È possibile avviare un dispiegamento su scala ridotta in pochi anni. Gli effetti sul clima sarebbero minimi, ma l’impatto geopolitico potrebbe essere significativo.
Di David W. Keith e Wake Smith
Da mezzo secolo i ricercatori sul clima considerano la possibilità di iniettare piccole particelle nella stratosfera per contrastare alcuni aspetti del cambiamento climatico. L’idea è che, riflettendo una piccola frazione di luce solare verso lo spazio, queste particelle potrebbero compensare parzialmente lo squilibrio energetico causato dall’accumulo di anidride carbonica, riducendo così il riscaldamento, le tempeste estreme e molti altri rischi climatici.
I dibattiti su questa idea, una forma di geoingegneria solare chiamata iniezione di aerosol stratosferico (SAI), si concentrano comunemente o sulla ricerca esterna su piccola scala che cerca di capire i processi fisici coinvolti o sull’implementazione su scala climatica. Il divario tra questi due aspetti è gigantesco: un esperimento potrebbe utilizzare solo chilogrammi di materiale aerosolico, mentre un’applicazione che potrebbe rallentare o addirittura invertire il riscaldamento coinvolgerebbe milioni di tonnellate all’anno, con una differenza di scala di miliardi di volte. Raffreddare sensibilmente il pianeta attraverso il SAI richiederebbe anche una flotta di aerei ad alta quota appositamente costruita, che potrebbe richiedere uno o due decenni per essere assemblata. Questi tempi lunghi incoraggiano i politici a ignorare le decisioni difficili sulla regolamentazione della diffusione del SAI.
Questo compiacimento non è consigliabile. La barriera tra la ricerca e la diffusione potrebbe essere meno netta di quanto spesso si crede. La nostra analisi suggerisce che un Paese o un gruppo di Paesi potrebbe plausibilmente avviare un dispiegamento di geoingegneria solare su scala ridotta in soli cinque anni, che produrrebbe cambiamenti inequivocabili nella composizione della stratosfera. Un dispiegamento su scala ridotta ben gestito gioverebbe alla ricerca, riducendo le importanti incertezze sul SAI, ma non potrebbe essere giustificato solo come ricerca: ricerche analoghe potrebbero essere condotte con una quantità molto minore di particelle di aerosol. Inoltre, avrebbe un impatto non trascurabile sul clima, fornendo un raffreddamento pari a quello che l’inquinamento da zolfo, prodotto dal trasporto marittimo internazionale, produceva prima della recente bonifica dei combustibili per il trasporto marittimo. Allo stesso tempo, l’entità del raffreddamento sarebbe così piccola che i suoi effetti sul clima, su scala nazionale o regionale, sarebbero molto difficili da rilevare in presenza di una normale variabilità.
Mentre l’impatto climatico di un tale dispiegamento su scala ridotta sarebbe piccolo (e molto probabilmente benefico), l’impatto politico potrebbe essere profondo. Potrebbe scatenare un contraccolpo che sconvolgerebbe la geopolitica climatica e minaccerebbe la stabilità internazionale. Potrebbe essere un trampolino di lancio per una diffusione su larga scala. E potrebbe essere sfruttato da chi ha interessi nei combustibili fossili che cerca di rallentare il compito essenziale di ridurre le emissioni.
Siamo contrari al dispiegamento a breve termine della geoingegneria solare. In accordo con la Climate Overshoot Commission, il più autorevole gruppo di leader politici che ha esaminato l’argomento, siamo favorevoli a una moratoria sul dispiegamento fino a quando la scienza non sarà internazionalizzata e valutata criticamente, e fino a quando non sarà stata concordata un’architettura di governance. Ma se abbiamo ragione nel ritenere plausibili tali distribuzioni su scala ridotta, allora i responsabili politici potrebbero dover affrontare la geoingegneria solare – le sue promesse e il suo potenziale dirompente, nonché le sue profonde sfide alla governance globale – prima di quanto si ritenga oggi.
Ostacoli all’introduzione precoce
L’uomo emette già un’enorme quantità di aerosol nella troposfera (lo strato più basso e turbolento dell’atmosfera) da fonti come il trasporto marittimo e l’industria pesante, ma questi aerosol cadono sulla Terra o vengono rimossi dalle precipitazioni e da altri processi entro una settimana circa. Le eruzioni vulcaniche possono avere un effetto più duraturo. Quando le eruzioni sono abbastanza potenti da attraversare la troposfera e raggiungere la stratosfera, gli aerosol depositati possono durare per circa un anno. Il SAI, come le più grandi eruzioni vulcaniche, inietterebbe aerosol o i loro precursori nella stratosfera. Data la loro durata atmosferica molto più lunga, gli aerosol depositati in questa zona possono avere un impatto di raffreddamento 100 volte superiore a quello che avrebbero se fossero emessi in superficie.
