Le tecnologie a emissioni negative per ridurre le concentrazioni atmosferiche. 

Per contrastare il cambiamento climatico, è essenziale diminuire velocemente le emissioni di CO2 e implementare le tecnologie a emissioni negative per ridurre le concentrazioni atmosferiche. Tra le tecnologie possibili ci sono quelle che sono in grado di rimuovere anidride carbonica dall’atmosfera.

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Argomenti trattati

Metodi sostenibili per la cattura e lo stoccaggio del carbonio

   Introduzione

   Come si cattura il carbonio?

   CARBON CAPTURE AND UTILISATION (CCU)

   CARBON CAPTURE AND STORAGE (CCS)

   I prossimi orizzonti



Introduzione

Il crescente allarme globale per i cambiamenti climatici sta catalizzando un rinnovato interesse verso soluzioni tecnologiche innovative, volte a mitigare le emissioni di gas serra in ambiti tradizionalmente resistenti alla decarbonizzazione, quali l’industria del cemento. Queste tecnologie mirano non solo a ridurre le emissioni, ma anche a ridimensionare la concentrazione di CO2 già presente nell’atmosfera. Tra le strategie più promettenti figura la tecnologia CCUS (Cattura, Utilizzo e Stoccaggio del Carbonio), un insieme di metodologie avanzate che, come suggerisce il nome, intercettano la CO2, ne facilitano l’utilizzo in vari processi o ne consentono lo stoccaggio a lungo termine, impedendo così la sua dispersione nell’atmosfera e contribuendo alla lotta contro il riscaldamento globale.

Come si cattura il carbonio?

La cattura del carbonio è un processo che preleva l'anidride carbonica (CO2) dall'atmosfera o dai gas di scarico industriali e la immagazzina in modo sicuro. La CO2 è un gas serra che contribuisce al cambiamento climatico, quindi la cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS) possono essere una tecnologia importante per ridurre le emissioni di gas serra.

Esistono tre principali tecnologie di cattura del carbonio:

Cattura post-combustione. La CO2 viene catturata dai fumi di combustione di impianti industriali o centrali elettriche. Questo è il metodo più comune di cattura del carbonio e può essere utilizzato per catturare la CO2 da una varietà di fonti.

Cattura pre-combustione. La CO2 viene catturata prima che avvenga la combustione. Questo metodo è più efficiente della cattura post-combustione, ma è anche più costoso da installare.

Cattura diretta dell'aria. La CO2 viene catturata direttamente dall'aria. Questo metodo è ancora in fase di sviluppo, ma ha il potenziale per essere una tecnologia molto efficiente.

Una volta che la CO2 è stata catturata deve essere stoccata in modo sicuro.

CARBON CAPTURE AND UTILISATION (CCU)

La Carbon Capture and Utilization (CCU) è un processo che coinvolge la cattura dell’anidride carbonica (CO2) da fonti come fabbriche e impianti di produzione e la sua conversione in prodotti utili. Invece di semplicemente stoccare la CO2, la CCU mira a sfruttarla per creare materiali, combustibili o altri composti chimici.

Esistono molteplici tecnologie che utilizzano la CO2, tra cui:

  1. Sintesi di prodotti chimici La CO2 può essere impiegata nella produzione di vari composti chimici.
  2. Sintesi di combustibili e materiali durevoli
  3. Carbonatazione di minerali. Ad esempio la calce(idrossido di calcio, Ca(OH)2) viene utilizzata in vari contesti, come nella produzione di calcestruzzo o nell’edilizia. Durante la carbonatazione, la calce riassorbe la CO2 e si trasforma in calcite (CaCO3)
  4. Coltivazione di alghe biologiche La CO2 può essere utilizzata per favorire la crescita di alghe, che a loro volta possono essere utilizzate per vari scopi.
  5. Conversione enzimatica La CO2 può essere trasformata attraverso processi enzimatici.

La tecnologia CCU è in grado di catturare le emissioni di CO2 da fonti fisse come fabbriche e impianti di produzione. Queste applicazioni creano prodotti economicamente sostenibili, rendendo la CCU una prospettiva interessante per i produttori.

 


Il metodo CCU.

Il metodo CCU. Clicca sull’immagine per ingrandire

Coltivazione di alghe

Le alghe svolgono un ruolo cruciale nell’ecosistema, producendo ossigeno e assorbendo anidride carbonica (CO2) dall’atmosfera. Questo processo, noto come fotosintesi, è fondamentale per la vita sulla Terra. Negli ultimi anni, la ricerca scientifica ha dimostrato che le alghe possono essere utilizzate anche per la cattura e il sequestro della CO2, una delle principali cause del cambiamento climatico.

