L’aumento dei lanci spaziali minaccia la stratosfera: diversi propellenti per razzi emettono particelle che distruggono le molecole di ozono

A quarant’anni dalla Convenzione di Vienna per la protezione dello strato di ozono, iniziamo finalmente a vedere i risultati degli impegni sottoscritti con il Protocollo di Montreal, che prevedevano l’eliminazione graduale di sostanze dannose come i CFC. Secondo l’ultimo bollettino della World Meteorological Organization delle Nazioni Unite, lo strato d’ozono si sta rimarginando, e potrebbe riprendersi totalmente già nei prossimi decenni.

Negli stessi anni in cui festeggiavamo per la fine dell’epoca dei clorofluorocarburi, però, nascevano anche le prime start up della cosiddetta New Space Economy, che hanno imposto un’accelerazione senza precedenti al settore dei lanci spaziali. E l’aumento delle attività spaziali, secondo gli scienziati, rischia di trasformarsi in una nuova minaccia per il sottile strato d’ozono che protegge la Terra dai raggi UV.

Lo strato d’ozono si sta riprendendo: il bollettino dell’ONU

In occasione della Giornata Mondiale dell’Ozono, lo scorso 16 settembre, la World Meteorological Organization (WMO) ha pubblicato il nuovo “Bollettino sull’ozono e sui raggi UV”. A quarant’anni esatti dalla Convenzione di Vienna, che aveva riconosciuto la riduzione dell’ozono stratosferico come un problema globale, arrivano finalmente delle buone notizie:

“Lo strato protettivo di ozono della Terra si sta rimarginando e il buco dell’ozono nel 2024 era più piccolo rispetto agli anni recenti. […] Si prevede che questo recupero, che ci riporterà verso i livelli degli anni Ottanta, continuerà nei prossimi decenni grazie al divieto di sostanze dannose sancito dal Protocollo di Montreal”,

si legge nel bollettino.

L’anno scorso, il buco dell’ozono che appare sull’Antartide ogni primavera era più piccolo rispetto alla media del periodo 1990-2020 e ha mostrato evidenti segni di recupero. I dati del 2024 sono dovuti in parte ad alcuni fattori atmosferici naturali, come l’elevata attività solare e la particolare intensità della circolazione di Brewer-Dobson, una corrente che tra le altre cose trasporta l’ozono dalle regioni tropicali a quelle polari. In sostanza, comunque, le conclusioni del WMO sono incoraggianti.

Come ha ricordato il Segretario Generale delle Nazioni Unite António Guterres,

“Oggi lo strato di ozono si sta rimarginando. Questo risultato ci ricorda che quando le nazioni ascoltano gli avvertimenti della scienza il progresso è possibile”.

Nel 1987, gli Stati nazionali si impegnarono in un grande sforzo condiviso che, nel giro di vent’anni, portò all’eliminazione di oltre il 99% della produzione e del consumo di sostanze dannose per l’ozono come i CFC. Oggi, lo spessore dello strato d’ozono globale è ancora inferiore ai livelli preindustriali (di circa il 2%), ma si prevede che un recupero completo potrebbe avvenire già intorno al 2066. A patto che non iniziamo a lanciare centinaia frigoriferi al freon direttamente nella stratosfera.

Emissioni che fingiamo di non vedere: i lanci spaziali

L’esplorazione spaziale è forse la più affascinante, tra le imprese umane. Eppure, potrebbe presto trasformarsi in una minaccia globale. Lo stesso Guterres, nel rapporto Our Common Agenda, del 2021, aveva lanciato l’allarme:

“L’aumento della congestione e della concorrenza nello spazio extra-atmosferico potrebbe metterne a rischio l’accesso e l’utilizzo da parte delle generazioni successive”,

osservava Guterres nel report.

Al netto dell’affollamento delle orbite basse, a cui in un certo senso è già riconosciuto lo status di minaccia, una corsa allo spazio guidata dalle ambizioni di soggetti privati può facilmente trasformarsi in una calamità “silenziosa”, un po’ come avvenne coi frigoriferi al freon o con la benzina al piombo.

I lanci spaziali hanno un loro impatto. Lasciamo da parte il fatto che carenature e secondi stadi continuino a orbitare intorno alla Terra per anni, e non consideriamo i costi ambientali di costellazioni per le telecomunicazioni che contano migliaia di satelliti in orbita. Resta che per inviare un carico qualsiasi in orbita o oltre serve una grossa spinta, che al momento riusciamo ad ottenere soltanto con enormi razzi che bruciano centinaia di tonnellate di propellente in pochi minuti (per farsi un’idea, il Falcon 9 di SpaceX può bruciare oltre 300 tonnellate di kerosene RP-1 nei primi 10 minuti del lancio).

Nel 2024 ci sono stati oltre 250 lanci orbitali. Soltanto 5 anni prima, erano stati meno di 100. L’entusiasmo che accompagna l’assalto al cielo della New Space Economy, però, sembra sottrarsi a ogni tentativo di regolamentazione. Questo potrebbe avere un effetto immediato sull’atmosfera terrestre, in particolare sullo schermo invisibile che ci protegge dai raggi UV, poiché i razzi emettono buona parte dei composti inquinanti proprio nella stratosfera, tra i 15 e i 50 km di altitudine, dove si trova lo strato d’ozono.

