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Carbon Capture and Storage: perché questo è il momento giusto

Per ridurre le emissioni di CO2 occorre considerare il processo di CCS. Ecco cosa c’è da sapere e quali sono i segnali positivi per il suo sviluppo

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Carbon Capture and Storage: perché questo è il momento giusto

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Nel mondo crescono le emissioni di CO2: per ridurle considerevolmente occorre puntare sulla CCS Carbon Capture and storage, ovvero cattura e sequestro dell’anidride carbonica.

Secondo uno studio pubblicato proprio in questi giorni dall’Imperial College di Londra, per centrare gli obiettivi dell’accordo di Parigi sul riscaldamento globale occorre una forte mitigazione dei quantitativi di anidride carbonica emessa. Tra le soluzioni proposte è necessario incentivare l’aumento dell’uso di fonti di energia rinnovabile, l’efficienza energetica e la rimozione della CO2 dall’atmosfera attraverso la riforestazione e la cattura e sequestro del carbonio.

Tuttavia si sa che le fonti rinnovabili, come le fonti fossili, hanno subito una brusca frenata causa Covid-19, segnalata dalla IEA, e serve dare un taglio drastico alla CO2 la cui concentrazione a livello globale è aumentata fino a toccare l’anno scorso il livello più alto di emissioni: 36,8 miliardi di tonnellate, secondo il Global Carbon Project.

Allora perché non puntare sulle tecnologie di cattura e sequestro dell’anidride carbonica? Finora sono stati molti i dubbi circa la bontà e soprattutto, l’economicità di questo processo.

In questo articolo spiegheremo perché oggi la CCS è una soluzione fondamentale, quali sono i motivi e i segnali che fanno propendere a un suo sviluppo, e i progetti pubblici e privati più significativi nel mondo, in Europa e in Italia.

CCS Carbon Capture and storage: cos’è

Le grandi fonti di emissione di CO2 sono legate principalmente alle fonti fossili e ai processi industriali. Dato che l’anidride carbonica è associata principalmente alla combustione di fonti fossili, per eliminarla occorre applicare la cattura e sequestro del carbonio (CCS). Si tratta di un processo che consiste nella separazione dell’anidride carbonica – CO2 o biossido di carbonio – dagli scarichi prodotti da impianti di combustione, nelle operazioni per consentirne il trasporto verso un deposito (solitamente compressa ad alta pressione), e nel suo stoccaggio, ovvero la sua corretta conservazione, evitando così dispersioni in atmosfera.

Carbon Capture and Storage: perché questo è il momento giusto

Come spiega Enea, la CO2 può essere separata dagli altri gas di scarico con tre metodi di cattura: pre-combustione, post-combustione e ossicombustione.

La più promettente è la prima e prevede che il combustibile venga convertito prima della combustione in una miscela di idrogeno e anidride carbonica usando il processo di gassificazione. Il biossido di carbonio può essere poi trasportato e stoccato, mentre l’idrogeno, miscelato con l’aria, è utilizzabile per fini energetici.
In ogni caso le tecnologie permettono di ridurre le emissioni di CO2 dell’80-90%.

Carbon Capture and storage: qualche numero

Partiamo dai siti di cattura e sequestro di carbon dioxide nel mondo. In questo momento, quelli in funzione e in costruzione hanno la capacità di catturare e immagazzinare circa 40 milioni di tonnellate di CO2 l’anno.

A rivelarlo è il report del think tank internazionale Global CCS Institute, lo sviluppo e la diffusione globale ha continuato ad aumentare. Nel 2019, anno dell’ultimo report, il numero di impianti CCS su larga scala sono aumentati a 514. Di questi: 19 sono in funzione; 4 in costruzione; 10 sono in avanzato sviluppo: 18 in fase di sviluppo iniziale.

Il report prevede, oltre al quantitativo annuale già presente, un aumento di circa un milione di tonnellate nei prossimi 12-18 mesi. Inoltre, ci sono 39 impianti pilota e di dimostrazione in scala in funzione, o in procinto di essere messi in servizio, e nove centri di prova.

Carbon Capture and storage: impianti realizzati e in costruzione
Impianti realizzati e in costruzione

Sulla capacità effettiva di stoccaggio necessaria, l’analisi dell’Imperial College London evidenzia che basterebbe stoccare “solo” 2.700 gigatonnellate di carbonio per raggiungere gli obiettivi dell’IPCC in materia di riscaldamento globale. Si tratta di una cifra di gran lunga inferiore alle principali stime di ciò che è disponibile da parte di gruppi accademici e industriali, le cui stime erano superiori 10.000 gigatonnellate a livello globale. Ciò «dimostra che se gli obiettivi del cambiamento climatico non saranno raggiunti entro il 2100, non sarà per mancanza di spazio per la cattura e lo stoccaggio del carbonio», sottolinea Christopher Zahasky il coordinatore dello studio.

