INTRO [Sonia]: Benvenuti nel podcast PIANTAtela, noi siamo Sonia, [Giacomo], [Alessandra], [Elisa] studenti di Biologia evoluzionistica presso l’università di Padova, e in questo episodio parleremo di un argomento di cui forse non si è sentito parlare abbastanza nemmeno durante la recente COP26: lo stress idrico causato dai cambiamenti climatici e tutto ciò che comporta. ci concentreremo poi sulle tecnologie ad emissioni negative e di come queste potrebbero aggravare il problema dello stress idrico in determinate regioni.

[Sonia] Che cos’è innanzitutto lo stress idrico?

[Elisa] nelle piante è un importante fattore limitante e si verifica quando il rapporto tra la quantità d’acqua assorbita dalle radici e quella traspirata si allontana dai valori ottimali: per dirlo in parole povere, quando c’è troppa o troppo poca acqua; quest’ultimo caso è quello su cui noi ci concentreremo. Una delle principali cause dello stress idrico è il cambiamento climatico.

E’ importante anche ricordare che le piante svolgono un ruolo importantissimo nella regolazione del ciclo dell’acqua, e che sempre il cambiamento climatico stia modificando questo ciclo vitale 

Senza un importante intervento per la riduzione delle emissioni di anidride carbonica, è stato stimato che la temperatura media globale aumenterà di diversi gradi entro la fine del secolo, tra i 2,5 e i 6°C a seconda del modello utilizzato, con un raddoppiamento dei livelli di CO2 atmosferica. Questo innalzamento delle temperature porterà ad una crescita maggiore delle piante, assumendo l’assenza di altri fattori limitanti, con una considerevole riduzione di acqua per gli esseri umani. 

[Giacomo] a proposito di questo, ovvero che l’aumento di CO2 atmosferica porterà ad avere meno acqua per gli umani, ho letto essere stato discusso da alcuni detrattori, che sostanzialmente argomentano con il fatto che in realtà le piante abbiano bisogno di meno acqua per svolgere la fotosintesi, parlo del caso in cui ci sia maggiore quantità di CO2.

[Elisa] sì, questo è vero, ma secondo il ricercatore Justin Mankin, le piante aumenteranno la superficie fogliare e quindi necessiteranno di più acqua, ma non solo; infatti con l’innalzamento delle temperature la stagione calda si allungherà e permetterà alle piante di crescere più a lungo, e quindi, di consumare più acqua. Questo colpirà principalmente la fascia temperata del pianeta, in quanto è stato previsto, sempre da Mankin, che gli ambienti tropicali o settentrionali avranno abbastanza precipitazioni per compensare questa crescita vegetale. 

E’ dunque un importante problema anche umanitario visto che già un terzo della popolazione mondiale è soggetta agli effetti dello stress idrico, percentuale che potrà raggiungere il 50% entro la fine del secolo se si continua ad utilizzare l’acqua nel modo attuale. Inoltre ci sono circa 4 miliardi di persone, quindi due terzi della popolazione mondiale, che almeno un mese all’anno hanno a disposizione una quantità di acqua molto inferiore al necessario, la metà della quale abita in Cina e India. 

Se non interveniamo sugli aumenti dell’anidride carbonica in atmosfera, la situazione diventerà pessima.

Secondo l’ultimo report dell’IPCC, dal 2011 la concentrazione dei gas serra nell’atmosfera sta continuando ad aumentare raggiungendo, nel caso dell’anidride carbonica, medie annue di 410 ppm, con un picco di circa 419 risalente al maggio scorso.

Se l’uso di carbone, gas e petrolio non diminuisce entro il 2100, a quel punto si arriverà a 560 ppm di CO2 in atmosfera. in queste condizioni, i modelli mostrano che i periodi di siccità aumenteranno e dureranno più a lungo, con un fabbisogno idrico potenziale totale che supererà costantemente l’approvvigionamento idrico superficiale per una gran parte della popolazione mondiale.

[Sonia] Ad influire sull’aumento della domanda d'acqua non è solo il cambiamento climatico, ma (occorre) dobbiamo citare anche la crescita della popolazione, l'espansione urbana e le pratiche agricole intensive che in molte aree hanno esacerbato l'impatto della siccità. Lo sviluppo e la resa delle colture saranno limitati soprattutto dove l'agricoltura è largamente dipendente dall'irrigazione, come nelle regioni del bacino del Mediterraneo: ad esempio ho letto che il Guadalquivir, fiume che percorre longitudinalmente l’Andalucia, presenta un livello dell’acqua molto ridotto a causa delle precipitazioni annuali al ribasso e un aumento della richiesta d’acqua per l’agricoltura, situazione per la quale anche  il WWF ha manifestato forti preoccupazioni; ma per fare esempi vicini a noi, anche in Puglia è stata riscontrata una sempre maggiore variabilità dell'andamento e dell'intensità delle precipitazioni, ed uno studio di Ronco e coautori pubblicato sul Journal “Advances in Water resources” prevede un significativo calo della produttività di varie colture, dai vigneti agli ortaggi.

