Cattura e stoccaggio del carbonio, come funziona?

Lo sviluppo delle energie rinnovabili e l'efficienza energetica sono due pilastri essenziali degli sforzi per mitigare il cambiamento climatico.

Ma, vista l'entità della riduzione delle emissioni da raggiungere, gli esperti dell'Agenzia internazionale per l'energia(AHIA) e IPCC considerare che l'uso di tecnologie di cattura, stoccaggio e recupero della CO₂ è essenziale per raggiungere l'obiettivo della carbon neutrality.

Il processo di acquisizione della CO DMX₂, il frutto di un decennio di ricerca nei laboratori dell'IFP Énergies nouvelles, viene ora dimostrato nel sito di Arcelor Mittal a Dunkerque, un gigante dell'acciaio che emette oltre 11 milioni di tonnellate di CO₂ Chaque année.

CO₂ catturati potrebbero essere trasportati e poi immagazzinati nel Mare del Nord, ad esempio sul sito del progetto norvegese Northern Lights, che ha firmato anche lo scorso agosto il suo primo accordo commerciale per il trasporto e lo stoccaggio di CO₂, questa volta catturato su un impianto di ammoniaca e fertilizzanti nei Paesi Bassi.

L'obiettivo di catturare, immagazzinare o recuperare anidride carbonica (meglio conosciuta con gli acronimi CCS o CCU per cattura e stoccaggio del carbonio ou cattura e utilizzo del carbonio) serve a decarbonizzare l'industria: si tratta di un insieme di tecnologie per la cattura e lo stoccaggio e/o l'utilizzo di CO₂ piuttosto che lasciarlo scappare nell'atmosfera. In effetti, l'industria pesante è la fonte di quasi il 20% delle emissioni globali di COXNUMX.₂ Oggi. In Francia, la Strategia nazionale a basse emissioni di carbonio (SNBC) stabilisce a riduzione delle emissioni industriali dell'80% entro il 2050 rispetto al 2015.

Nello scenario dello "sviluppo sostenibile" dell'IEA, queste tecnologie catturano contribuirebbe del 15% alla riduzione cumulativa delle emissioni di CO₂ nel 2070.

Come ? Separando il CO₂ fumi industriali, per immagazzinarlo in formazioni geologiche sotterranee profonde e quindi isolarlo dall'atmosfera, o per utilizzarlo come risorsa nella produzione di biocarburanti o fertilizzanti, ad esempio.

Attualmente sono in funzione una trentina di impianti di grandi dimensioni in tutto il mondo per decarbonizzare la produzione di elettricità (centrale a carbone, centrale a gas) e l'industria (acciaio, cemento, prodotti chimici) e da 35 a 40 milioni di tonnellate sono catturato e immagazzinato annualmente, rispetto ai 34 miliardi di tonnellate di CO₂ che sono stati emessi nel 2020. Si stima che ci vorrebbe catturare e archiviare 50, o anche 100, volte di più entro il 2035 per raggiungere gli obiettivi di neutralità del carbonio, che richiede lo spiegamento di CCUS su larga scala, in Europa e nel mondo. Data l'attuale maturità delle tecnologie, ciò è possibile entro il 2030.

Primo passo della catena: catturare

Le tecnologie di cattura sono operative da decenni, in particolare per alcune applicazioni come le centrali termiche, ma sono ancora costose. Di processi nuovi, a minor consumo energetico e più efficienti vengono così testati all'interno dei primi manifestanti come quello di Dunkerque. Oggi si tratta anche di integrare questi processi in un settore dedicato.

Esistono tre famiglie principali di processi. La prima cattura, “post-combustione”, consiste nell'estrarre la CO₂ fumi industriali dalla combustione di risorse fossili (legno, gas naturale, petrolio e carbone) utilizzando un solvente che ha a affinità per le molecole di CO₂. Posizionata a valle dei processi industriali, questa tecnologia può essere implementata su impianti preesistenti e applicata al trattamento dei fumi di vari settori. Se la la velocità di cattura supera il 90% della CO₂ emessa, è comunque accompagnata da un'elevata "penalità energetica" richiesta durante la separazione del CO₂ solvente, che comporta un costo di implementazione elevato, ovvero tra 10 e 100 euro per tonnellata di CO₂ evitato (e quindi non rilasciato).

La seconda famiglia, detta cattura di “ossicombustione”, consiste nell'effettuare la combustione in presenza di ossigeno (quasi) puro, anziché in aria. Il gas di combustione così prodotto è costituito quasi esclusivamente da vapore acqueo e CO₂. È quindi molto più semplice estrarre la CO₂ rispetto a quando diluito in azoto dall'aria. Questa tecnologia presenta quindi una minore penalizzazione energetica ma richiede un retrofit della camera di combustione. È quindi previsto per alcune applicazioni, come cementifici, e per nuove unità di conversione di biomasse e combustibili fossili.

