CCS e CCUS
Non sono sigle di partiti, ma la cattura della CO2
A volte se ne sente parlare, come fuffa o come soluzione finale – un po’ come l’idrogeno: è la cattura della CO2.
Se questa benedetta CO2 ci crea così tanti problemi in atmosfera e non possiamo evitare di produrla, perché non catturarla prima che in atmosfera ci finisca? Ma una volta catturata dove la mettiamo?
Il tema è vasto e presenta sia potenzialità che criticità. Qui provo a darne una spiegazione semplice, una vista d’insieme per capire di cosa si parla.
Le sigle
Il significato delle sigle CCS e CCUS è semplice:
CCS sta per Carbon Capture and Storage, ovvero cattura e stoccaggio della CO2.
CCUS invece aggiunge un passo: Carbon Capture Utilization and Storage, cioè a cattura e stoccaggio si aggiunge l’utilizzo della CO2.
La cattura
Sappiamo che per tutelare il nostro futuro dobbiamo ridurre le emissioni di CO2 (di tutti i gas serra, in realtà), ma alcuni settori sono di difficile decarbonizzazione, cioè non è facile trovare alternative che ne riducano le emissioni in modo effettivo e sostenibile (sostenibile anche dal punto di vista economico): pensiamo alle grandi centrali per la produzione di energia elettrica di cui abbiamo ancora bisogno o ai cementifici o alle acciaierie.
Una possibile soluzione è “andare al camino” di questi siti e catturare la CO2 prodotta prima che venga emessa in atmosfera.
Si può intervenire in tre momenti per sequestrare la CO2:
prima che il combustibile fossile sia bruciato: con un processo chiamato “reforming” e che coinvolge l’utilizzo di vapore, il combustibile fossile viene scomposto in un syngas, un gas costituito principalmente da CO (monossido di carbonio) e idrogeno H2. Il monossido di carbonio viene quindi convertito in CO2 e i due componenti, idrogeno e anidride carbonica, sono separati con tecniche che prevedono per esempio l’uso di solventi. Di fatto, quindi la “precattura” della CO2 altri non è che la produzione di idrogeno blu quando l’idrocarburo di partenza è metano.
dopo la combustione: in questo caso, si va a trattare il gas prodotto nella combustione, con degli step “normali” di trattamento, come la rimozione di polveri, composti dello zolfo e dell’azoto. A questo si aggiunge un passo in più però: si separa la CO2 presente nella corrente di gas, estraendola con diversi metodi: dalla filtrazione su particolari letti minerali all’estrazione con l’uso di solventi e alla separazione con membrane apposite per la filtrazione di gas. Al momento la soluzione commercializzata è l’absorbimento chimico con l’utilizzo di un solvente chiamato MEA (monoetanolammina). Il vantaggio dello scegliere la separazione post-combustione rispetto a quella pre-combustone è intuitivo: può essere aggiunta a impianti esistenti.
modificando le condizioni della combustione: in questo caso si parla della combustione oxy-fuel. La combustione non avviene con aria, ma con ossigeno puro. Di conseguenza, quello che si ottiene dalla combustione, al netto di impurità dipendenti dal combustibile, è un flusso di CO2 e vapore acqueo, che è separabile per condensazione, ottenendo così un flusso di sola CO2. Il punto critico di questo processo è proprio l’uso di ossigeno puro, che deve essere ottenuto dall’aria attraverso processi energivori. D’altro canto è un processo promettente per impianti in cui utilizzino come combustibile la biomassa lignocellulosica (legno e simili possiamo dire) o i rifiuti urbani.
Una volta che la CO2 è stata catturata con uno di questi metodi, bisogna capire cosa farne.
Lo stoccaggio
Per lo stoccaggio ci sono diverse alternative:
acquiferi salini profondi, cioè formazioni rocciose poste a grandi profondità e che contengono acque saline
giacimenti di petrolio o gas esausti
in entrambi i casi, la CO2 viene compressa e “iniettata” in profondità in queste formazioni rocciose.
