- Gennaio 31, 2023
Composizione chimica CO2 (biossido di carbonio o anidride carbonica)
L’anidride carbonica (CO2) è una sostanza chimica composta da un atomo di carbonio e due atomi di ossigeno. Il biossido di carbonio è il principale gas ad effetto serra presente in atmosfera.
Esperto in cambiamento climatico
Contenuti
Summary
L’anidride carbonica (CO2) è una sostanza chimica composta da un atomo di carbonio e due atomi di ossigeno.
La CO2 è un elemento fondamentale del ciclo del carbonio. Attraverso questo processo il carbonio circola tra l’atmosfera, la terra e l’oceano.
La maggior parte delle emissioni di anidride carbonica in atmosfera deriva dai combustibili fossili.
L’anidride carbonica genera l’effetto serra, ovvero intrappola nell’atmosfera il calore sprigionato dal sole.
La concentrazione di CO2 in atmosfera è aumentata a causa delle attività umane e sta causando il riscaldamento globale.
Composizione e formula chimica dell’anidride carbonica (CO2)
La CO2 si trova comunemente con il nome di anidride carbonica, biossido di carbonio o diossido di carbonio.
L’anidride carbonica (CO2) è un composto chimico formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. La formula chimica dell’anidride carbonica è CO2.
Il carbonio ha sei protoni e sei elettroni, mentre l’ossigeno ha otto protoni e otto elettroni.
Gli atomi di ossigeno condividono gli elettroni con l’atomo di carbonio, creando dei legami covalenti. I legami covalenti sono molto forti e rendono il biossido di carbonio stabile.
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Densità del biossido di carbonio (CO2)
La densità indica quanto spazio occorre per contenere un chilogrammo di una sostanza.
L’unità di misura della densità è il chilogrammo per metro cubo (kg/m3) e indica quanto pesa 1 m³ di una sostanza.
Il biossido di carbonio è più denso dell’aria.
Infatti, il biossido di carbonio ha una densità di 1.87 kg/m3, mentre l’aria ha una densità di 1.29 kg/m3.
Inoltre, il peso specifico del biossido di carbonio è di 44.01 g/mol, circa 1.5 volte superiore al peso specifico dell’aria.
Anidride carbonica (CO2) stato fisico
La CO2 è presente nell’atmosfera terrestre sotto forma di gas. A temperatura e pressione ambiente, la CO2 si presenta come un gas incolore, inodore e insapore.
Tuttavia, l’anidride carbonica può anche assumere la forma solida o liquida.
La CO2 può passare direttamente dallo stato gassoso a quello solido, senza passare per lo stato liquido. Questo accade quando si raffredda fino a raggiungere -78,5 °C e la sua pressione aumenta.
In queste condizioni, l’anidride carbonica forma il ghiaccio secco, un solido cristallino molto freddo al tatto. Se esposta a temperatura ambiente, la CO2 torna rapidamente allo stato gassoso.
Quando invece si raffredda gradualmente, il biossido di carbonio passa prima allo stato liquido e poi allo stato solido. In questo caso, la CO2 diventa un liquido viscoso e incolore, noto come anidride carbonica liquida.
L’anidride carbonica liquida è densa ed evapora lentamente a temperatura ambiente.
Trasformazione chimica della CO2: il ciclo del carbonio
Il ciclo del carbonio è il processo attraverso il quale il carbonio circola tra la terra, l’atmosfera e gli oceani.
Gli atomi di carbonio vengono utilizzati per costruire il corpo di tutti gli esseri viventi e sono fondamentali per la vita sulla Terra.
Il ciclo del carbonio inizia quando le piante assorbono il biossido di carbonio (CO2) attraverso la fotosintesi. Durante questo processo, le piante assorbono anidride carbonica dall’atmosfera e rilasciano ossigeno (O) nell’aria.
Il carbonio passa quindi dalle piante agli animali attraverso la catena alimentare.
Cibandosi di vegetali, molti animali assorbono il carbonio contenuto nelle piante. I predatori assorbono poi il carbonio quando si cibano di altri animali.
Dall’altro lato, gli esseri viventi generano emissioni di CO2 chimica quando respirano, producono escrementi o muoiono.
Il carbonio passa anche dall’atmosfera agli oceani attraverso il processo di fotosintesi marina. Infatti, le alghe e il fitoplancton svolgono la fotosintesi e trasformano l’anidride carbonica in materia organica, assorbendola nel proprio corpo.
Quando queste forme di vita muoiono o si decompongono, l’anidride carbonica (CO2) viene rilasciato nell’oceano.
