Mentre l’inquinamento da carbonio ottiene tutti i titoli dei giornali per il suo ruolo nel cambiamento climatico, l’inquinamento da azoto è probabilmente un problema più impegnativo. In qualche modo dobbiamo far crescere più cibo per nutrire una popolazione in espansione, minimizzando al contempo i problemi associati all’uso di fertilizzanti azotati.
Nella sola Europa, i costi ambientali e per la salute umana dell’inquinamento da azoto sono stimati in 70-320 miliardi di euro all’anno.
Le emissioni di azoto come ammoniaca, ossido di azoto e ossidi nitrosi contribuiscono al particolato e alla pioggia acida. Questi causano problemi respiratori e cancri per le persone e danni alle foreste e agli edifici.
I gas azotati hanno anche un ruolo importante nel cambiamento climatico globale. Il protossido d’azoto è un gas serra particolarmente potente, poiché è oltre 300 volte più efficace nell’intrappolare il calore nell’atmosfera rispetto all’anidride carbonica.
L’azoto dai fertilizzanti, dagli effluenti del bestiame e dai liquami umani favorisce la crescita delle alghe e causa l’inquinamento dell’acqua. Il conto stimato di 8,2 miliardi di dollari australiani di danni alla Grande Barriera Corallina ci ricorda che le nostre scelte sulla terra hanno un grande impatto sulla terra, l’acqua e l’aria a valle.
L’azoto perso danneggia anche gli agricoltori, poiché rappresenta una crescita potenziale ridotta del raccolto o un fertilizzante sprecato. Questo impatto è più acuto per i piccoli agricoltori nei paesi in via di sviluppo, per i quali il fertilizzante azotato è spesso il costo maggiore dell’agricoltura. La produzione ridotta dall’azoto perso può rappresentare fino al 25% del reddito familiare.
La soluzione alla sfida dell’azoto dovrà venire da una combinazione di innovazione tecnologica, politica e azione dei consumatori.
L’ingrediente essenziale
L’azoto è un elemento essenziale per la costruzione di aminoacidi, proteine e DNA. La crescita delle piante dipende da esso; gli animali e le persone lo ottengono mangiando piante o altri animali.
Il gas azoto (N₂) costituisce il 78% dell’aria, ma non può essere utilizzato dalle piante. I fertilizzanti sono di solito fatti di ammoniaca, una forma di azoto che le piante preferiscono.
Un secolo dopo che lo sviluppo del processo Haber-Bosch ci ha dato un modo per produrre fertilizzanti azotati, la nostra domanda deve ancora stabilizzarsi.
L’uso di fertilizzanti azotati è passato da 11 milioni di tonnellate nel 1961 a 108 milioni di tonnellate nel 2014. Poiché i livelli di anidride carbonica continuano ad aumentare nell’atmosfera, anche alcune piante come i cereali richiederanno probabilmente più azoto.
In effetti, l’azoto dai fertilizzanti rappresenta ora più della metà delle proteine nella dieta umana. Tuttavia, circa il 50% dell’azoto applicato viene perso nell’ambiente attraverso il deflusso dell’acqua dai campi, i rifiuti animali e le emissioni di gas dal metabolismo dei microbi del suolo.
Queste perdite sono aumentate nel corso dei decenni con l’aumento dell’uso di fertilizzanti azotati. L’azoto reattivo causa danni ad ampio raggio e ne causerà ancora di più se le perdite di azoto non saranno contenute.
Di fronte alla crescita della popolazione e al cambiamento del clima, abbiamo bisogno più che mai di ottimizzare l’uso dell’azoto e di ridurre al minimo le perdite.
Dalla fattoria alla forchetta
Un modo per capire il nostro uso dell’azoto è quello di guardare la nostra impronta di azoto – la quantità di inquinamento da azoto rilasciato nell’ambiente da cibo, abitazioni, trasporti e beni e servizi.