Portare gli aerosol nella stratosfera è un’altra questione. I jet passeggeri raggiungono abitualmente la bassa stratosfera durante i voli transpolari. Ma per ottenere un’efficiente copertura globale, gli aerosol sono meglio distribuiti alle basse latitudini, dove la naturale circolazione ascensionale della stratosfera li porterà verso il polo, distribuendoli così in tutto il mondo. L’altezza media della parte superiore della troposfera è di circa 17 chilometri ai tropici, e i modelli suggeriscono che l’iniezione deve essere di qualche chilometro più alta per essere catturata dalla circolazione stratosferica ascendente. L’altitudine per una distribuzione efficiente è comunemente ritenuta di almeno 20 chilometri, quasi il doppio dell’altezza a cui viaggiano i jet commerciali o i grandi aerei militari.
Sebbene i piccoli aerei spia possano navigare in questa aria molto sottile, possono trasportare solo una o due tonnellate di carico utile. Questo sarebbe insufficiente se non per test su piccola scala: per compensare una frazione sostanziale del riscaldamento globale, ad esempio 1 °C di raffreddamento, sarebbero necessarie piattaforme in grado di trasportare diversi milioni di tonnellate all’anno di materiale nella stratosfera. Né i razzi né i palloni aerostatici sono adatti a trasportare una massa così grande fino a questa posizione elevata. Di conseguenza, la diffusione su larga scala richiederebbe una flotta di nuovi velivoli, qualche centinaio per raggiungere l’obiettivo di raffreddamento di 1 °C. L’acquisto del primo velivolo, secondo le modalità tipiche dei grandi programmi di sviluppo di aerei commerciali o militari, potrebbe richiedere circa un decennio, mentre la produzione della flotta necessaria richiederebbe diversi anni in più.
Ma iniziare con una diffusione su larga scala è imprudente e improbabile. Anche se stiamo abbassando il termostato globale, più velocemente cambiamo il clima, più alto è il rischio di impatti imprevisti. Un Paese o un gruppo di Paesi che desiderano implementare l’ingegneria solare probabilmente apprezzeranno i vantaggi politici e tecnici di un inizio più lento, con un’inversione graduale del riscaldamento che faciliti l’ottimizzazione e l'”imparare facendo”, riducendo al minimo la probabilità e l’impatto delle conseguenze indesiderate.
Immaginiamo scenari in cui, invece di tentare di iniettare aerosol nel modo più efficiente vicino all’equatore, un Paese o un gruppo di Paesi tenti di collocare una quantità minore di materiale nella bassa stratosfera a latitudini più elevate. Potrebbero farlo con gli aerei esistenti, perché la parte superiore della troposfera degrada bruscamente verso il basso man mano che ci si allontana dall’equatore. A 35° nord e sud, si trova a circa 12 chilometri. Aggiungendo un margine di 3 chilometri, l’altitudine effettiva di dispiegamento a 35° nord e sud sarebbe di 15 chilometri. Questa quota rimane troppo alta per gli aerei di linea, ma è appena inferiore al tetto di servizio di 15,5 chilometri dei jet d’affari di alta gamma prodotti da Gulfstream, Bombardier e Dassault. L’elenco dei Paesi con territorio a 35° nord o sud o quasi comprende non solo Paesi ricchi come Stati Uniti, Australia, Giappone, Corea del Sud, Spagna e Cina, ma anche Paesi più poveri come Marocco, Algeria, Iraq, Iran, Pakistan, India, Cile e Argentina.
Implementazione della scala ridotta
Come si potrebbe realizzare un’applicazione su scala ridotta? La maggior parte degli studi scientifici sull’iniezione di aerosol stratosferico presuppone che il materiale operativo sia il biossido di zolfo (SO2 ), che ha il 50% di zolfo in massa. Un’altra opzione plausibile è l’idrogeno solforato (H2 S), che riduce quasi della metà il fabbisogno di massa, anche se è più pericoloso per il personale di terra e di volo rispetto all’SO2 e quindi potrebbe essere eliminato dalla considerazione. Il disolfuro di carbonio (CS2 ) riduce il fabbisogno di massa del 40% ed è generalmente meno pericoloso dell’SO2 . È anche possibile utilizzare lo zolfo elementare, che è il più sicuro e facile da gestire, ma ciò richiederebbe un metodo di combustione a bordo prima dello sfiato o l’uso di postcombustori. Nessuno ha ancora effettuato gli studi ingegneristici necessari per determinare quale di questi composti dello zolfo sia la scelta migliore.
