Davide Colella

La cattura e lo stoccaggio del carbonio avviene con lo scopo di eliminare dall'atmosfera la CO2 prodotta da industrie energivore e centrali elettriche per depositarla nel sottosuolo. Questo può essere visto come un meccanismo aggiuntivo rispetto alle azioni che ci permettono di emettere meno anidride carbonica in atmosfera, a partire dalla produzione di energia da fonti rinnovabili. Tre dei quattro scenari elaborati dal gruppo intergovernativo sul cambiamento climatico (IPCC) per ridurre il riscaldamento globale partono proprio dal presupposto sia possibile utilizzare il Carbon Capture and Storage come metodo di riduzione della CO2 dall’atmosfera. Il quarto, pur prevedendo la rimozione dell’anidride carbonica, la considera come effetto dei processi di riforestazione.
In questo capitolo vedremo come funzionano i processi di cattura, trasporto e stoccaggio

I tre processi alla base del CCS sono cattura, trasporto e stoccaggio nel sottosuolo

Cattura

Esistono due tipi principali di cattura artificiale della CO2: quella associata alla produzione di energia e quella diretta dall’atmosfera. Nel campo energetico esistono diverse strade per arrivare alla separazione e alla cattura della CO2, raggruppabili in tre grandi filoni. Cattura post-combustione, pre-combustione e oxyfuel

Post-combustione: è la tecnica più diffusa negli impianti sperimentali e dimostrativi esistenti. In pratica rimane tutto com’è, ma alla fine del processo di combustione i gas di scarico, dopo i sistemi di filtraggio per polveri e inquinanti, invece di essere immessi in atmosfera vengono inviati a un sistema di trattamento capace di separare la CO2 con processi termochimici

Pre-combustione: in questo caso viene trattato il combustibile, non il residuo della combustione. Il principale sistema è la gassificazione del carbone. Partendo da carbone e acqua si arriva ad avere idrogeno e CO2. L’idrogeno va ad alimentare il processo energetico mentre l’anidride carbonica viene inviata allo stoccaggio

Oxyfuel: a cambiare non è il combustibile, ma il comburente. Cioè il gas con cui il combustibile reagisce nella combustione, che in questo caso non è più aria, ma ossigeno puro. Questo porta a una percentuale di CO2 nei fumi di scarico molto alta e agevolmente separabile

Nella cattura atmosferica diretta, invece, grazie a processi chimici l’anidride carbonica viene “solidificata” in composti che, una volta lavorati, la rendono pronta da stoccare, o da utilizzare nella produzione di carburanti, prodotti chimici, fertilizzanti e materiali da costruzione, anche se le tecniche sono ancora sperimentali e non utilizzabili a livello industriale.
 

Trasporto

Una volta separata dai fumi delle centrali, la CO2 si presenta in un flusso che dovrà essere disidratato e compresso per consentirne il trasporto al sito di stoccaggio. La disidratazione è necessaria per evitare la corrosione delle attrezzature e la formazione di idrati (solidi simili a ghiaccio) che possono intasare attrezzature e tubazioni. La compressione, che renderà la CO2 un fluido denso, è necessaria per ridurre i volumi da trasportare. Il fluido ottenuto può essere trasportato via nave o attraverso condutture. Le due opzioni, entrambe già in uso, ancorché su piccola scala, rispondono a esigenze diverse e la scelta dipende dai luoghi di produzione della CO2 e quelli di stoccaggio, quindi dal percorso del trasporto.

Nel mondo ci sono circa 3000 km di condutture per il trasporto della CO2, la maggior parte delle quali negli USA, utilizzate nel recupero assistito di petrolio, cioè a fini produttivi. Questo tipo di trasporto è più economico e consente un flusso costante di CO2 tra l’impianto e il sito di stoccaggio. Il costo di trasporto in modalità pipeline è relativamente modesto: per un percorso di 100 km varia da 1 a 4 euro per tonnellata.
 

Stoccaggio

La CO2, una volta catturata, deve essere immessa in recipienti idonei. Questi recipienti, rinvenibili in natura, sono di diverse tipologie: giacimenti esauriti di idrocarburi, ben conosciuti grazie all'esplorazione e allo sfruttamento dei giacimenti; falde acquifero saline, con un grande potenziale di stoccaggio ma che non sono altrettanto ben conosciute dal punto di vista geologico; giacimenti profondi di carbone non sfruttabili, considerata soprattutto un'opzione per il futuro perché esiste ancora un problema tecnologico nell'iniezione di grandi volumi di CO2 nel carbone a bassa permeabilità.


