su come ridurlo preservando una società stabile.

Un modo per ribaltare queste domande è partire dal basso e chiedersi:qual è l'energia minima richiesta per i bisogni umani di base?

Uno studio ha considerato "vita dignitosa" per includere alloggi confortevoli, cibo e acqua sufficienti, 10.000 km di viaggi all'anno, istruzione, assistenza sanitaria e telecomunicazioni per tutti sulla Terra, chiaramente non qualcosa che siamo riusciti a ottenere finora. Ha scoperto che ciò avrebbe bisogno di circa 4.000 kWh di energia per persona all'anno, meno di un decimo di quella attualmente utilizzata dai neozelandesi, e una quantità facilmente fornita da energia rinnovabile.

Tutto quel carbonio sotto terra era energia matura per la raccolta. L'abbiamo scelto. Ma ora è tempo di fermarsi.