Data di pubblicazione: 13 maggio 2024
Autrici: Amanda McGrath, Alexandra Jonker
La cattura e sequestro del carbonio (CCS) è il processo di cattura e sequestro delle emissioni di anidride carbonica (CO2) prima che entrino nell'atmosfera terrestre. L'obiettivo del CCS è mitigare il cambiamento climatico, impedendo che grandi quantità di emissioni di gas serra contribuiscano al surriscaldamento globale e alle perturbazioni ambientali.
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, tipicamente sotto terra, dove viene stoccata 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 fonti puntuali di grandi dimensioni, come vasti impianti industriali, strutture di trattamento del gas naturale, raffinerie e centrali elettriche, che sono i candidati ideali per i progetti CCS. Nel 2022, 46 milioni di tonnellate di anidride carbonica a livello globale sono state catturate e sequestrate. 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 le emissioni zero e 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 catturato e immagazzinato. Questo metodo è più efficiente della cattura post-combustione ma richiede una configurazione più complessa e costosa.
- Ossicombustioni: 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, generalmente tramite oleodotti, attraverso la stessa tecnologia utilizzata per trasportare il gas naturale e il petrolio su lunghe distanze. Anche le navi cargo o i camion possono essere utilizzati per distanze più brevi o se il terreno è particolarmente difficile.
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 come includere giacimenti petroliferi o serbatoi di gas esauriti, giacimenti di carbone inaccessibili o falde acquifere saline. Le formazioni geologiche profonde sono finora il metodo più comune per lo stoccaggio del carbonio.
- Stoccaggio oceanico: questo metodo prevede l'iniezione di 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 ciò fornisca una soluzione permanente per lo stoccaggio di CO2, attualmente è molto costosa e ad elevata intensità energetica.
- Sequestro biologico: comporta la cattura e lo stoccaggio della CO2 con mezzi naturali, come le piante che assorbono CO2 crescendo e la sequestrano nei loro tessuti e nel suolo. Le strategie a base biologica includono tecniche di riforestazione e coltivazione dell'anidride carbonica 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), una tecnica grazie alla quale 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 rischiano di lasciarsi alle spalle una grande quantità di petrolio, mentre i progetti EOR rendono l'estrazione più efficiente. E poiché è invece la CO2 ad essere lasciata indietro, 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 addirittura comportare 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 fonte puntuale come una centrale elettrica. Le strategie di cattura diretta dell'aria (DAC) possono portare addirittura a emissioni negative, poiché 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 vicino giacimento petrolifero. 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 delle 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 si preveda che i costi diminuiranno con la maturazione della tecnologia CCS, rimangono ancora un ostacolo significativo alla diffusione diffusa. 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 dalla geografia, 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 per la stabilità a lungo termine dei siti di stoccaggio permanente e il potenziale di perdite. Sebbene il rischio sia considerato basso, qualsiasi fuoriuscita potrebbe compromettere l'efficacia della CCS nella riduzione delle emissioni e nella mitigazione dei cambiamenti climatici. 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.
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Note a piè di pagina
1 "Carbon capture. Use, transport and storage" (link esterno a ibm.com), Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), giugno 2023.