Che cos'è la cattura e sequestro del carbonio (CCS)?

Il processo di CCS prevede la raccolta della CO₂ proveniente da operazioni industriali, centrali elettriche e altre fonti e il suo trasporto in un sito, solitamente sotterraneo, dove viene conservata in modo permanente. Il processo di CCS viene talvolta chiamato cattura, utilizzo e sequestro del carbonio (CCUS), in riferimento al fatto che l'anidride carbonica sequestrata a volte può essere utilizzata come prodotto per facilitare altri processi industriali.

Ridurre la quantità di gas serra nell'atmosfera è fondamentale per rallentare il cambiamento climatico. La transizione verso fonti energetiche rinnovabili è una parte importantissima del raggiungimento di questo obiettivo. Tuttavia, i combustibili fossili rimarranno parte del mix energetico globale ancora per qualche tempo a causa della loro prevalenza e delle sfide legate al passaggio a opzioni più sostenibili. La CCS consente comunque un uso più pulito di questi combustibili fossili riducendo la quantità di CO₂ che rilasciano.

Le principali concentrazioni di emissioni di CO₂ provengono da grandi fonti specifiche, come vasti impianti industriali, impianti per il trattamento del gas naturale, raffinerie e centrali elettriche, che sono i candidati ideali per i progetti di CCS. Nel 2022, sono state catturate e sequestrate 46 milioni di tonnellate di anidride carbonica a livello globale. Entro il 2030, si prevede che tali progetti cattureranno e sequestreranno 254 milioni di tonnellate di anidride carbonica all'anno in tutto il mondo.¹ Man mano che sempre più paesi e aziende cercano di raggiungere il net zero e di investire in strategie per l'energia pulita, cresce l'interesse per i progetti CCS e la tecnologia di cattura del carbonio.

La CCS è un processo in tre fasi che prevede la cattura, il trasporto e lo stoccaggio dell'anidride carbonica (CO2).

Esistono tre tipi principali di cattura della CO₂: post-combustione, pre-combustione e ossicombustione. Ogni metodo ha i suoi vantaggi e le sue sfide. La scelta dipende da fattori quali il tipo di centrale elettrica o di impianto industriale, le caratteristiche specifiche del combustibile fossile utilizzato e considerazioni economiche generali.

• Post-combustione: il tipo più comune di cattura della CO₂ è la cattura post-combustione, che cattura la CO₂ dopo che i combustibili fossili sono stati bruciati e convertiti in elettricità o calore. I gas di combustione risultanti vengono separati in un flusso concentrato di CO₂ utilizzando un solvente, per poi essere compressi e trasportati per lo stoccaggio. Questo metodo viene spesso utilizzato durante l'aggiornamento delle centrali elettriche esistenti.
• Pre-combustione: la pre-combustione comporta la rimozione della CO₂ prima che il combustibile fossile venga bruciato. Il combustibile fossile viene parzialmente ossidato prima della combustione, producendo una miscela di idrogeno e monossido di carbonio. Viene quindi aggiunta acqua per convertire il monossido di carbonio in CO₂, che può essere catturata e immagazzinata. Questo metodo è più efficiente della cattura post-combustione ma richiede una configurazione più complessa e costosa.
• Ossicombustione: questo metodo prevede la combustione di combustibili fossili in ossigeno puro anziché in aria per produrre un gas di combustione composto principalmente da CO₂ e acqua. Dopo che il vapore acqueo si è condensato, rimane CO₂ quasi pura che può essere compressa e trasportata. Questo tipo di tecnologia CCS è ancora nelle prime fasi di sviluppo e non è ancora in uso su larga scala.

Una volta catturata, la CO₂ viene trasportata in un sito di stoccaggio. Questo avviene in genere utilizzando gli oleodotti, attraverso la stessa tecnologia utilizzata per trasportare il gas naturale e il petrolio su lunghe distanze. Per distanze più brevi o in presenza di terreni difficili, possono essere utilizzate anche navi o camion.