L’impatto dei lanci spaziali sullo strato d’ozono

La ricerca sugli effetti delle emissioni dei razzi sullo strato d’ozono è iniziata oltre 30 anni fa, ma allora l’intensità delle attività spaziali non era tale da preoccupare seriamente gli scienziati. Oggi, però, lanciamo dalla Terra quasi un razzo ogni giorno. Vogliamo colonizzare la Luna, trivellare asteroidi, lanciare ancora migliaia di satelliti in orbita bassa e occupare le orbite e altri punti strategici prima degli altri, fino a spingerci su Marte. Questa corsa non può e non deve essere fermata.

Gli scienziati, però, hanno scoperto che le emissioni dei razzi possono modificare la composizione chimica dell’atmosfera e rallentare notevolmente il recupero dello strato d’ozono, un obiettivo che potrebbe allontanarsi anche di decenni.

Uno studio recentemente pubblicato su npj Climate and Atmospheric Science è riuscito a quantificare l’impatto dei lanci spaziali sull’ozono utilizzando un modello chimico-climatico sviluppato presso l’ETH di Zurigo e l’Osservatorio Meteorologico Fisico di Davos (PMOD/WRC). Come si legge nella ricerca,

“Ipotizzando uno scenario di crescita con 2040 lanci annuali nel 2030 – circa otto volte la cifra del 2024 – lo spessore medio globale dell’ozono diminuirebbe di quasi lo 0,3%, con riduzioni stagionali fino al 4% in Antartide, dove il buco dell’ozono si forma ancora ogni primavera”.

Il potenziale impatto delle emissioni sulla chimica della stratosfera è particolarmente preoccupante: nell’atmosfera media e superiore, spiegano i ricercatori, le emissioni possono persistere fino a 100 volte più a lungo di quanto avvenga vicino alla Terra. Oltre una certa altitudine, non ci sono piogge a lavare via gli inquinanti.

La grande questione dei propellenti per razzi

Il reale impatto dei lanci spaziali sullo strato d’ozono è difficile da quantificare: i costruttori raramente rivelano le quantità di carburante utilizzate durante le missioni, e le decine di razzi attualmente in uso si servono di propellenti molto diversi, che vanno dal metano alla dimetilidrazina asimmetrica (UDMH), un composto estremamente tossico che gli ingeneri sovietici chiamavano “lo sterco del demonio”.

Alcuni propellenti sono molto più dannosi di altri: i principali fattori che contribuiscono all’assottigliamento dell’ozono, spiegano i ricercatori, sono i composti del cloro e le particelle di black carbon, o fuliggine; il cloro distrugge cataliticamente le molecole di ozono, mentre le particelle di fuliggine riscaldano l’atmosfera, accelerando le reazioni chimiche che riducono lo strato di ozono.

La maggior parte dei propellenti per razzi emette black carbon. Le emissioni di cloro, però, provengono essenzialmente dai motori a propellente solido, come quelli del Lunga Marcia 11 cinese e quelli dei booster del’Atlas 5 di ULA, dell’SLS e di Ariane 6. Gli unici sistemi di propulsione che hanno un effetto trascurabile sullo strato d’ozono sono quelli che utilizzano propellenti criogenici come ossigeno e idrogeno liquidi (LOx/LH2). Attualmente, però, i razzi di questo tipo coprono appena il 6% dei lanci spaziali. Probabilmente il metano liquido (o methalox) avrà maggiore successo, perché sviluppa più energia e permette un turnaround dei motori molto più veloce.

Il rientro delle grandi costellazioni satellitari

Come spiega Sandro Vattioni, tra gli autori dello studio, la ricerca ha considerato soltanto le emissioni prodotte dai razzi durante la fase di ascesa, ma questo è solo un aspetto del quadro generale. C’è infatti da considerare la questione, decisamente ingombrante, del rientro dei satelliti giunti a fine vita. La maggior parte dei satelliti in orbita è destinato a rientrare nell’atmosfera nel giro di pochi anni, vaporizzandosi.

Questo processo, chiamato ablazione, genera ulteriori inquinanti, tra cui particelle metalliche, soprattutto di alluminio, e ossidi di azoto – che possono contribuire notevolmente alla riduzione dell’ozono: secondo uno studio del 2024, soltanto nel 2022 la vaporizzazione di questi oggetti ha rilasciato nell’atmosfera 32 tonnellate di ossido di alluminio.

Come spiega Vattioni, gli effetti del rientro dei satelliti sono ancora poco compresi e la maggior parte dei modelli atmosferici non li considera:

“Dal nostro punto di vista, è chiaro che con l’aumento delle costellazioni satellitari le emissioni di rientro diventeranno più frequenti e l’impatto totale sullo strato di ozono sarà probabilmente persino superiore alle stime attuali. La scienza è chiamata a colmare queste lacune nella nostra comprensione”.

Ancora una volta, la difesa dello strato d’ozono richiede lo sforzo coordinato di scienziati, decisori politici e industria. Come abbiamo gradualmente eliminato lacche e refrigeranti a base di CFC, così dovremmo fare con i propellenti che producono cloro e black carbon.

Un’industria di lancio che non danneggi l’ozono è del tutto possibile. Ma richiederebbe uno sforzo del tutto simile a quello del 1987, uno sforzo che potrebbe comportare rallentamenti, investimenti a lunghissimo termine e margini di profitto molto ridotti. A beneficio di tutta l’umanità.

Ecco tre approfondimenti che potrebbero interessarti:

Space4Ocean Alliance, lo spazio al servizio degli oceani
Tra geopolitica e aerospazio: il nuovo orizzonte del potere globale
Taglio delle emissioni e giustizia climatica: i calcoli erano sbagliati