Effetto serra - Da Kyoto al corpo nero

Indice

Diritto

Il protocollo di Kyoto........................................ Pag. 1-5

Fisica ambientale

L’effetto serra................................................ Pag. 6-10

Fisica applicata

Il sole: un corpo nero.................................... Pag. 11-13

Sistemi

I trasduttori....................................................... Pag. 14-18

Matematica

Integrali definiti................................................ Pag. 19-23

Storia

L’unione europea.............................................. Pag. 24-27

Italiano

La natura: G. Pascoli.......................................... Pag. 28-31

Esame di maturità anno scolastico 2009/2010

Simone Citrani

I.T.I.S. E. Fermi

Tesina fisica ambientale:

L’effetto serra

Diritto: Fisica applicata:

Il protocollo di Kyoto Il sole come corpo nero

Italiano:

Storia: Giovanni Pascoli

L’unione europea (la natura)

Sistemi: Matematica:

I trasduttori Integrali definiti

Il protocollo di Kyoto

Il protocollo di Kyōto è un trattato internazionale ambientale riguardante il riscaldamento globale, sottoscritto nella città giapponese di Kyoto l’11 dicembre 1997 da più di 160 Paesi.

Dall’1 all’11 dicembre ha avuto luogo l’ultima sessione del negoziato internazionale per l’adozione del Protocollo di definizione degli obiettivi e degli impegni programmatici dei Paesi industrializzati per la riduzione delle emissioni di anidride carbonica derivanti dall’impiego di oli minerali e degli altri gas serra responsabili dei cambiamenti climatici.

Al termine del summit, la Conferenza dei 160 Paesi presenti ha licenziato il testo di un accordo, con il quale sono stati fissati gli obiettivi che devono essere perseguiti dagli Stati industrializzati partecipanti.

Gli obiettivi fissati dall’Accordo sono:

• Riduzione delle emissioni di anidride carbonica (CO₂), di metano (CH₄), di protossido di azoto (N₂O), di idrofluorocarburi (HFC), di perfluorocarburi (PFC) e di esafluoruro di zolfo (SF₆), i quali costituiscono i sei principali gas serra;
• Promozione dell’efficienza energetica in ogni settore;
• Sviluppo delle fonti di produzione di energia rinnovabili e sviluppo dei supporti tecnologici alla riduzione delle emissioni inquinanti;
• Promozione di forme di agricoltura “sostenibile”;
• Limitazione e riduzione delle emissioni di metano provenienti dalle discariche di rifiuti e dagli altri settori energetici;
• Adozione di misure di prelievo fiscale che facciano regredire l’emissione di gas serra.

Il protocollo sui cambiamenti climatici impegna gli Stati appartenenti all’Unione europea a promuovere azioni intese alla riduzione, entro il periodo compreso tra il 2008 e il 2012, delle emissioni dei gas serra nella percentuale dell’8% rispetto ai livelli riscontrati del 1990.

Il protocollo di Kyoto, inoltre, ha previsto la misura aggiuntiva della “afforestazione” e della “riforestazione” dei territori per favorire l’assorbimento del carbonio. Uno dei punti cruciali del Protocollo è stata la stabilizzazione delle concentrazioni di gas ad effetto serra nell’atmosfera ad un livello tale da escludere ogni pericolosa interferenza delle attività umane sul sistema climatico, compatibilmente con lo sviluppo economico.

Nello specifico era stata prevista la stabilizzazione dei livelli delle concentrazioni registratesi nel 1990 fino all’anno 2000. 1

Tale obiettivo si è poi, purtroppo, rilevato irraggiungibile vista la genericità degli impegni e gli elevati costi che alcuni dei Paesi industrializzati avrebbero dovuto sostenere per affrontare il problema, primi fra tutti gli USA, ritenuti da soli responsabili del 25% delle emissioni lesive nel mondo, che non a caso non hanno mai voluto ratificare il Protocollo.

Ciononostante, la Conferenza di Kyoto continua a rappresentare una pietra miliare nella lotta all’effetto serra, quanto meno per il fatto di aver sensibilizzato i governi dei Paesi partecipanti circa la necessità di realizzare una strategia mondiale per affrontare seriamente il problema.