Lo stoccaggio del carbonio, noto anche come sequestro del carbonio, consiste nell'immagazzinare la CO₂ in modo permanente e a lungo termine per prevenirne il rilascio nell'atmosfera. Esistono diversi tipi di stoccaggio del carbonio:

• Stoccaggio geologico: si tratta di iniettare la CO₂ in profondità nel sottosuolo all'interno di formazioni geologiche. Queste possono includere giacimenti petroliferi o serbatoi di gas esauriti, giacimenti di carbone inaccessibili o falde acquifere saline. Le formazioni geologiche profonde sono attualmente il metodo più comune per lo stoccaggio del carbonio.
• Stoccaggio oceanico: questo metodo prevede l'iniezione della CO₂ direttamente nell'oceano a grandi profondità. Lì si dissolve o forma composti stabili. Tuttavia, questo metodo solleva diverse preoccupazioni ambientali a causa del suo potenziale impatto sugli ecosistemi marini e attualmente non è considerato un'opzione praticabile.
• Carbonatazione minerale: in questo processo, la CO₂ reagisce con alcuni tipi di formazioni rocciose porose per formare minerali stabili. Queste reazioni avvengono naturalmente nel corso di migliaia di anni, ma possono essere accelerate con i processi industriali. Sebbene questo processo fornisca una soluzione permanente per lo stoccaggio di CO₂, attualmente è molto costoso e richiede una grande quantità di energia.
• Sequestro biologico: comporta la cattura e lo stoccaggio della CO₂ con mezzi naturali, come le piante che, crescendo, assorbono la CO₂ e la sequestrano nei loro tessuti e nel suolo. Le strategie basate su metodi biologici includono tecniche di riforestazione e di carbon farming che massimizzano lo stoccaggio e riducono al minimo le emissioni.

La CO₂ catturata e immagazzinata può essere lasciata in modo permanente nel sito di stoccaggio o utilizzata in altri processi industriali. Il modo più comune di utilizzare l'anidride carbonica immagazzinata è l'Enhanced Oil Recovery (EOR). Con questa tecnica, la CO₂ catturata viene iniettata in un giacimento petrolifero per aumentare la quantità di greggio che può essere estratta.

I metodi tipici di estrazione del petrolio possono lasciare una grande quantità di petrolio residuo, mentre i progetti EOR rendono l'estrazione più efficiente. E poiché la CO₂ viene lasciata nel sottosuolo, questa tecnica offre anche il vantaggio di un’opzione di stoccaggio a lungo termine.

Sebbene presenti numerosi vantaggi, l'EOR rende più facile continuare a utilizzare combustibili fossili per generare energia. Per questo motivo, è visto come parte di una strategia più ampia volta a favorire la transizione verso fonti di energia rinnovabili e la riduzione delle emissioni, piuttosto che una soluzione completa.

I metodi di cattura dell'anidride carbonica descritti in precedenza sono in genere utilizzati per fonti puntuali di grandi dimensioni, come centrali elettriche o impianti industriali e catturano le emissioni di anirdide carbonica di nuova creazione prima che vengano rilasciate nell'atmosfera. Ma ci sono altri approcci alla cattura della CO2 che possono aiutare ad affrontare le emissioni di carbonio già presenti nell'atmosfera, noti come rimozione dell'anidride carbonica (CDR). Esistono due metodi comuni di CDR:

• La bioenergia con cattura e sequestro dell'anidride carbonica (BECCS) è una strategia che utilizza la bioenergia come fonte di energia al posto dei combustibili fossili. La biomassa assorbe CO₂ dall'atmosfera durante la sua crescita. Quando viene bruciata per produrre energia come biocombustibile, le emissioni di CO₂ vengono catturate e immagazzinate. Ciò rende la BECCS una potenziale tecnologia a "emissioni negative", in quanto potrebbe persino consentire una rimozione netta di CO₂ dall'atmosfera.
• La DACCS (Direct Air Carbon Capture and Storage) si concentra sulla cattura della CO₂ direttamente dall'aria, piuttosto che da una singola fonte specifica come una centrale elettrica. Le strategie di cattura diretta dell'aria (DAC) possono portare persino a emissioni negative, perché lavorano per rimuovere la CO₂ già presente nell'atmosfera.