In tutto il mondo, ha scoperto lo stesso, negli ultimi 20 anni la capacità di CCS è cresciuta dell’8,6%, “mettendoci sulla strada giusta per soddisfare molti scenari di mitigazione del cambiamento climatico” che comprendono anche energie rinnovabili, efficienza energetica e l’elettrificazione dei trasporti.

CCUS: opportunità e priorità di sviluppo secondo il report IEA

Oltre a catturarla e stoccarla, è possibile anche utilizzare la CO2. In questo caso si parla di CCUS, carbon capture utilization  and storage. In questo caso ci si riferisce a una serie di tecnologie che prevedono la cattura di CO2 da grandi fonti costanti, come centrali elettriche o impianti industriali che utilizzano combustibili fossili o biomasse come combustibile. Si tratta di una soluzione alternativa, come pure la BECCS – Bioenergy with carbon capture and storage, che però «è praticamente a zero quanto a sviluppo tecnologico», spiegava a Infobuild l’esperto Antonio Federico a proposito di questa soluzione.

La CO2 può anche essere catturata direttamente dall’atmosfera (in questo caso si parla di DAC – Direct Air Capture), ma anche in questo caso lo sviluppo è a livello embrionale: come segnala la stessa IEA in un recente studio, attualmente ci sono 15 impianti di cattura diretta dell’aria che operano in tutto il mondo, che catturano più di 9.000 tonnellate equivalenti di CO2 l’anno, con un impianto di cattura di 1 MtCO2/anno in avanzato sviluppo negli Stati Uniti.

Se non viene utilizzata in loco, la CO2 catturata viene compressa e veicolata tramite condotte, oppure trasportata via nave, treno o camion per essere utilizzata in una serie di applicazioni, o iniettata – e intrappolata – in formazioni geologiche profonde.

L’uso del biossido di carbonio per scopi industriali può fornire un potenziale flusso di entrate per gli impianti CCUS. Finora, la stragrande maggioranza dei progetti specifici si è basata sulle entrate derivanti dalla vendita di CO2 alle compagnie petrolifere per il recupero assistito di petrolio (EOR), ma ci sono molti altri potenziali utilizzi dell’anidride carbonica, anche come materia prima per la produzione di combustibili sintetici, prodotti chimici e materiali da costruzione come cemento, calcestruzzo, malte ecc.

Le potenzialità più interessanti sarebbero legate a uno sfruttamento della CO2 relativamente vicino al centro di emissioni. Cina, Europa e Stati Uniti ritengono, infatti, che il 70% delle emissioni si trovi entro 100 chilometri dal centro potenziale di stoccaggio, fornendo un’alternativa pratica ed economica per il trasporto della CO2 catturata. Oggi però le distanze sono più ampie: per esempio, negli Stati Uniti, la CO2 catturata negli impianti viene trasportata mediamente per 180 km. Distanze più brevi potrebbero ridurre i costi e diminuire i tempi di sviluppo delle infrastrutture.

Finora però “la CCUS non ha mantenuto le sue promesse”, scrive l’Agenzia internazionale per l’energia (IEA) nel suo ultimo report dedicato, intitolato “CCUS in clean energy transition”. Sebbene la sua importanza per centrare gli obiettivi climatici sia stata riconosciuta da tempo, la sua diffusione finora è stata lenta: gli investimenti annuali in CCUS hanno rappresentato meno dello 0,5% degli investimenti globali in tecnologie pulite per l’energia e l’efficienza energetica.

“Il rafforzamento degli obiettivi climatici e gli incentivi agli investimenti stanno dando nuovo slancio a CCUS”, segnala però IEA, rilevando che dal 2017 sono stati annunciati i piani per oltre 30 nuovi impianti integrati cattura e utilizzo della CO2, soprattutto negli Stati Uniti e in Europa, anche se sono previsti progetti anche in Australia, Cina, Corea, Medio Oriente e Nuova Zelanda. I progetti in fase avanzata di pianificazione rappresentano un investimento complessivo stimato di oltre 27 miliardi di dollari, quasi il doppio rispetto ai progetti commissionati dal 2010. D’altronde, le potenzialità di questa tecnologia sono notevoli: “CCUS può essere adattata agli impianti elettrici e industriali esistenti, che altrimenti potrebbero emettere ancora 8 miliardi di tonnellate di anidride carbonica nel 2050.