Il protocollo di Kyoto in Italia

L’Italia ha ratificato il Protocollo con la legge n. 102 del 1° giugno 2002, che prevede la riduzione delle emissioni del 6,5% attraverso azioni di miglioramento dell’efficienza energetica, utilizzo di fonti energetiche rinnovabili, promozione dell’innovazione tecnologica nei settori energetico e dei trasporti, incentivazione di attività agricole e forestali sostenibili, cooperazione internazionale.

La legge indica inoltre che le politiche e misure di riduzione delle emissioni dovranno essere finalizzate al miglioramento dell’efficienza energetica del sistema economico nazionale, alla differenziazione delle fonti energetiche e della sicurezza energetica, all’aumento della quantità di fonti rinnovabili sull’offerta totale di energia, alla promozione dell’innovazione tecnologica nei settori dei trasporti ed energetico, alla promozione delle attività agricole e forestali sostenibili, all’incremento ed il miglioramento della cooperazione tecnologica internazionale.

Nonostante l’avvio di politiche di riduzione delle emissioni di gas serra, nel periodo tra il 1990 e il 2003 in Italia si è osservato un aumento di tali emissioni di circa l’11,6%; si è, quindi, lontani dagli obiettivi di riduzione fissati con il Protocollo di Kyoto.

Le emissioni nazionali di CO₂ nel 1999 sono state l’1,9% delle emissioni mondiali globali, le emissioni dei tre maggiori gas serra hanno rappresentato l’1,6% del totale. Il peso dell’Italia rispetto al totale delle emissioni di gas serra a livello mondiale è quindi relativamente basso. 2

Le emissioni nazionali di anidride carbonica (CO₂) sono pari all’85,5% del totale delle emissioni di gas serra espresse in termini di CO₂ equivalente e presentano tra il 1990 e il 2003 un aumento pari al 13,2%.

In particolare, nel settore energetico, le emissioni nel 2003 sono superiori del 14,2% rispetto al 1990.

Le emissioni di metano (CH₄) e di protossido di azoto (N₂O) sono pari, rispettivamente, a circa il 6,1% e 7,4% del totale delle emissioni di gas serra espressi come CO₂ equivalente.

Le emissioni di metano si sono ridotte del 9,6%, mentre quelle di N₂O sono aumentate del 6,1%.

Gli altri gas serra, idrofluorocarburi (HFC), perfluorocarburi (PFC), ed esafluoruro di zolfo (SF₆), hanno un peso complessivo sul totale delle emissioni dell’1% circa, quindi trascurabile nonostante l’incremento del 245% registrato tra il 1995 e il 2003.

Al fine di ridurre tali emissioni la legge n. 120, in particolare l’articolo 2, comma 1, prevede che il Ministro dell’ambiente e della tutela del territorio presenti al Comitato interministeriale per la programmazione economica un piano di azione nazionale, che riguarda l’attuazione di iniziative mirate a raggiungere gli obiettivi del Protocollo di Kyoto.

Di seguito sono descritte alcune misure adottate o in previsione di adozione nei vari settori in cui si generano emissioni di gas ad effetto serra.

Settore di produzione, trasformazione e distribuzione dell’energia

All’interno del settore di produzione, trasformazione e distribuzione dell’energia le politiche di riduzione da attuare sono raggruppabili in quattro obiettivi:

• Miglioramento degli impianti esistenti;
• Diffusione della cogenerazione;
• Promozione dell’uso di fonti rinnovabili nei consumi di energia elettrica;
• Riduzione della domanda per elettricità e gas.

Gli strumenti che permettono di raggiungere questi obiettivi sono: accordi volontari con le aziende di produzione, obblighi di produzione di energia elettrica mediante fonti rinnovabili e facilitazioni per utilizzare l’energia prodotta in cogenerazione.