[Giacomo] Un’altra possibile causa di stress idrico, purtroppo, è una delle tecnologie ad emissioni negative che stanno venendo sviluppate, le BECCS, ovvero le bioenergie con cattura e stoccaggio del carbonio. Le tecnologie ad emissioni negative sono tutti quei metodi, naturali o artificiali, che, come si è detto anche alla recente COP26, saranno necessari per porre un freno al riscaldamento globale, e prevedono la rimozione di anidride carbonica dall’atmosfera. Non ci sono solo le BECCS, ma si parla anche di afforestamento e riforestazione, biochar e rimozione diretta di CO2 dall’atmosfera; queste tecnologie hanno un potenziale più o meno grande ma anche dei costi ed effetti collaterali da tenere bene in considerazione.

Infatti, in un recente articolo pubblicato su nature communications, Fabian Stenzel e colleghi indagano in che modo le piantagioni di biomassa, utilizzate per le BECCS, possano aumentare lo stress idrico più del cambiamento climatico. 

Come ricordano gli autori, la mitigazione del cambiamento climatico deve essere un imperativo sia per ridurre lo stress idrico globale, sia per raggiungere l'obiettivo previsto dagli accordi di Parigi. Si ritengono necessarie misure di sequestro di anidride carbonica atmosferica attraverso piantagioni di biomassa dedicate, combinate con cattura e stoccaggio di carbonio. Questa tecnologia si basa sulla coltivazione di specie vegetali a rapida crescita, le quali vengono raccolte regolarmente per la biomassa e in seguito processate per produrre biocarburanti, rimpiazzando così i combustibili fossili, ma anche utilizzate per la generazione di energia, per ridurre l’utilizzo di carbone; l’anidride carbonica rilasciata viene così almeno parzialmente catturata. Questa tecnologia potrebbe essere impiegata su larga scala relativamente a breve, essendo meno costosa ed ad uno stadio più avanzato rispetto, ad esempio, a tecnologie di cattura diretta di CO2 dall’atmosfera.

Tuttavia questa tecnica non è esente da problematiche: sulla larga scala richiesta, la produzione di biomassa avrà forti impatti ambientali, come un massivo uso sia di suolo che di risorse d’acqua dolce, le quali, come abbiamo già detto in precedenza, saranno sempre più scarseggianti.

[Sonia] Gli autori quindi hanno compiuto un’analisi su scala globale comparando lo stress idrico in due possibili scenari futuri: il primo scenario prevede un mondo in cui è avvenuta una forte mitigazione, includendo piantagioni a scopi bioenergetici, in modo da arginare il riscaldamento globale ad un grado e mezzo entro fine secolo; il secondo scenario prevede un marginale uso di piantagioni per bioenergia, con un conseguente riscaldamento di 3 gradi nel 2100. Questi scenari si basano sui dati dei Representative concentration pathways, ovvero le traiettorie di concentrazione dei gas serra adottate dall’IPCC, scenari indagati che corrispondono rispettivamente alle traiettorie RCP2.6 e RCP6.0.

Hanno poi indagato un ulteriore scenario, che prevede la stessa quantità di biomassa di RCP2.6, ma con una gestione più sostenibile delle risorse d’acqua, che prevede la conservazione dei cosiddetti requisiti di flusso ambientale, ovvero la quantità dei flussi di acqua dolce necessari per mantenere gli ecosistemi, ma anche l’implementazione di tecniche più efficienti di gestione dell’acqua per l’irrigazione di siti agricoli o di bioenergia.

Dunque, I risultati mostrano che sia l'area globale che la popolazione esposta ad un alto stress idrico duplicherebbero nello scenario dell’uso delle bioenergie, se comparati alla situazione odierna; e addirittura queste eccederebbero l'impatto previsto dallo scenario senza BECCS, a meno che non vengano implementate politiche di uso sostenibile dell'acqua, per ridurre la pressione sulle risorse di acqua dolce. 