La pandemia da Covid-19 e la crisi conseguente costituiscono una seria minaccia per lo sviluppo della CCUS: la stessa Agenzia internazionale ammette che la recessione economica avrà quasi certamente un impatto sui piani di investimento e il calo dei prezzi del petrolio sta minando l’attrattiva dell’utilizzo della CO2 per un maggiore recupero del petrolio. “Ma la CCUS è in una posizione più forte per contribuire alla ripresa economica rispetto a dopo la crisi finanziaria globale. L’esperienza decennale nello sviluppo di progetti e il recente aumento di attività fanno sì che vi siano diversi progetti in fase avanzata a livello progettuale e ingegneristico e pronti per essere realizzati in breve tempo, in grado di raddoppiare l’impiego di CCUS entro il 2025.

IEA è convinta che per riuscire a far decollare la CCUS è cruciale l’intervento dei governi:

“Dobbiamo adottare misure urgenti per garantire che questa soluzione sia disponibile a contribuire al raggiungimento degli obiettivi ‘net zero’.
Nel prossimo decennio è necessaria un’importante accelerazione dello sviluppo di CCUS per mettere il sistema energetico globale sulla strada delle zero emissioni nette”.

La stessa Agenzia internazionale dell’energia ha fissato quattro priorità di alto livello per i governi e per l’industria capaci di accelerare il progresso di CCUS nel prossimo decennio: creare le condizioni per gli investimenti, dando valore alla riduzione delle emissioni e al sostegno diretto ai primi progetti di CCUS; coordinare e sottoscrivere lo sviluppo di hub industriali con infrastrutture condivise per la CO2; identificare e incoraggiare lo sviluppo dello stoccaggio di anidride carbonica nelle regioni chiave;  promuovere l’innovazione per ridurre i costi e garantire che le tecnologie emergenti critiche diventino commerciali, anche nei settori in cui le emissioni sono difficili da abbattere e per la rimozione del carbonio.

Carbon Capture and storage nel mondo

Quali sono i più grandi impianti di CCS nel mondo? Il primo e più importante si trova negli Stati Uniti: si chiama Central Plan è di proprietà della Occidental Petroleum e ha la capacità di stoccaggio di 8,4 milioni di tonnellate per anno (Mtpa). Al secondo posto, sempre negli USA, c’è un impianto della ExxonMobile, Shute Creek Gas Processing Plant, che cattura 7 Mtpa; sempre in America c’è il terzo, Great Plains Synfuels Plant (3 Mtpa) di proprietà della Dakota Gasification.

Gli Stati Uniti sono particolarmente attivi nel settore. Il Dipartimento dell’Energia (Doe) ha investito molto: solo negli ultimi due anni ha investito 450 milioni di dollari.
Nello stesso tempo, proprio di recente il Dipartimento del Tesoro degli Stati Uniti ha pubblicato delle regole che guidano l’utilizzo di un credito d’imposta federale da parte delle aziende per stimolare gli investimenti in progetti di cattura e sequestro del carbonio. Il Congresso, secondo il New York Times, invece ha ampliato nel 2018 il credito d’imposta a 50 dollari per tonnellata metrica di CO2 per i progetti che sequestrano il carbonio e di 35 dollari per tonnellata per i progetti in cui il carbonio viene catturato e poi utilizzato per il recupero del petrolio sottoterra.

La promessa della CCS per impieghi industriali non è solo legata ai nuovi crediti d’imposta o alla migliore tecnologia. Anche l’industria dell’etanolo – quella degli USA è la più importante al mondo – guarda con estremo interesse ai benefici offerti potenziali offerti in particolare dalla CCUS ovvero dalla cattura, stoccaggio e uso della CO2. Uno studio del 2018 del Lawrence Livermore National Laboratory ha rivelato che 200 bioraffinerie esistenti producono quasi 45 milioni di tonnellate metriche all’anno. I ricercatori che hanno esaminato la fattibilità economica della CCS hanno scoperto che circa il 60% delle attuali emissioni di CO2 potrebbe essere catturato per meno di 25 dollari a tonnellata metrica.

Riguardo ai siti di stoccaggio, i ricercatori dello statunitense Battelle Memorial Institute hanno evidenziato di recente le potenzialità esistenti. Nella loro attività di esplorazione, attiva fin dagli anni Novanta alla ricerca dell formazioni geologiche profonde – più di un miglio sotto la superficie – per lo stoccaggio della CO2 prodotta da centrali elettriche, impianti petrolchimici, impianti di produzione di biocarburanti e altre fonti industriali. Tutti questi sono stati dichiarati “molto promettenti” e offrono un’opzione realistica a lungo termine per la gestione e lo stoccaggio del carbonio. Ma l’impegno non è limitato solo alle aziende oil&gas: Microsoft ha annunciato il suo impegno a investire 1 miliardo di dollari nei prossimi quattro anni per puntare all’obiettivo di rimuovere più CO2 di quanta ne emette entro il 2030. Intende ottenere questo risultato contemplando varie soluzioni che comprendono la CCS, ma anche la produzione di bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECC).