L'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) delle Nazioni Unite e l'International Energy Agency (AIE) hanno entrambi riferito che la CCS è una parte fondamentale delle loro strategie per raggiungere gli obiettivi globali di emissioni zero entro il 2050. Paesi e regioni diversi si stanno avvicinando al CCS a modo loro. Ecco alcuni esempi:

Gli Stati Uniti hanno circa 10 impianti CCS su larga scala in funzione, tra cui il progetto Petra Nova in Texas. Essendo il più grande progetto di cattura del carbonio post-combustione al mondo, cattura oltre 1 milione di tonnellate di CO₂ all'anno da una centrale elettrica a carbone e la utilizza per l'EOR in un giacimento petrolifero vicino. Il governo fornisce incentivi finanziari per la CCS attraverso il credito d'imposta 45Q, che offre un credito per ogni tonnellata metrica di CO₂ catturata o immagazzinata.

Il Canada è sede di diversi importanti progetti CCS, tra cui il giacimento di Weyburn-Midale, operativo dal 2000, che immagazzina circa 2 milioni di tonnellate di CO₂ all'anno. Il governo canadese sostiene la CCS attraverso finanziamenti per la ricerca e lo sviluppo e misure normative che ne incoraggiano l'uso nelle operazioni sulle sabbie bituminose.

La Norvegia è un pioniere nella CCS. Lo Sleipner Field nel Mare del Nord, uno dei progetti di CCS più longevi, cattura e immagazzina CO₂ dal 1996. La CO₂ viene separata dal gas naturale estratto dal giacimento e quindi iniettata nelle formazioni saline sotterranee. Il governo del paese fornisce finanziamenti per questi progetti, considerando la CCS come uno strumento chiave per raggiungere i suoi obiettivi climatici.

In qualità di maggiore emettitore di CO₂ al mondo, la Cina considera la CCS una parte essenziale della sua strategia di riduzione delle emissioni. Ha all'attivo diversi progetti pilota CCS e sta investendo molto in ricerca e sviluppo. Tuttavia, la diffusione su larga scala della CCS in Cina è ancora limitata.

L'Unione Europea (UE) sostiene la CCS attraverso il suo sistema di scambio di quote di emissione, che può rendere la CCS finanziariamente attraente fissando un prezzo per le emissioni di carbonio. Tuttavia, i progressi in materia di CCS sono stati lenti in Europa, e i progetti operativi sono pochi.

Nonostante il suo potenziale, la CCS deve affrontare diverse sfide. I costi di cattura, trasporto e stoccaggio della CO2 possono essere elevati e la tecnologia di cattura del carbonio è ancora in varie fasi di sviluppo. Sebbene i costi siano destinati a diminuire con il progresso della tecnologia CCS, essi restano una barriera significativa alla sua diffusione su larga scala. La CCS richiede anche una notevole quantità di energia, che può aumentare le emissioni complessive di una centrale elettrica o di un impianto industriale se non gestita correttamente. Questo è noto come la "penalità energetica" della CCS.

L'espansione della CCS è limitata anche da fattori geografici, in quanto non tutte le regioni dispongono di siti adatti per lo stoccaggio della CO₂ e la possibilità di crearne di nuovi è limitata. Ci sono anche preoccupazioni riguardo alla stabilità a lungo termine dei siti di stoccaggio permanente e al rischio di perdite. Sebbene il rischio sia considerato basso, qualsiasi fuoriuscita potrebbe compromettere l'efficacia della CCS nella riduzione delle emissioni e nella mitigazione del cambiamento climatico. Tuttavia, con l'evoluzione delle tecnologie energetiche e l'aumento dell'efficienza dei progetti, si prevede che la CCS diventerà un metodo importante per la gestione delle emissioni di carbonio dei principali produttori.