Uno degli accordi volontari è stato preso con l’Enel ed ha come obiettivo la riduzione delle emissioni di 22 Mt di CO₂ entro il 2012 rispetto al 1990, attraverso l’incremento dell’efficienza degli impianti già esistenti e la conversione di alcuni in cicli combinati, l’incremento dell’uso di fonti rinnovabili con quota minima del 2%, riduzione delle perdite nelle reti di distribuzione, diffusione di tecnologie elettriche più efficienti e sostituzione dei combustibili fossili (ad esempio sostituzione dei combustibili fossili liquidi e solidi con il gas naturale). 3

Settore dei trasporti

Il settore dei trasporti ha attuato diverse iniziative, previste dal Piano Generale dei Trasporti, per la riduzione delle emissioni:

• L’uso di combustibili a bassa intensità di carbonio (GPL, metano);
• L’aumento di infrastrutture, ad esempio ristrutturazioni ed ammodernamenti delle strutture portuali, realizzazione di trasporti navali interni, estensione della rete ferroviaria e metropolitana, miglioramento della rete stradale;
• La riduzione/restrizione dell’uso delle auto in città, ad esempio attraverso la condivisione tra più utenti dei mezzi privati di trasporto;
• Il trasferimento del traffico merci da strada a rotaie e acqua;
• Il contenimento dei consumi e delle emissioni inquinanti attraverso un miglioramento dell’efficienza dei veicoli (ad es. uso di biodiesel) e la comunicazione all’utenza di comportamenti sostenibili.

Settori residenziale, commerciale e dei servizi

All’interno dei settori residenziale, commerciale e dei servizi le misure attuate sono: uso di combustibili a minore contenuto di carbonio (uso di gas naturale), incremento dell’isolamento degli edifici e utilizzo di apparecchiature più efficienti, sia elettriche che termiche (caldaie più efficienti, lampade fluorescenti, collettori solari per la produzione di acqua calda, ecc.).

Settore agricolo

Nel settore agricoltura, uno degli interventi principali che si è cercato di attuare è sostituire l’agricoltura tradizionale con quella biologica, che ha un consumo energetico specifico minore del 30%. Un altro intervento riguarda la riduzione delle emissioni di protossido di azoto dai suoli agricoli attraverso la razionalizzazione dell’utilizzo dei fertilizzanti; a questo proposito l’Italia è stata tra i primi Paesi dell’Unione Europea a redigere un “Codice di buona pratica agricola per la protezione delle acque dai nitrati”, la cui integrazione con altre prescrizioni specificamente finalizzate alla protezione dell’atmosfera e del clima potrebbe comportare ulteriori riduzioni del consumo di fertilizzanti.

Settore rifiuti

Nel settore rifiuti si prevede la riduzione della frazione biodegradabile dei rifiuti urbani in discarica, l’attuazione del recupero energetico dei rifiuti e il riciclaggio dell’alluminio che permette di evitare emissioni di PFC derivati dalla lavorazione del minerale grezzo.

Settore forestale

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All’interno del settore forestale si prevedono azioni di gestione forestale, attività di afforestazione, riforestazione e rivegetazione, predisposizione di un piano di studi per stimare le quantità di carbonio assorbite/emesse dalle attività agricole, dai pascoli e dalle attività di riforestazione [Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio, 2002].

Queste azioni mirate alla riduzione delle emissioni di gas serra devono essere attuate a livello nazionale, ma in particolare è compito delle regioni operare per concretizzarle. Infatti, il DPR 203/88 riguardante le emissioni in atmosfera, indica nell’art. 4 che “la tutela dell’ambiente dall’inquinamento atmosferico spetta alle regioni”, alle quali compete “la formulazione dei piani di rilevamento, prevenzione, conservazione e risanamento del proprio territorio, nel rispetto dei valori limite di qualità dell’aria” e “l’indirizzo e il coordinamento dei sistemi di controllo e di rilevazione degli inquinanti atmosferici e l’organizzazione dell’inventario regionale delle emissioni”. 5

L’effetto serra

L’effetto serra è un fenomeno naturale che fa parte dei complessi meccanismi di regolazione dell’equilibrio termico di un pianeta o di un satellite grazie alla presenza di un’atmosfera contenente alcuni gas detti appunto gas serra. Questi, per le proprie particolari proprietà molecolari spettroscopiche, risultano trasparenti alla radiazione solare entrante ad onda corta, mentre riflettono, diffondono oppure assorbono e riemettono la radiazione infrarossa ovvero risultano opachi alla radiazione ad onda lunga (circa 15 micron) riemessa dalla superficie terrestre in seguito al riscaldamento dovuto ai raggi solari; il nome deriva dunque dall’analogia (non pienamente corretta) con quanto avviene nelle serre per la coltivazione (in questo caso vi è infatti anche un blocco della convezione atmosferica che è un’altra modalità di trasferimento del calore).