Sulla base di ipotesi confermate da Gulfstream, stimiamo che uno qualsiasi dei suoi aerei G500/600 potrebbe trasportare circa 10 chilotoni (10.000 tonnellate metriche) di materiale all’anno a 15,5 chilometri. Se si utilizzasse un CS2 ad alta efficienza di massa, una flotta di non più di 15 aerei potrebbe trasportare fino a 100 chilotoni di zolfo all’anno. I G650 usati, invecchiati ma funzionanti, costano circa 25 milioni di dollari. Se si aggiungono i costi di modifica, manutenzione, parti di ricambio, stipendi, carburante, materiali e assicurazione, si prevede che il costo totale medio di un dispiegamento su scala ridotta per un decennio sia di circa 500 milioni di dollari all’anno. Il dispiegamento su larga scala costerebbe almeno 10 volte di più.
A quanto ammontano 100 chilotoni di zolfo all’anno? È appena lo 0,3% delle attuali emissioni annuali globali di inquinamento da zolfo nell’atmosfera. Il suo contributo all’impatto sulla salute dell’inquinamento atmosferico da particolato sarebbe sostanzialmente inferiore a un decimo di quello che sarebbe se la stessa quantità fosse emessa in superficie. Per quanto riguarda l’impatto sul clima, sarebbe circa l’1% dello zolfo iniettato nella stratosfera dall’eruzione del Monte Pinatubo nelle Filippine nel 1992. Quell’evento, ben studiato, supporta l’affermazione che non si verificherebbero effetti sconosciuti ad alto rischio.
Allo stesso tempo, 100 chilotoni di zolfo all’anno non sono pochi: sarebbero più del doppio del flusso di fondo naturale di zolfo dalla troposfera alla stratosfera, in assenza di attività vulcaniche insolite. L’effetto di raffreddamento sarebbe sufficiente a ritardare l’aumento della temperatura globale per circa un terzo dell’anno, una compensazione che durerebbe fino a quando il dispiegamento su scala ridotta fosse mantenuto. Inoltre, poiché la geoingegneria solare è più efficace nel contrastare l’aumento delle precipitazioni estreme rispetto all’aumento della temperatura, il dispiegamento ritarderebbe l’aumento dell’intensità dei cicloni tropicali di oltre metà anno. Questi benefici non sono trascurabili per chi è più a rischio di impatti climatici (anche se nessuno di questi benefici sarebbe necessariamente evidente a causa della variabilità naturale del sistema climatico).
Va detto che il nostro scenario di 100 chilotoni all’anno è arbitrario. Definiamo un dispiegamento su scala ridotta come un dispiegamento abbastanza grande da aumentare sostanzialmente la quantità di aerosol nella stratosfera, pur essendo ben al di sotto del livello richiesto per ritardare il riscaldamento di un decennio. Con questa definizione, un tale dispiegamento potrebbe essere molte volte più grande o più piccolo del nostro scenario campione.
Naturalmente, nessuna quantità di geoingegneria solare può eliminare la necessità di ridurre la concentrazione di gas serra nell’atmosfera. Nel migliore dei casi, la geoingegneria solare è un’integrazione alla riduzione delle emissioni. Tuttavia, anche lo scenario di diffusione su scala ridotta che consideriamo qui sarebbe un’integrazione significativa: nell’arco di un decennio, avrebbe circa la metà dell’effetto di raffreddamento rispetto all’eliminazione di tutte le emissioni dell’Unione Europea.
La politica della distribuzione delle scale ridotte
Il dispiegamento su scala ridotta che abbiamo delineato qui potrebbe servire a diversi obiettivi scientifici e tecnologici plausibili. Dimostrerebbe le tecnologie di stoccaggio, lofting e dispersione per un dispiegamento su scala più ampia. Se combinato con un programma di osservazione, valuterebbe anche le capacità di monitoraggio. Chiarirà direttamente come il solfato viene trasportato nella stratosfera e come gli aerosol di solfato interagiscono con lo strato di ozono. Dopo alcuni anni di applicazione su scala ridotta, avremmo una comprensione di gran lunga migliore degli ostacoli scientifici e tecnologici che si frappongono a un’applicazione su larga scala.
Allo stesso tempo, il dispiegamento su scala ridotta comporterebbe dei rischi per chi lo fa. Potrebbe innescare l’instabilità politica e portare a ripercussioni da parte di altri Paesi e organismi internazionali che non reagirebbero bene a entità che manipolano il termostato del pianeta senza un coordinamento e una supervisione globali. L’opposizione potrebbe derivare da una radicata avversione per le modifiche ambientali o da preoccupazioni più pragmatiche sul fatto che il dispiegamento su larga scala sarebbe dannoso per alcune regioni.