La ricerca di Emma Liang, dottoranda dell’Università di Melbourne, mostra che l’Australia ha una grande impronta di azoto. Con 47 kg di azoto per persona ogni anno, l’Australia è molto più avanti degli Stati Uniti, che sono arrivati a 28 kg di azoto per persona.
Una dieta ad alto contenuto di proteine animali sembra guidare la grande impronta di azoto dell’Australia. Il consumo di prodotti animali rappresenta l’82% dell’impronta di azoto alimentare australiana.
I prodotti animali hanno alti costi di azoto rispetto ai prodotti vegetali. Entrambi i prodotti iniziano con lo stesso costo in azoto come risultato della coltivazione di un raccolto, ma ulteriori perdite significative si verificano quando l’animale consuma il cibo durante il suo ciclo di vita.
Il progetto N-Footprint mira ad aiutare gli individui e le istituzioni a calcolare la loro impronta di azoto. Mostra come ognuno di noi può avere un impatto sull’inquinamento da azoto attraverso le nostre scelte quotidiane.
Possiamo scegliere di mangiare diete proteiche a più bassa impronta di azoto, come verdure, pollo e frutti di mare invece di manzo e agnello. Possiamo scegliere di ridurre lo spreco di cibo comprando quantità minori (e più frequentemente, se necessario) e facendo il compostaggio dei rifiuti alimentari. La buona notizia è che se riduciamo la nostra impronta di azoto, riduciamo anche la nostra impronta di carbonio.
Torniamo alla fattoria
Nel frattempo, gli sforzi per usare l’azoto in modo più efficiente nelle fattorie devono continuare. Stiamo migliorando la comprensione delle perdite di azoto dal suolo attraverso tecniche micrometriche.
Da seduti al sole con camere a secchiello di plastica, fiale di vetro e siringhe, gli scienziati ora usano alte torri e laser per rilevare piccoli cambiamenti nelle concentrazioni di gas su grandi aree e inviare i risultati direttamente ai nostri computer.
Ora sappiamo che la nitrificazione (quando l’ammoniaca viene convertita in nitrato) è un importante contributore alle perdite di azoto e quindi al cambiamento climatico e ai danni agli ecosistemi. È un processo che i ricercatori – e gli agricoltori – stanno prendendo di mira per ridurre le perdite di azoto.
Gli inibitori della nitrificazione sono ora usati commercialmente per mantenere l’azoto nella forma di ammonio, che le piante preferiscono, e per prevenire l’accumulo di nitrato, che è più facilmente perso nell’ambiente.
Con l’avanzare di questa tecnologia, stiamo iniziando a rispondere alla domanda su come questi inibitori influenzino le comunità microbiche che mantengono la salute del nostro suolo e formano la base degli ecosistemi.
Per esempio, la nostra ricerca mostra che il 3,4-dimetilpirazolo fosfato (meglio conosciuto come DMPP) inibisce la nitrificazione senza influenzare la diversità della comunità microbica del suolo.
Ci sono state anche osservazioni interessanti che i sistemi di radici di alcune erbe tropicali inibiscono la nitrificazione. Questo apre un’opzione di gestione per rallentare i tassi di nitrificazione nell’ambiente usando approcci genetici.
Solvere la sfida dell’uso dell’azoto richiederà la ricerca di modi più efficienti per i produttori primari di usare l’azoto, ma avrà anche bisogno della leadership del governo e delle scelte dei consumatori per sprecare meno o mangiare più proteine vegetali. Questi strumenti renderanno il caso per il cambiamento più chiaro, e il compito di nutrire il mondo più verde.
Il 4-8 dicembre, i principali ricercatori internazionali si incontreranno a Melbourne per la 7a Conferenza Internazionale dell’Iniziativa Azoto per discutere le migliori nuove soluzioni ai problemi di utilizzo dell’azoto. Per uno sguardo più approfondito su questi temi, visitate il sito web INI2016 o unitevi a una serie di esperti di alimentazione e produzione al Good Food for 9 Billion: Community Forum.