Produzione di CO2 chimica per l’industria
Nonostante l’abbondanza di CO2 in atmosfera, estrarre diossido di carbonio dall’aria è ancora molto costoso. La produzione di CO2 chimica per uso industriale avviene attraverso tre metodi principali:
- Cattura e separazione. La CO2 contenuta nei gas di scarico viene catturata e separata dal resto dei gas attraverso un processo chimico o fisico. Questa tecnica è adatta all’utilizzo nelle centrali elettriche alimentate a combustibili fossili, ma anche in alcuni stabilimenti industriali.
- Fermentazione da biomassa. Facendo fermentare biomasse come mais o barbabietole da zucchero, è possibile produrre grandi quantità di CO2 chimica. I microorganismi trasformano la biomassa in metano (CH4) e anidride carbonica (CO2) che può essere purificata.
- Sintesi chimica. L’anidride carbonica (CO2) può essere prodotta attraverso reazioni chimiche che utilizzano fonti di carbonio come il carbonato di calcio o il metano. Ad esempio, è possibile convertire il metano in biossido di carbonio (CO2) e acqua (H2O) attraverso una reazione con l’ossigeno.
Una volta prodotta, la CO2 chimica viene spesso compressa e liquefatta per facilitarne il trasporto.
Utilizzo della CO2 chimica nell’industria
La CO2 è una molecola chimica molto utilizzata anche nei processi industriali. I settori di applicazione principali sono l’estrazione di idrocarburi e la produzione di bevande gassate.
Nei pozzi di petrolio il biossido di carbonio viene utilizzato per rendere l’estrazione più efficiente. La CO2 chimica viene iniettata nei pozzi per aumentare la pressione del petrolio e spingerlo verso l’alto, secondo la tecnica del Enhanced Oil Recovery (EOR).
L’anidride carbonica è molto importante anche nella produzione di bevande gassate. Quando la CO2 chimica viene dissolta in acqua forma l’acido carbonico, la sostanza responsabile delle bollicine nelle bevande.
Nella conservazione degli alimenti, l’anidride carbonica (CO2) è impiegata come battericida. Visto che il biossido di carbonio è più denso dell’aria, la CO2 satura l’atmosfera intorno agli alimenti e interrompe la proliferazione dei batteri.
Infine, la CO2 è anche un importante gas refrigerante per gli impianti di raffreddamento industriali.
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Perché la CO2 chimica causa il riscaldamento globale
Il biossido di carbonio (CO2) è uno dei principali gas a effetto serra presenti nell’atmosfera terrestre.
I gas serra (GHG) sono sostanze chimiche che intrappolano calore nell’atmosfera.
Questi gas permettono alla Terra di mantenere una temperatura mite che rende possibile lo sviluppo della vita.
In pratica i raggi solari attraversano l’atmosfera e, una volta raggiunta la crosta terrestre, vengono assorbiti dalla terra. Alcuni di questi raggi vengono riflessi nello spazio sotto forma di raggi infrarossi.
I gas a effetto serra lasciano passare i raggi solari, ma assorbono i raggi infrarossi riflessi dalla Terra. In questo modo intrappolando calore nell’atmosfera e generano l’effetto serra.
I principali gas responsabili dell’effetto serra sono:
- Metano (CH4), generato dagli allevamenti, dalle discariche e dall’estrazione di idrocarburi.
- Anidride carbonica (CO2), prodotta dai combustibili fossili bruciati per produrre energia elettrica e calore.
- Protossido d’azoto (N2O), emesso dai fertilizzanti chimici e dalla combustione di idrocarburi.
- Gas refrigeranti (CFC, HCFC, HFC e PFC), utilizzati negli impianti di refrigerazione e nell’industria chimica.
L’impatto di un gas serra sul surriscaldamento globale viene misurato attraverso il potenziale di riscaldamento, o global warming potential (GWP).
Il global warming potential utilizza la CO2 equivalente (CO2e) come unità di misura per comparare l’effetto dei diversi gas serra.
Come ridurre le emissioni di anidride carbonica (CO2)
Le concentrazioni in atmosfera di gas climalteranti sono molto cambiate nella storia della Terra.
I livelli di gas serra sono stati molto alti durante i periodi di riscaldamento globale e molto bassi durante i raffreddamenti globali. Tuttavia, a partire dalla rivoluzione industriale le emissioni in atmosfera di CO2 sono aumentate rapidamente.
La causa principale dell’aumento delle emissioni climalteranti in atmosfera è l’utilizzo di combustibili fossili per produrre energia elettrica e calore.
Le concentrazioni di biossido di carbonio sono attualmente a livelli mai raggiunti nell’ultimo milione di anni. Nel 2022 le concentrazioni di anidride carbonica (CO2) in atmosfera hanno raggiunto 417.2 parti per milione (ppm).
Per evitare che il riscaldamento globale oltrepassi 1.5 °C sui livelli preindustriali, tutte le aziende dovranno raggiungere net zero emissioni.
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