Le microalghe sono considerate una seria fonte di energia rinnovabile e funzionano anche come dissipatori di CO2. Le microalghe si nutrono di una dieta a base di anidride carbonica, che può essere reperita tramite CCU. 

Esistono diversi modi per utilizzare le alghe per la cattura della CO2. Un metodo consiste nel coltivare le alghe in grandi serbatoi o fotobioreattori, dove vengono alimentate con CO2 proveniente da fonti industriali o da impianti di produzione di energia. Le alghe crescono quindi rapidamente, assorbendo la CO2 e producendo biomassa.

Un altro metodo consiste nel coltivare le alghe in ambienti naturali, come paludi o laghi. In questo caso, le alghe assorbono la CO2 dall'atmosfera e la rilasciano nell'acqua, dove viene poi sequestrata dal suolo o dagli sedimenti.

La cattura della CO2 mediante alghe presenta diversi vantaggi rispetto ad altre tecnologie. Innanzitutto, è un processo naturale e sostenibile, che non richiede l'utilizzo di energia o di sostanze chimiche. In secondo luogo, le alghe possono essere utilizzate per produrre biomassa, che può essere utilizzata per produrre combustibili, bioplastiche o altri prodotti.

Tuttavia, la cattura della CO2 mediante alghe presenta anche alcuni limiti. Innanzitutto, il costo della coltivazione delle alghe è ancora relativamente elevato. In secondo luogo, la quantità di CO2 che può essere assorbita dalle alghe è limitata dalla quantità di luce disponibile.

Il biocarburante utilizza all'incirca 1,8 tonnellate di carbonio per ogni tonnellata di alghe secche prodotte. Tuttavia, poiché le microalghe sono un biocarburante, il suo utilizzo porta alla fine al rilascio di carbonio. 

Nonostante questi limiti, la cattura della CO2 mediante alghe è una tecnologia promettente che potrebbe contribuire a ridurre le emissioni di gas serra e a mitigare il cambiamento climatico.

Alcune aziende e istituzioni stanno già investendo nella ricerca e sviluppo di tecnologie per la cattura della CO2 mediante alghe. Ad esempio, la società Eni sta sviluppando un sistema per la coltivazione di microalghe in fotobioreattori, in grado di assorbire fino a 100 tonnellate di CO2 all'anno.

Sintesi Chimica

La sintesi chimica sfrutta la CO2 come materia prima per produrre composti utili, contribuendo alla lotta contro il cambiamento climatico. Attraverso reazioni chimiche, la CO2 viene trasformata in prodotti come policarbonati, urea e acido acetico. Questo non solo riduce la quantità di CO2 nell’atmosfera ma crea anche materiali che possono sostituire quelli derivati da fonti fossili, promuovendo un’economia più sostenibile.

Mineralizzazione del carbonio

I carbonati si formano quando l'anidride carbonica viene fatta reagire con minerali come l'ossido di magnesio e l'ossido di calcio. Questi carbonati possono quindi essere utilizzati nel settore edile. 

Recupero avanzato del petrolio (EOR)

Questo metodo viene utilizzato per estrarre petrolio da giacimenti petroliferi che non possono essere estratti con altri metodi.  La CO2 liquida o gassosa viene utilizzata in una forma ad alta pressione, dove si mescola con l'olio, lo fa gonfiare e salire. 

CARBON CAPTURE AND STORAGE (CCS)

 Le tecnologie CCS catturano la CO2 dai gas di scarico di processi industriali e la confinano in un sito geologico per uno stoccaggio di lungo periodo.


Il metodo CCS.

Il metodo CCS. Clicca sull’immagine per ingrandire

La CO2 catturata può essere immagazzinata geologicamente in modo permanente o su scale temporali geologiche, in falde acquifere saline, giacimenti di petrolio e/o gas o in giacimenti di carbone di difficile sfruttamento.

La cattura diretta dell'aria (DAC)

L’aria dell’atmosfera viene risucchiata, grazie ad alcune ventole, in un ambiente controllato dove le molecole di anidride carbonica vengono “catturate” da un apposito filtro; l’aria precedentemente risucchiata, ora priva di CO2, viene reimmessa nell’atmosfera, mentre l’anidride carbonica presente nel filtro viene depurata e immagazzinata; potrà poi essere utilizzata per produrre metano o per altri scopi.

In Svizzera, per esempio, l’anidride carbonica raccolta viene utilizzata come fertilizzante per piante; in Islanda viene utilizzata in una centrale geotermica, mentre in Italia viene combinata con altri gas per produrre metano da utilizzare come combustibile per veicoli o per sistemi di accumulo.