Infine, la terza famiglia, detta cattura di “precombustione”, consiste nell'estrazione di CO₂ a monte della combustione trasformando il combustibile iniziale in un “syngas”: si tratta di gassificare il combustibile per ottenere una miscela di CO + H₂0, quindi effettuare una trasformazione chimica per ottenere una miscela CO₂ + H₂ e infine per estrarre CO₂ dal solvente. L'implementazione di questo processo deve essere integrata a monte, al momento della costruzione dell'unità industriale.

Questo processo cattura CO₂ a livello di impianti industriali, ma anche di rimuovere la CO₂ presente nell'atmosfera come nel sito di Orca in Islanda (che dovrebbe catturare circa 4000 tonnellate all'anno).

Come trasportare la CO₂ e conservarla?

Più in basso nella catena, CO₂ viene trasportato allo stesso modo del gas naturale, tramite gasdotto, treno o nave, a seconda della quantità di CO₂ al trasporto e alla distanza. Le infrastrutture di trasporto e stoccaggio quindi non pongono particolari problemi tecnici, ma devono esserlo assicurarne e garantirne la manutenzione, come richiesto da qualsiasi attrezzatura industriale.

Poi il CO₂ catturato viene immagazzinato in vecchi depositi di idrocarburi o rocce porose (falde acquifere saline profonde). CO₂ viene iniettato in forma densa ad una profondità di almeno 800 metri. Viene quindi intrappolato meccanismi chimici e geologici : dissoluzione nella salamoia (acqua salata) presente nelle rocce, immobilizzazione nei pori delle rocce, poi, eventuale, mineralizzazione.

Le capacità di stoccaggio sotterranee in Europa lo sono approssimativamente stimato a 300 miliardi di tonnellate, l'equivalente di 100 anni di emissioni globali nel 2019, ma abbiamo ancora bisogno confermare queste capacità e l'integrità dei siti in modo che progetti operativi di stoccaggio di CO₂, come quello di Aurora boreale, può emergere.

I siti di stoccaggio sono soggetti a una rigorosa selezione al fine di garantire la sostenibilità e la sicurezza dello stoccaggio nel lungo periodo (migrazione di CO₂ al di fuori del sito di stoccaggio). Le operazioni di stoccaggio sono accompagnate da a protocollo di monitoraggio che comprende, tra l'altro, il monitoraggio geofisico del comportamento della CO₂ nel sottosuolo, misurazioni e campionamenti di gas in profondità nel sottosuolo e in superficie, monitoraggio di eventi microsismici, ecc.

Quali modelli economici per l'implementazione di queste tecnologie?

Il vantaggio della diffusione di questi settori è essenzialmente legato alla riduzione delle emissioni di CO₂, a cui ad esempio i mercati del carbonio (sistemi di quote di emissione) danno un valore economico: cattura, trasporto e stoccaggio o recupero non sono tecnologie indipendenti l'una dall'altra, ma anelli di una stessa catena del valore.

Ecco perché lo spiegamento del settore deve essere coordinato nel tempo e su un territorio volontario attraverso investimenti in progetti operativi condivisi su scala francese ed europea. L'implementazione di “CO hub₂ – reti che raccolgono CO₂ emessi da diversi settori e la messa in comune delle infrastrutture di trasporto e stoccaggio – devono essere anticipati. È il caso, ad esempio, di Hauts-de-France e Normandia, che stanno lavorando allo sviluppo di un hub per la cattura e il trasporto di CO₂ e progetto Northern Lights che sta lavorando a un progetto commerciale di trasporto e stoccaggio di CO₂.

Sviluppato nell'ambito di progetti di ricerca europei come Strategia CCUS in base a fattori tecnici (volumi di CO₂ coinvolti, aree geografiche interessate, possibili utilizzi della CO₂ vicino a siti di cattura, possibili siti di stoccaggio) e ambientali (attraverso metodologie di analisi del ciclo di vita), gli scenari tengono conto anche di fattori economici e sociali, come la creazione di posti di lavoro e le preoccupazioni delle comunità locali, che devono essere coinvolte al più presto costruzione di un progetto.

La sfida odierna è creare le condizioni per consentire lo spiegamento del settore CCUS su larga scala a partire dal 2030. Se le tecnologie ci sono, sono necessari meccanismi di sostegno finanziario e un quadro normativo per accelerare l'attuazione del settore. Secondo le attuali stime, il prezzo della quota di carbonio emessa è comunque inferiore alle spese che i produttori dovrebbero sostenere per investire in questi impianti, ovvero tra 50 e 180 euro per tonnellata di CO₂ evitare.

Firenze Delprat-Jannaud, Responsabile del programma di cattura e stoccaggio di CO2, IFP Nuove energie

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto licenza Creative Commons. Leggi ilarticolo originale.