Introduzione

Premesso che sembra molto improbabile che la nostra società smetta di usare combustibili fossili nel prossimo secolo, la possibilità di catturare l’anidride carbonica negli impianti energetici e negli altri processi industriali è diventata una attraente alternativa in anni recenti. Questo approccio, noto come CCS (Carbon Capture and Storage), potrebbe mitigare il riscaldamento globale catturando la CO2 negli impianti di generazione di energia elettrica a combustibili fossili ed immagazzinandola invece di rilasciarla in atmosfera. L’anidride carbonica immagazzinata potrebbe essere trasportata per stoccaggio in altri luoghi o usata nei processi industriali.
In un report del 2005 l’ IPCC ha stimato che il CCS, applicato ad un moderno impianto di energia potrebbe ridurre le emissioni in atmosfera di circa l’80-90% rispetto ad un impianto non dotato di un simile dispositivo.
Oltre agli impianti di generazione di energia, ci sono moltissime altre potenziali applicazioni per il CCS. La produzione di gas naturale genera quantità di CO2 “catturabile”  prima che il gas naturale sia trasportato tramite gasdotto o navi cisterna. Anche le raffinerie di petrolio che producono idrogeno (usato per rimuovere lo zolfo dai grezzi più pesanti) generano qualità di anidride carbonica immagazzinabile.
Un’altra tecnologia che implica il rilascio di CO2 e che quasi sicuramente si diffonderà rapidamente è la conversione di carbone e gas naturale in combustibile liquido.

Cattura
Il primo passo nel processo CCS è ovviamente la cattura dell’anidride carbonica. Ci sono attualmente tre approcci principali alla cattura della CO2: la post-combustione, la pre-combustione la naturale in combustibile liquido e la combustione oxy-fuel.
Post-combustione
Nella post-combustione la CO2 è rimossa dopo la combustione del combustibile fossile. Questo schema dovrebbe venire applicato agli impianti di generazione elettrica convenzionali. In questo caso la CO2 viene catturata dal gas esausti. I gas esausti sono costituiti principalmente da Azoto e vapor acqueo, con circa il 15% di CO2. Per adattare gli attuali impianti a questa tecnologia, i camini dovrebbero essere sostituiti con torri di assorbimento, nelle quali la CO2 possa essere assorbita dai componenti chimici chiamate ammine. Una seconda torre, nota come torre di stripping, dovrebbe essere usata per riscaldare il liquido a base di ammine carico di CO2, facendo in modo che venga rilasciata la CO2 concentrata e rigenerando così le ammine.
Pre-combustione
Il processo di rimozione della CO2 tramite pre-combustione è largamente impiegato nella produzione di fertilizzanti, sostanze chimiche, e combustibili gassosi (idrogeno e metano). Qualcuno ha proposto di usare la tecnologia IGCC (Gasification Combined Cycle, una particolare versione di cattura a pre-combustione. L’utilizzazione di un impianto IGCC implica l’ossidazione del combustibile in un gassificatore prima della combustione. Questo processo produce “syngas” costituito da ossidi di carbonio e idrogeno. Le emissioni carboniche risultanti possono essere strappate in un flusso relativamente puro, mentre l’idrogeno viene bruciato come combustibile.
Combustione Oxy-fuel
In questo processo il combustibile viene bruciato in Ossigeno puro, invece che in aria. I gas esausti sono costituiti principalmente di CO2 e vapore acqueo; quest’ultimo viene condensato attraverso raffreddamento. Il risultato è un flusso quasi puro di CO2 che può venire trasportato ed immagazzinato. I processi usati nei impianti di generazione di energia e basati sulla combustione oxy-fuel sono spesso chiamati cicli ad “emissione zero” perché la CO2 immagazzinata non è solo una frazione del flusso di gas, ma il flusso di gas stesso.

Stoccaggio
Una volta che l’anidirde carbonica è stata catturata , essa deve essere immagazzinata. Un tipico impianto di 1000 MW limentato a carbone produce approssimativamente 6 milioni di tonnellate di CO2 all’anno. Sono stati concepiti diversi metodi per lo stoccaggio permanente di CO2. Queste forme includono l’immagazzinamento nel sottosuolo a varie profondità, lo stoccaggio liquido negli oceani, e lo stoccaggio sotto forma di carbonati stabili in seguito a reazioni chimiche con ossidi metallici.

Stoccaggio geologico
Lo stoccaggio di CO2 nelle formazioni geologiche di profondità usa molte delle stesse tecnologie che sono state sviluppate per l’industria del gas ed è stato dimostrato che esse sono economicamente vantaggiose sotto specifiche condizioni per campi petroliferi e di gas, nonché formazioni saline. Vari sistemi fisici e geotermici potrebbero impedire che la CO2 riemerga in superficie.
Al giorno d’oggi la CO2 viene spesso iniettata nei giacimenti petroliferi per aumentare il recupero di petrolio. Questa opportunità è attraente perché il costo di  stoccaggio può venire abbattuto dai ricavi derivanti dalla vendita della quantità di petrolio addizionale che viene recuperato. Gli svantaggi dei vecchi giacimenti petroliferi sono costituiti dalla loro distribuzione geografica  e dalla loro limitata capacità e anche dal fatto che la successiva combustione del petrolio recuperato emette CO2.
Le formazioni saline contengono acqua salata altamente mineralizzata e sono state considerate finora di nessun beneficio per gli esseri umani. Il vantaggio principale è la loro grande capacità di stoccaggio e la loro diffusione.
Il maggior svantaggio delle acque saline è che si conosce ben poco rispetto ai giacimenti petroliferi. Inoltre potrebbero esserci delle perdite di CO2 verso la superficie.

Stoccaggio in oceano
Un’altra forma proposta di stoccaggio dell’anidride carbonica è quella oceanica. Esistono due principali concetti. Il primo di “dissoluzione” inietterebbe CO2 tramite navi cisterna o gasdotto nella colonna d’acqua a una profondità di 1000 o più metri, dove la CO2 passa in soluzione. Un altro concetto “lake-type” deposita CO2 direttamente nel fondo marino a profondità superiori a 3000 metri, dove la CO2 è più densa dell’acqua e forma un lago che dovrebbe ritardare la dissoluzione di CO2 nell’ambiente. Un terzo concetto  è quello di convertire la CO2 in bicarbonate o idrati.
L’effetto ambientale dello stoccaggio oceanico sono poco conosciuti. Vaste concentrazioni di anidride carbonica uccidono gli organismi oceanici ma un altro problema è quello relativo al fatto che tale stoccaggio non è permanente. Inoltre non appena l’anidride carbonica viene dissolta in acqua, l’acidità dell’oceano aumenterebbe. Gli effetti risultanti sulle forme di vita marine sono poco conosciute.  E’ necessario uno sforzo ancora maggiore per definire con sicurezza I potenziali problemi.

Stoccaggio minerale
In questo processo la CO2 reagisce con ossidi metallici per produrre carbonate stabili. Questo processo accade in natura da molti anni ed è responsabile della creazione del calcare. La velocità di reazione potrebbe essere maggiore ad alte temperature e/o pressioni o in seguito a pre-trattamento dei minerali, sebbene questo richieda maggiore energia.
L’IPCC stima che un impianto di generazione di energia che usa lo stoccaggio minerale potrebbe necessitare del 60-180% di energia rispetto ad un impianto senza tale dispositivo; i costi dunque non sono ancora accettabili.

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In allegato la mini-lezione in formato .pdf.