I raggi solari a corta lunghezza d’onda penetrano facilmente nell’atmosfera raggiungendo in buona parte la superficie del pianeta, dove vengono in parte riflessi ed in parte assorbiti dalla superficie e convertiti in calore. Il calore viene dissipato verso lo spazio sotto forma di irraggiamento infrarosso, secondo le leggi fondamentali dell’irradiazione elettromagnetica (legge del corpo nero di Planck, la legge di Stefan-Boltzmann e la legge di Wien).

L’interferenza dei gas serra (sotto forma di assorbimento o opacità) alla dissipazione della radiazione infrarossa terrestre comporta l’accumulo di energia termica e quindi l’innalzamento della temperatura superficiale fino al raggiungimento di un punto di equilibrio termico-radiativo tra radiazione solare in arrivo e radiazione infrarossa in uscita.

Per dare un’idea dell’entità del fenomeno, in assenza di gas serra, dall’equazione di equilibrio tra radiazione entrante e quella uscente si trova che la temperatura superficiale media della Terra sarebbe di circa -18 °C mentre, grazie alla presenza dei gas serra in primis e del resto dell’atmosfera, il valore reale/effettivo è di circa +14 °C, ovvero molto al di sopra del punto di congelamento dell’acqua consentendo così la vita come la conosciamo. L’effetto serra si manifesta dunque come un’alterazione del bilancio termico-radiativo alla superficie. È importante rilevare che l’acqua, sotto forma di vapore, costituisce essa stessa il più potente gas serra atmosferico (massimo peso nell’assorbimento totale).

L’inquinamento atmosferico dovuto alla continua e crescente combustione di fonti fossili a scopo energetico, alla deforestazione tropicale, all’agricoltura industrializzata e all’estensione della zootecnia, determina un aumento dei gas serra in atmosfera, in particolare dell’anidride carbonica (CO₂), del metano (CH₄), del protossido di azoto o ossido di diazoto (N₂O) e dell’ozono (O₃), innalzando così l’effetto serra naturale di una componente antropica. Quanto agli effetti sul vapore acqueo essi sono indiretti (aumento dell’evaporazione dalla superficie oceanica in seguito a riscaldamento) e ancora poco compresi.

Ruolo dell’effetto serra nei cambiamenti climatici

Il sistema climatico è caratterizzato da 2 fattori principali:

• La ciclicità (cicli giornalieri, stagionali, annuali, decennali, millenari, …) legata principalmente ai movimenti della Terra (rotazione, rivoluzione, effetto dell’inclinazione dell’asse, ...) o ad altre cause cicliche (fasi solari, macchie solari, …);
• La variabilità all’interno dei cicli, dovuta a cause non cicliche principalmente interne al pianeta (movimenti delle masse d’aria, eruzioni vulcaniche, correnti oceaniche, …) ma anche esterne (meteoriti, interazione con altre stelle o pianeti, …).

In questo contesto l’effetto serra si presenta come il fenomeno che regola i rapporti tra ciclicità e variabilità climatica rendendo il sistema clima un sistema attivo autoregolante e retroattivo: infatti cambiando un parametro climatico (insolazione, umidità dell’aria, …) l’effetto serra reagisce in maniera tale da far tornare regolari e costanti le condizioni energetiche totali del sistema Terra. Più in particolare per effetto serra si intendono tutti quei fenomeni attraverso i quali la natura interviene a regolare la capacità dell’atmosfera di trattenere o meno l’energia proveniente dal sole.

L’effetto serra, pur avendo una certa regolarità per lunghi periodi, non ha valori fissi e continui nel tempo ma varia continuamente anche durante le stagioni dell’anno: contrariamente a quanto si potrebbe pensare, d’estate (quando è più caldo) l’effetto serra è minimo mentre d’inverno è massimo (proprio perché quando è più freddo l’atmosfera tende a trattenere di più il “poco calore” che arriva dal Sole).

Ad esempio d’estate quando è massima l’insolazione (l’energia solare che arriva sulla Terra), diminuisce il potenziale serra dell’atmosfera poiché diminuisce l’umidità dell’aria (ossia il contenuto di vapore acqueo) ed è minimo il contenuto di CO₂ (grazie al consumo di CO₂ delle piante in estate): l’atmosfera quindi trattiene minor calore al suo interno.