Carbon capture, storage & utilization: un pilastro della riduzione di CO2 nel settore energetico

di Greta Zunino

1. Il terzo maggior contributo alla limitazione delle emissioni entro il 2060

Quando si parla di limitazione delle emissioni nel settore energetico, il primo strumento che viene in mente è il ricorso a fonti di energia rinnovabile. Poco si parla di quello che l’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA) considera come il terzo maggior contributore alla limitazione delle emissioni con orizzonte 2060, ossia la cattura, stoccaggio ed utilizzo del diossido di carbonio, meglio noto come CCSU (Carbon Capture, Storage and Utilisation). Nel Clean Energy Scenario (CTS) della nota Agenzia, infatti, dopo l’efficienza energetica (39%) e il ricorso alle fonti di energia rinnovabile (36%), è al CCSU che si affida il 13% dell’abbattimento totale delle emissioni nel settore.

2. CO2, un non-equilibrio tra emissioni naturali e antropiche

Sul nostro pianeta, la CO2è prodotta in parte da processi naturali, in parte da attività antropiche.

Le frecce azzurre nella parte alta dello schema a sinistra mostrano le emissioni nette di differenti attività produttive/processi naturali. Le frecce rivolte verso l’alto rappresentano le emissioni nette nell’atmosfera: la produzione di energia, l’industria e il trasporto appaiono come i settori che contribuiscono maggiormente alle emissioni in questione. Le frecce rivolte verso il basso, invece, mostrano i processi naturali che catturano CO2. La differenza tra tali flussi si situa a 17 Gt di CO2 emesse nell’atmosfera ogni anno.

3. Carbon Capture, Storage and Utilisation 1.0 – Focus riutilizzo

Per limitare tali emissioni, co-responsabili del cambiamento climatico in corso, sono state sviluppate diverse tecniche di stoccaggio e riutilizzo della CO2, una volta catturata.

Nello schema in alto, i numeri da 1 a 10 rappresentano dieci possibili riutilizzi dell’anidride carbonica catturata, che possiamo suddividere tra industriali (in grigio) e biologici (in verde).

Il grafico in basso sintetizza la quantità di CO2 potenzialmente catturata e il costo delle tecniche analizzate nella tabella precedente in due scenari, Low e High, a seconda del livello di investimenti, pregresso tecnologico e diffusione dei diversi strumenti[3].

La grande differenza tra il potenziale del Low (3 Gt CO2) e dell’High scenario (18 Gt CO2) evidenzia l’incertezza sul peso delle tecnologie in questione nella riduzione dell’anidride carbonica sul nostro pianeta. Buona parte di esse è ancora in fase sperimentale e ad oggi, tra i metodi industriali, solamente l’EOR e e la produzione di urea a partire dalla CO2 vengono utilizzati su ampia scala.

4. Carbon Capture, Storage and Utilisation 1.0 – Focus stoccaggio

La cattura dell’anidride carbonica può essere seguita dal semplice stoccaggio, anzichè dal riutilizzo come illustrato nel paragrafo precedente. La via più semplice e in grado di immagazzinare maggiori quantità di CO2 è quella di catturare le emissioni prodotte da grandi complessi industriali o centrali elettriche.

È stato calcolato che dotare una centrale elettrica moderna di un sistema di cattura possa ridurre le emissioni di CO2 dell’80/90%, ma a fronte di costi che provocherebbero un aumento del costo dell’energia prodotta tra il 20 e il 90% o anche oltre nel caso di centrali già operative. Lo stoccaggio delle quantità di CO2 catturata può avvenire in diversi “ambienti”: formazioni saline sotterranee, giacimenti di carbone non sfruttabili altrimenti, giacimenti di gas e/o petrolio fuori produzione.

5. A che punto siamo?

Ad oggi, secondo la IEA, sono attivi21[4] progetti di CCS come parte integrante di impianti industriali/energetici, la maggior parte negli USA.