[Alessandra] Ringrazio Sonia per aver spoilerato i risultati generali. Ma andando più nel dettaglio, nello scenario senza uso BECCS la distribuzione spaziale delle zone che subiranno alto stress idrico è più o meno simile a quella odierna, ma l'area totale affetta aumenterà significativamente: questo, riportano gli autori, indica il fatto che lo stress idrico nei posti attualmente già critici persisterà o addirittura aumenterà; questo avverrà in particolare nel Mediterraneo, in Africa ed in Asia, dal medio oriente al Nord est della Cina. 

Nello scenario con BECCS, lo stress idrico si estenderà anche alle regioni che attualmente non sono soggette a problematiche legate all’uso dell’acqua, [pausa] ovvero in quelle zone si assume che possano venire coltivate le piantagioni di biomassa, con conseguente aumento di consumo d’acqua per l’irrigazione. 

Lo studio mostra poi i risultati delle indagini sullo stress idrico nei diversi scenari: considerata una superficie di circa 2400 milioni di ettari, è preoccupante come, secondo le previsioni, più di due terzi di quest'area mostra un indice di stress idrico più elevato nello scenario con BECCS dove l’irrigazione delle piantagioni è proprio il fattore principale per l’aumento dello stress. Quindi, al contrario, in meno di un terzo di aree, lo scenario con BECCS dimostra uno stress idrico inferiore rispetto a quello senza piantagioni di biomassa, nonostante l’irrigazione utilizzata per la bioenergia. 

[Elisa] scusami ma per questo terzo di aree appena citate, gli autori come giustificano quindi il minore stress idrico?

[Alessandra] Lo fanno in due modi: sia con un previsto aumento di precipitazioni, principalmente in Asia; l’altra argomentazione riguarda l’ammontare delle aree da irrigare: ovvero, ad esempio negli stati uniti occidentali, con lo scenario RCP6.0, che ricordiamo essere quello senza BECCS di un aumento di 3 gradi a fine secolo, la superficie che necessiterà di irrigazione aumenterà di molto a prescindere dalle piantagioni di biomassa; aumenterà anche il consumo d’acqua e dunque lo stress idrico sarà maggiore rispetto allo scenario con RCP2.6, ovvero con un aumento di 1.5°C.

Pertanto, senza una gestione sostenibile dell’acqua, l’irrigazione delle piantagioni di biomassa che ha come finalità quella di evitare l’eccessivo riscaldamento globale, potrebbe invece aumentare significativamente lo stress idrico in molte regioni e anche a livello globale.

Con l’uso di grafici gli autori ci mostrano delle variazioni percentuali durante l’arco temporale considerato, ovvero dal 2010 al 2095.  Sotto lo scenario del cambiamento climatico senza BECCS, l'area globale sottoposta ad alto stress idrico aumenterebbe del 54%, mentre la popolazione soggetta a tali effetti aumenterebbe dell’82%. Nello scenario con BECCS, l'area sotto stress idrico aumenterebbe dell'88% mentre la popolazione soggetta aumenterà del 101% arrivando, nel 2095, a quattro miliardi e mezzo di persone sottoposte alle conseguenze dello stress idrico, ovvero la metà della popolazione mondiale.

[Giacomo] Cioè sostanzialmente ci stanno dicendo che siamo quasi tutti spacciati.

[Alessandra] Praticamente si, tuttavia non abbiamo ancora parlato dell’ultimo scenario preso in considerazione dagli autori, ovvero un mondo in cui si utilizzano le BECCS ma con l’implementazione di strategie più sostenibili per l’utilizzo dell’acqua: secondo le previsioni, l'area sottoposta a stress idrico incrementerebbe del 20% mentre la popolazione abitante tali aree aumenterebbe , con ampie virgolette, ”solo” del 60%, uno scenario promettente se lo si confronta con tutti gli altri; le sfide delle BECCS quindi riguarderebbero principalmente investimenti e implementazione di policy sostenibili di gestione dell’acqua.

[Giacomo] Quindi, rimanendo seri per la conclusione del nostro podcast, anche il miglior scenario paventato nello studio appena discusso è molto preoccupante. I cambiamenti climatici metteranno in condizioni di stress idrico e di siccità piante, ecosistemi e colture di un’area sempre più vasta del nostro pianeta, mettendo in pericolo le fondamenta stesse del sostentamento, della vita degli organismi e di comunità di ampie zone della Terra. Ormai possiamo solo cercare di arginare l’incombenza dei cambiamenti climatici; abbiamo capito che sarà necessario per i governi e le compagnie di investire e condividere tecniche avanzate e più efficienti di utilizzo dell’acqua, che permetteranno ad una migliore gestione delle risorse.