Cosa succede alla CO2 iniettata in profondità? La CO2 tende a salire verso la roccia sigillante. Inizia poi la dissoluzione nel liquido tra i pori della roccia. Il liquido ricco di CO2 inizia a mineralizzarsi formando nuova roccia. Alla fine restano solo poche bolle di CO2 isolate


Ci sono alcune caratteristiche che il contenitore deve avere per risultare idoneo allo stoccaggio: sufficiente porosità, permeabilità e capacità di immagazzinamento. Deve essere presente una roccia impermeabile sovrastante che può essere in argilla o in salgemma, che impedisca alla CO2 di migrare verso l'alto. L'anidride carbonica deve essere iniettata ad almeno 800 metri di profondità, dove la pressione e la temperatura sono abbastanza elevate per permettere l’immagazzinamento del liquido in fase densa, per massimizzare le quantità da confinare. Naturalmente va verificata l'assenza di acqua potabile in queste rocce: la CO2 non deve mai essere iniettata in acque utilizzabili per il consumo o per altre attività umane.

La conoscenza tecnico-scientifica fin qui acquisita dei sistemi di stoccaggio del gas consente di progettare la conservazione della CO2 in sicurezza. Basti pensare che, in condizioni favorevoli, il gas contenuto nelle rocce rimane custodito per milioni di anni senza problemi. 

 

In Gran Bretagna
biomasse carbon free

All'interno di un ambizioso progetto di decarbonizzazione, nel 2016, la più grande centrale elettrica a carbone d’Europa, la Drax Power Station, che soddisfa circa il 7% di tutto il fabbisogno elettrico del Regno Unito ed è situata nel nord Yorkshire, ha convertito a biomasse tre dei suoi impianti.

Le biomasse sono una fonte di energia pulita utilizzata per ridurre la dipendenza dai combustibili fossili. Si tratta di una materia organica generata da piante e animali, appositamente trattata per essere utilizzata come biocombustibile nelle centrali elettriche. I residui di legna da ardere, gli scarti delle lavorazioni dell'industria agroalimentare, i rifiuti organici urbani, le ramaglie verdi di attività forestali e agricole, le alghe marine e gli scarti e reflui di allevamenti sono i materiali di origine organico-vegetale dai quali si produce energia.

Dal 2019 la centrale ha sviluppato il primo sistema di cattura e stoccaggio della CO2 prodotta dalla combustione di biomassa. I tre impianti su cui la Drax sta testando la tecnologia bruciano circa sette milioni di tonnellate di pellet annue e producono quattro mila MW di energia. Il sistema di cattura dell’anidride carbonica sviluppato ha attualmente una capacità di una tonnellata al giorno e rappresenta il primo tentativo di applicare la tecnologia CCS alle biomasse. L’esperimento rappresenta un ulteriore passo verso il raggiungimento dell’obiettivo di essere la prima centrale energetica europea a zero emissioni entro il 2025.

Il primato
della Norvegia

La Norvegia ha avviato un ambizioso progetto per la decarbonizzazione di una fabbrica di cemento a Brevik, nella parte meridionale del paese, gestita dalla tedesca HeidelbergCement. Per il progetto Longship l’ammontare del finanziamento statale sarà pari a 1,54 miliardi di euro. Nei piani dovrebbe entrare anche il termovalorizatore Fortum Oslo Varme (in norvegese Varme significa calore) e il progetto di trasporto e stoccaggio Northern Lights.

Quest'ultimo progetto trasporterà la CO2 liquida dagli impianti di cattura al terminale di Øygarden, nella contea di Vestland. Da lì, la CO2 verrà pompata attraverso le condutture in un serbatoio sotto il fondo del mare. Lo scopo ultimo della Norvegia è quello di decarbonizzare l’uso industriale del gas, compresa la produzione di idrogeno, conquistando così un nuovo flusso di entrate al paese, proprio in virtù dello smaltimento dell'anidride carbonica.

Il progetto di più lunga durata in Europa è sempre norvegese, il suo nome è Sleipner, operativo nel mare del Nord dal 1996. Qui l’anidride carbonica è presente nel gas estratto da un giacimento. Per venderlo, la compagnia deve necessariamente separare la CO2, che viene poi iniettata in una formazione sabbiosa profonda di grandi dimensioni. Qui si prevede verranno stoccati 600 miliardi di tonnellate di CO2. Ancora per molto tempo dopo l’esaurimento del giacimento di gas naturale.

Anche in Italia sono stati avviati progetti per la cattura della CO2 all'interno di cementifici e poli chimici, come vedremo nel prossimo capitolo.

 

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