Nel caso degli acquiferi, si ha uno stoccaggio stabile, poiché le CO2 iniettata reagisce con l’acqua, coi minerali in essa presenti e con le rocce circostanti, si ha cioè una mineralizzazione del composto.
D’altro canto, utilizzare i giacimenti esausti ha diversi vantaggi: innanzitutto sono formazioni geologiche di cui sono disponibili dati e studi su ogni tipo di caratteristica e comportamento, proprio perché sono stati sfruttati ed è possibile riutilizzare per l’iniezione della CO2 le infrastrutture utilizzate per estrarre gli idrocarburi. L’Iniezione di CO2 può aiutare anche l’estrazione degli idrocarburi, soprattutto nelle fasi finali dello sfruttamento: detto in modo molto semplificato, iniettare la CO2 aiuta a “spingere su” l’idrocarburo.
Il problema di questi stoccaggi è la stabilità: pozzi che non sono sigillati propriamente possono causare perdite di CO2, perdite che possono verificarsi anche perché può trovare un qualche percorso per tornare in superficie. Possono poi verificarsi eventi come terremoti, che mettono a rischio lo stoccaggio.
Il monitoraggio delle perdite è quindi cruciale quando si parla di stoccaggi.
L’utilizzo
Siccome catturare la CO2 non viene gratis, ma ha un costo energetico e implica anche l’uso di prodotti chimici, come accennato, il minimo che si possa fare per chiudere il cerchio è utilizzarla, in un’ottica di economia circolare.
Esistono diverse vie attraverso cui è possibile farlo.
La prima è quella chimica: può essere utilizzata come materia prima di partenza per la produzione di diversi composti, come urea, poliuretano, policarbonati e acido salicilico.
La seconda è quella biologica: la CO2 viene utilizzata per far crescere le microalghe, che a loro volta vengono utilizzate per diversi scopi. Per esempio, attraverso processi di conversione termochimica è possibile ottenere del bio-olio (sostituto del petrolio), mentre per conversione biochimica si possono ottenere composti come acetone o etanolo (con una fermentazione) oppure metano o idrogeno (tramite la digestione anaerobica delle microalghe) o ancora del biodiesel.
Il potenziale dell’utilizzo biologico è alto: per produrre una tonnellata di microalghe, se ne assorbono 1,8 di CO2. Inoltre, dalle microalghe si possono anche estrarre micronutrienti o altre sostanze preziose per l’essere umano.
Servono però spazio e, di nuovo, energia, per questo utilizzo.
Un’altra via è la mineralizzazione della CO2, per produrre composti che possono avere per esempio un potenziale di utilizzo nelle costruzioni.
Infine, la CO2 può essere usata per produrre bibite gassate (ovviamente in questo caso si deve raggiungere un grado di purezza del gas molto elevato).
C’è qualche aspetto che vuoi approfondire? Scrivi nei commenti.
Ci serve davvero?
Ci serve, come detto in apertura, dove la riduzione delle emissioni non può essere immediata, ma necessita di tempo. Ci serve, quindi, durante la transizione energetica, di sicuro.
Al momento, dove abbiamo una centrale elettrica a gas o a carbone, possiamo inserire un sistema di cattura della CO2 post combustione e “mettere una pezza”.
Si ritiene che ci sia un potenziale per la riduzione delle emissioni del 50% entro il 2050 dagli impianti di grosse dimensioni. Se non si tiene conto di questa opportunità, il costo per ridurre le emissioni potrebbe crescere drasticamente (si parla del 140%).
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Fonti e spunti
Anche se il materiale disponibile su questo argomento è moltissimo, il riferimento principale è:
Hanson, Enobong & Nwakile, Chukwuebuka & Hammed, Victor. (2024). “Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS) Technologies: Evaluating the Effectiveness of Advanced CCUS Solutions for Reducing CO2 Emissions. Results in Surfaces and Interfaces”. 18. 100381. 10.1016/j.rsurfi.2024.100381.