Diversi altri Paesi sono impegnati sul campo. Uno di quelli più attivi è il Regno Unito le cui cinque maggiori società che gestiscono le reti gas hanno annunciato a fine maggio un piano di investimenti che sfiora i 900 milioni di euro per decarbonizzare le infrastrutture energetiche di questi, 391 milioni verranno stanziate per attività di CCUS. In Cina è stato presentato il progetto integrato di cattura e sequestro di carbonio di Yanchang, situato nella provincia dello Shaanxi, quale primo investimento della Repubblica Popolare: una volta a pieno regime, catturerà dalle 400mila alle 800mila tonnellate di CO2 all’anno. Un quantitativo pari a quello ottenuto togliendo dalla circolazione 80mila auto.

Carbon Capture and storage: l’impegno dell’Europa

L’Unione Europea ha fatto capire di voler essere protagonista nel campo. la Commissione Europea a giugno ha aperto il suo primo bando annuale da 1 miliardo di euro per finanziare entro fine luglio progetti su larga scala che comprende CCS e CCUS, insieme a energie rinnovabili, idrogeno pulito ed energy storage, secondo quanto rivelato dalla divisione informazione di Standard & Poor.

Per comprendere quanto sia ambizioso il piano sulla carbon capture and storage, la stessa S&P riporta quanto detto da Christian Holzleitner, capo unità Land Use and Finance for Innovation del Dipartimento generale Clima della Commissione UE: “vogliamo essere i primi al mondo nell’impiego della CCS o del suo utilizzo per l’industria, per i settori in cui è difficile eliminarla”, riferendosi all’industria del cemento, dell’acciaio e dei prodotti chimici.

Il denaro proviene dal Fondo per l’innovazione dell’UE, finanziato fino al 2030 con la vendita di 450 milioni di quote del sistema di scambio di quote di emissioni dell’UE. Si tratta di uno strumento di finanziamento fondamentale per concretizzare gli impegni economici dell’UE nell’ambito dell’accordo di Parigi e del suo obiettivo di un’Europa neutrale dal punto di vista climatico entro il 2050: il budget è di circa 10 miliardi di euro in 10 anni agli attuali prezzi del carbonio in UE
. Il Fondo si concentra su soluzioni per la Cattura e uso del carbonio (CCU) oltre che a realizzare impianti per la cattura e sequestro.

Proprio n Europa si sta realizzando uno degli impianti più importanti al mondo: Porthos, nell’area portuale di Rotterdam, nei Paesi Bassi. Il progetto dovrebbe entrare in attività nel 2023 svolgendo attività di cattura, trasporto e stoccaggio di un quantitativo tra 2 e 5 Mtpa.

Carbon Capture and storage in Italia: Eni, Enea e gli altri

Anche in Italia si lavora, per lo più sulla ricerca e sviluppo. Eni ha diversi progetti in corso, seguiti dal Centro Ricerche di San Donato Milanese e dal Centro Ricerche per le Energie Rinnovabili e l’Ambiente di Novara. Per la cattura della CO2 sta sviluppando sistemi che utilizzano liquidi ionici, “più efficienti di quelli convenzionali basati sulle ammine” fa sapere in una nota, segnalando anche attività lato storage.

Carbon Capture and storage in Italia: Eni

Più complesso il discorso legato all’uso del diossido di carbonio: Eni sta lavorando sulla biofissazione su microalghe e la conversione a metanolo. Altre linee di ricerca sono dedicate a metodi per utilizzare la CO2 nella produzione di polimeri (come policarbonati) e per fissarla chimicamente in residui dell’industria mineraria, ottenendo materiali per l’edilizia. Un progetto di più ampio respiro, inoltre, punta a catturare la CO2 direttamente a bordo dei veicoli.

Enea invece punta sull’uso degli scarti dell’industria siderurgica e del cemento per fare carbon storage e, contemporaneamente, produrre materiali di qualità e a basso costo da impiegare in edilizia e nella cantieristica stradale. Si parla di un progetto a carattere CCUS che sarà testato nell’impianto pilota Zecomix presso il Centro Enea Casaccia (Roma). Enea fa sapere che Anche grazie a queste attività Zecomix è stato inserito come infrastruttura di ricerca nel progetto europeo ‘Eccselerate’, finanziato dall’UE con circa 3,5 milioni di euro nell’ambito di Horizon2020. Oltre a Enea, gli altri partner italiani del progetto sono Sotacarbo, Università di Bologna e Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale, che coordina il nodo italiano della rete europea di laboratori specializzati in ricerca su CCS.

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