Róisín Commane investiga le fughe di gas serra per combattere il cambiamento climatico.

New York ha un problema di contabilizzazione delle emissioni di gas serra. Lo Stato tiene traccia in modo generale delle sue fonti di inquinamento atmosferico, dalla produzione di energia al trasporto fino alla gestione dei rifiuti, ma i dati non corrispondono sempre a ciò che si trova effettivamente nell'aria. Ad esempio, la quantità di metano sopra New York City è sorprendentemente più elevata del previsto.

Questo è un mistero che Róisín Commane sta cercando di risolvere. Parte ragioniere, parte investigatore, la chimico atmosferico dell'Università di Columbia ispeziona la città dal marciapiede al tetto alla ricerca di fonti di gas serra non identificate o catalogate in modo errato e utilizza queste informazioni per migliorare la nostra comprensione delle emissioni antropogeniche della città.

Ci sono due strategie principali per quantificare le emissioni. I modelli ascendenti calcolano l'inquinamento totale da singole fonti utilizzando valori rappresentativi per ogni tipo di emissione. I modelli discendenti descrivono l'inquinamento totale che attraversa un'area utilizzando misurazioni effettuate direttamente dai sensori delle torri o dagli aerei.

La sfida è conciliare i due, afferma Commane. "Questi modelli possono essere modificati per assicurarsi che rappresentino l'atmosfera come la comprendiamo ora".

È un lavoro importante. Le aree urbane rappresentano circa il 70% delle emissioni di anidride carbonica del mondo e, tra le città degli Stati Uniti, New York City è la principale fonte di emissioni di gas serra legate all'attività umana.

Una migliore contabilizzazione delle emissioni di gas serra potrebbe aiutare New York a raggiungere il suo obiettivo di diventare neutrale dal punto di vista delle emissioni di carbonio entro il 2050 e valutare l'efficacia dei suoi sforzi di riduzione, afferma Commane. "Abbiamo tutti grandi intenzioni, ma se possiamo dimostrare che si stanno riducendo le emissioni, questo è qualcosa di molto più concreto".

E le scoperte a New York City potrebbero informare sforzi simili altrove, soprattutto nei luoghi con infrastrutture di gas naturale simili.

Commane paragona la modellazione atmosferica alla soluzione di un puzzle complicato. "Ho sempre amato giocare con i numeri", dice.

Dopo aver studiato chimica e fisica matematica al University College Dublin in Irlanda, Commane ha conseguito un dottorato in chimica atmosferica presso l'Università di Leeds in Inghilterra. Lì ha imparato a costruire strumenti che misurano i gas atmosferici, inclusi i sistemi laser.

Lo scienziato atmosferico Steven Wofsy, che ha consigliato Commane mentre era una ricercatrice associata presso l'Università di Harvard, elogia la sua capacità di "pensare ai problemi in modo olistico". È molto creativa, afferma, facendo riferimento al lavoro che ha svolto sul carbonio artico. Molti modelli esistenti si concentravano esclusivamente sulla stagione estiva di crescita, quando l'assorbimento di carbonio dalla fotosintesi è al massimo. Ma Commane ha esteso il suo esperimento includendo i mesi invernali, quando lo strato di terreno si congela finalmente e i microbi del suolo che decompongono e rilasciano materia organica come carbonio diventano dormienti.

Commane ha scoperto che, negli anni più caldi, ritardi nella glaciazione artica potrebbero portare a sufficienti emissioni di suolo da compensare l'assorbimento estivo e trasformare la tundra in una fonte netta di anidride carbonica per l'atmosfera.

Il lavoro nell'Artico è "leggermente deprimente" perché "là sopra le cose si stanno sciogliendo molto velocemente", dice Commane. "L'Artico sta soffrendo di ciò che stiamo emettendo qui sotto".

Il trasferimento all'Università di Columbia nel 2018 per avviare il proprio laboratorio ha dato a Commane l'opportunità di contribuire ad affrontare le emissioni alla fonte. Oltre allo status di New York City come principale fonte di emissioni di gas serra negli Stati Uniti, si classifica al terzo posto a livello mondiale.

Ha iniziato caratterizzando i gas serra della città, incluso anidride carbonica e metano. In collaborazione con scienziati della City University di New York, dell'Università di Stony Brook e dell'Università di Rochester, ha sviluppato una rete di monitor per campionare i gas in tutta la città e lo Stato.

Ha inoltre notato quanto fosse rigogliosa la città. New York City ospita circa 7 milioni di alberi, eppure la vegetazione viene esclusa dalla maggior parte dei modelli di contabilizzazione del carbonio della città, afferma Commane.

Commane si è chiesta se gli alberi potessero contribuire a spiegare perché le emissioni di carbonio misurate in atmosfera fossero leggermente inferiori rispetto a quanto previsto dai modelli ascendenti. Utilizzando le ultime mappe dettagliate della copertura terrestre per incorporare la vegetazione nel loro modello, lei e Dandan Wei, una postdoc nel suo laboratorio, hanno scoperto che gli alberi della città assorbivano una quantità sorprendentemente elevata di anidride carbonica durante il pomeriggio, circa il 40% delle emissioni della città in una giornata estiva.

"Quindi gli alberi sono davvero importanti", afferma Commane, e i modelli devono tenerne conto. Altrimenti, i tentativi di misurare le emissioni totali dall'attività umana nell'atmosfera tralascerebbero la parte di carbonio temporaneamente assorbita dagli alberi.

Per quanto riguarda il metano, i livelli nell'aria sopra la città sono almeno tre volte più alti rispetto a quelli previsti dai modelli ascendenti. Ma nessuno sa cosa causa questo eccesso.

To figure that out, Commane looks for methane relative to other gases, including carbon dioxide, carbon monoxide and ethane. When the sensors pick up large plumes of gas, Commane uses a technique called source attribution to determine how the plumes were produced. Wind speed and plume intensity provide information about the direction to and distance from the source.

Then it’s a matter of hopping into a car or going on foot to measure and confirm the exact location of the emissions with portable sensors, Commane says.

So far, her group has attributed a surprisingly large amount of the unaccounted-for methane to chimneys and rooftops. These are likely due to incomplete combustion of natural gas associated with building heating systems. The researchers also detected localized spikes of methane around certain equipment in now-closed landfills, which could be reduced through engineering solutions that prevent leakage. The largest signals came from older wastewater treatment plants, Commane says, but on the bright side, refurbished facilities barely produced any methane at all.

“The ground-truthing that Dr. Commane is doing is really important,” says Ellen Burkhard, a senior adviser at the New York State Energy Research and Development Authority, the state agency that funds this part of Commane’s research.

“By making these measurements in a sophisticated way, repeatedly, we can characterize the source and [how] that source may change over time,” Burkhard says. “It’s sort of the old adage: You can’t manage what you don’t measure.”

Though Commane continues to work on other projects, she finds the partnership between her lab and the energy research agency particularly rewarding because it’s so solutions-oriented. It keeps her realistic but hopeful in the fight against climate change. “If we didn’t have a way of trying to help fix things, it would feel a lot more futile,” she says. “Here, I can do something about it. And that makes a big difference, I think.”

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