Le motivazioni che possono spingere i costruttori a utilizzare la geoingegneria solare sono molteplici. La più ovvia è che uno Stato o una coalizione di Stati potrebbe concludere che la geoingegneria solare potrebbe ridurre in modo significativo il rischio climatico e che una distribuzione su scala ridotta rappresenterebbe un equilibrio efficace tra gli obiettivi di spingere il mondo verso una distribuzione su larga scala e di minimizzare il rischio di contraccolpi politici.
I responsabili della distribuzione potrebbero decidere che un progetto su scala ridotta potrebbe rendere possibili interventi più grandi. Mentre gli scienziati possono trarre conclusioni sulla geoingegneria solare da piccoli esperimenti e modelli, i politici e l’opinione pubblica potrebbero essere molto cauti riguardo a interventi atmosferici che possono alterare il sistema climatico e influenzare tutte le creature che lo abitano. Un dispiegamento su scala ridotta che non abbia riscontrato grosse sorprese potrebbe contribuire a ridurre le preoccupazioni estreme per un dispiegamento su scala globale.
I responsabili del dispiegamento potrebbero anche rivendicare qualche beneficio limitato dal dispiegamento stesso su scala ridotta. Anche se gli effetti sarebbero troppo piccoli per essere immediatamente evidenti sul campo, i metodi utilizzati per attribuire gli eventi meteorologici estremi ai cambiamenti climatici potrebbero avvalorare le affermazioni di una piccola riduzione della gravità di tali eventi.
Potrebbero anche sostenere che lo spiegamento sta semplicemente ripristinando la protezione atmosferica che è stata recentemente persa. La riduzione delle emissioni di zolfo delle navi sta salvando vite umane grazie a un’aria più pulita, ma sta anche accelerando il riscaldamento assottigliando il velo riflettente creato da tale inquinamento. Lo scenario su scala ridotta che abbiamo delineato ripristinerebbe quasi la metà della protezione solare, senza la contropartita dell’inquinamento atmosferico.
Chi si occuperebbe del dispiegamento potrebbe anche convincersi che la propria azione è coerente con il diritto internazionale perché potrebbe effettuare il dispiegamento interamente all’interno del loro spazio aereo nazionale e perché gli effetti, pur essendo globali, non produrrebbero un “danno transfrontaliero significativo”, la soglia rilevante secondo il diritto internazionale consuetudinario.
Le implicazioni di governance di un tale dispiegamento su scala ridotta dipenderebbero dalle circostanze politiche. Se fosse fatto da una grande potenza senza tentativi significativi di impegno multilaterale, ci si aspetterebbe un forte contraccolpo. D’altra parte, se il dispiegamento fosse intrapreso da una coalizione che comprende Stati altamente vulnerabili al clima e che invita altri Stati a unirsi alla coalizione e a sviluppare un’architettura di governance condivisa, molti Stati potrebbero essere pubblicamente critici ma privatamente soddisfatti del fatto che la geoingegneria abbia ridotto i rischi climatici.
Il SAI viene talvolta descritto come uno scenario sociotecnico immaginario che risiede in un lontano futuro fantascientifico. Ma è tecnicamente possibile avviare distribuzioni su scala ridotta del tipo che descriviamo qui entro cinque anni. Uno Stato o una coalizione di Stati che volesse testare in modo significativo sia la scienza che la politica del dispiegamento potrebbe prendere in considerazione tali dispiegamenti su scala ridotta o dimostrativi, man mano che i rischi climatici diventano più evidenti.
Non stiamo sostenendo un’azione di questo tipo – anzi, ribadiamo il nostro sostegno a una moratoria contro il dispiegamento fino a quando la scienza non sarà valutata criticamente e non sarà stata concordata un’architettura di governance. Tuttavia, una solida comprensione dell’interconnessione tra tecnologia e politica del SAI è ostacolata dalla percezione che si debba iniziare con uno sforzo significativo che rallenti sostanzialmente o addirittura inverta il riscaldamento. L’esempio che abbiamo delineato qui illustra che le barriere infrastrutturali alla diffusione sono più facilmente superabili di quanto comunemente si pensi. I politici devono tenerne conto – e al più presto – nel momento in cui valutano come sviluppare la geoingegneria solare nell’interesse pubblico e quali sono le barriere da porre.
David W. Keith è professore di scienze geofisiche e direttore fondatore dell’iniziativa Climate Systems Engineering dell’Università di Chicago.
Wake Smith è docente presso la Yale School of Environment e ricercatore presso la Harvard Kennedy School.
Ringraziamo Christian V. Rice di VPE Aerospace per aver eseguito i calcoli del carico utile qui riportati. Per maggiori dettagli sulle nostre stime, consultare questo PDF.