E’ stata annunciata la costruzione di un impianto di cattura diretta dell’aria (Dac) è una variante della cattura e stoccaggio del carbonio (Ccs), chiamato Mammoth. Questo impianto si trova a Hellisheiði, non lontano dalla capitale islandese Reykjavík. Una volta completato sarà in grado di sequestrare fino a 36mila tonnellate di CO2 all’anno. La società punta a far funzionare l’impianto a pieno regime entro la fine del 2024.

Enormi “ventilatori” aspirano l’aria nei collettori e la fanno passare attraverso un materiale filtrante solido per separare l’anidride carbonica. Successivamente la CO2 così intercettata viene fatta reagire con roccia basaltica intrappolando il gas in forma solida sotto terra in maniera permanente. Il sistema è alimentato da energia rinnovabile elettrica e termica generata da una vicina centrale geotermica.

BECCS – Bioenergy with carbon capture and storage

La bioenergia con cattura e sequestro dell’anidride carbonica è il processo che impiega la biomassa come fonte di energia e cattura e stocca in modo permanente la CO2 prodotta durante la conversione della biomassa in energia. 


Il metodo BECCS.

Il metodo BECCS. Clicca sull’immagine per ingrandire

Attraverso la cattura diretta dell'aria (DAC) o la bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS), CCUS può effettivamente ridurre le concentrazioni di CO2 nell'atmosfera, "emissioni negative", come viene chiamata. In alcuni casi, tale CO2 può essere utilizzata per creare prodotti che vanno dal cemento ai combustibili sintetici.

Tuttavia su scala commerciale i progetti devono diventare economicamente sostenibili. 

Non ci sarà uno sviluppo del CCUS se non vengono soddisfatte tre condizioni importanti: (1) devono diminuire i costi di cattura, (2) i quadri normativi devono incentivare il metodo CCUS e (3) la tecnologia e l'innovazione devono rendere la CO2 una materia prima preziosa per prodotti esistenti o nuovi. 

I prossimi orizzonti

Una serie di tecnologie, alcune che utilizzano membrane, altre che utilizzano solventi, possono eseguire la fase di cattura del processo. Una volta catturata, la CO2 concentrata può essere trasportata (in modo più economico tramite tubazioni) in luoghi dove può essere utilizzata come input, ad esempio polimerizzata nel calcestruzzo o come materia prima per produrre carburante sintetico per jet, o semplicemente immagazzinata nel sottosuolo.

Fibra di carbonio. La fibra di carbonio super resistente e superleggera viene utilizzata per realizzare prodotti dalle ali degli aeroplani alle pale delle turbine eoliche e il suo mercato è in piena espansione. Il prezzo del componente carbonio è alto ($ 20.000 a tonnellata), quindi i produttori vorrebbero avere un sostituto più economico derivato dalla CO2. Inoltre, il volume di CO2 utilizzato potrebbe diventare significativo se la fibra di carbonio economicamente vantaggiosa potesse essere ampiamente utilizzata per rinforzare i materiali da costruzione. 

Produzione di plastica. La CO2 potrebbe sostituire le materie prime basate sui combustibili fossili nella produzione di plastica. L’idea ha attirato grande interesse da parte dei consumatori attenti all'ambiente ha attirato l'attenzione delle principali aziende chimiche, che stanno testando una gamma di plastiche a base di CO2 per un uso diffuso. Il poliuretano verde, utilizzato in prodotti come tessuti, pavimenti per centri sportivi e materassi, è nelle prime fasi del lancio commerciale. Conservare il carbonio nella plastica verde lo sequestrerebbe indefinitamente. 

Biochar. Le fattorie producono enormi quantità di rifiuti di biomassa. Quando questo viene riscaldato in un ambiente povero di ossigeno, crea quello che viene chiamato "biochar", un fertilizzante del suolo simile al carbone che oggi viene utilizzato da un numero modesto di piccoli agricoltori e giardinieri, principalmente negli Stati Uniti. La produzione di biochar cattura il 50% della CO2 che altrimenti sfuggirebbe durante la decomposizione dei rifiuti e ne trattiene la maggior parte per un massimo di 100 anni. 

 

Krysta Biniek, Kimberly Henderson , Matt Rogers e Gregory Santoni, Driving CO2 emissions to zero (and beyond) with carbon capture, use, and storage, McKinsey Quarterly

QualeEnergia, Cattura CO2, acceso in Islanda il più grande impianto di cattura diretta dell’aria al mondo

 

 



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