Tre progetti sono in costruzione e una quarantina in fase di sviluppo, più o meno avanzata. Nel 2020, le tecnologie in grado di catturare l’anidride carbonica prodotta dai grandi impianti industriali ed elettrici hanno permesso di evitare la dispersione di 40 milioni di tonnellate di CO2.

Un aspetto da sottolineare nel discorso sulla cattura delle emissioni è il grande interesse per il settore dimostrato dalle compagnie petrolifere, una delle categorie produttive che più contribuiscono ai crescenti volumi di anidride carbonica immessi nell’atmosfera. Exxon Mobil[5], che figura tra le 5 più grandi compagnie petrolifere non-statali in termini di fatturato, rivendica la partecipazione in ben un quinto della capacità di CCS a livello mondiale e di essere la compagnia che più ha contribuito, dagli anni 70 ad oggi, al volume di CO2 catturata cumulativamente[6].

Conclusioni

L’Agenzia Internazionale dell’Energia attribuisce alle tecnologie di cattura e stoccaggio/riutilizzo della CO2 una grande responsabilità nella riduzione delle emissioni nel medio-lungo termine. Allo stato attuale, la maggior parte delle soluzioni è ancora allo stadio sperimentale o si rivela troppo costoso per essere applicato su larga scala.

Non bisogna però dimenticare che anche tecnologie che oggi reputiamo rodate come il fotovoltaico e l’eolico (con tutti i loro limiti), sono passati per una fase in cui sono state considerate avvenieristiche. Gli anni a venire riveleranno se anche il CCU sarà tra i vincenti nella corsa alla transizione energetica.

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Articolo CCS_Greta Zunino

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Note

[1] I costi negativi significano che l’utilizzo delle tecniche relative apporta un guadagno. Per esempio, l’iniezione di CO2 nei pozzi petroliferi ne garantisce un rendimento migliore, con un ritorno economico e quindi un guadagno netto per chi la pratica. [2] La tecnologia BECCS si applica in diversi ambiti, ma per semplificare ci concentreremo sulla semplice combustione di biomassa e cattura delle emissioni derivanti. Il ciclo completo di questa variante di BECCS si può riassumere così: la biomassa (alberi) viene fatta crescere, fase durante la quale la CO2 viene assorbita (contributo negativo). In seguito la biomassa viene utilizzata per produrre energia, attraverso la combustione. Tale processo emette CO2, ed é quindi a contributo positivo, ma applicando una tecnologia di cattura delle emissioni, tale contributo viene diminuito, e il bilancio finale di emissioni ricondotto alla negatività (le emissioni prodotte sono inferiori a quelle catturate). [3] Il TRL menzionato nella legenda si riferisce alla “Technological Readiness Level”, ossia lo stato di avanzamento della tecnologia in questione. Nel grafico, le tonalità più scure indicano le tecnologie avanzate e quindi prossime all’utilizzo su più larga scala, mentre le tonalità più chiare indicano le tecniche ancora in fase embrionale. Gli asterischi invece rappresentano per quanto tempo la CO2 potrà essere effettivamente immagazzinata dalla tecnologia in questione. Un singolo asterisco indica uno staccaggio nell’ordine dei giorni/mesi, due asterischi uno stoccaggio nell’ordine delle decadi e tre asterischi nell’ordine dei secoli. [4] 26, secondo S&P Global [5] Nel 2019, Exxon Mobil era la terza compagnia petrolifera non-statale più grande al mondo in termini di fatturato, stimato a US$265 miliardi. L’impatto estremamente negativo del covid-19 sul settore petrolifero porterà sicuramento ad una performance più contenuta nel 2020. [6] La compagnia rivendica di aver contribuito al 40% delle emissioni prodotte dagli anni 70 ad oggi.

Bibliografia/Sitografia

Carbon capture and storage, Wikipedia

Carbon capture and storage (CCS), ExxonMobil

10 Carbon Capture methods compared: costs, scalability, permanence, cleanness, energypost.eu

Exploring Clean Energy pathways: The role of CO2 storage, IEA

Bio-energy with carbon capture and storage, Wikipedia

Top ten oil and gas companies in 2020, Offshore Technology