Stoccaggio della CO2: come funziona la cattura dell’anidride carbonica

Che sia indispensabile abbattere le emissioni di gas serra, per rallentare il riscaldamento globale prima che renda il nostro Pianeta inabitabile, è un fatto che pochi osano contraddire. Sulle strategie per raggiungere questo obiettivo, invece, c’è più dibattito. Si discute in modo sempre più insistente di cattura e stoccaggio della CO2, cioè della possibilità di rimuovere l’anidride carbonica dall’atmosfera evitando così che contribuisca all’effetto serra. Sono tecnologie avveniristiche, talmente sperimentali da suscitare una certa diffidenza soprattutto tra le organizzazioni ambientaliste. Cerchiamo innanzitutto di fare un po’ di ordine, chiarendo quali sono i vari sistemi di cattura e stoccaggio della CO2 e come funzionano.

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Quali sono le tecnologie di cattura e stoccaggio della CO2

Sigle come CCU, CCS e CCUS spesso vengono usate come sinonimi, ma non è esattamente così. Il punto di partenza è sempre lo stesso, vale a dire catturare l’anidride carbonica (capture) per evitare che si accumuli in atmosfera e quindi contribuisca al riscaldamento globale. A seconda delle esigenze, del contesto e delle tecnologie a disposizione, questo gas può essere stoccato (storage) oppure utilizzarlo (usage).

Di seguito presentiamo le principali tecnologie in fase di sviluppo. Con un’avvertenza: non parleremo (come talvolta si legge) di cattura del carbonio, perché il carbonio si trova anche in molte altre forme, solide e gassose. In questi casi ci si riferisce all’anidride carbonica, un gas la cui molecola è costituita da un atomo di carbonio legato a due di ossigeno.

Cattura pre-combustione

Tra le tecnologie di cattura della Co2 troviamo la cattura pre-combustione. In questo caso si rimuove la CO2 dalle fonti fossili prima di bruciarle, producendo un gas di sintesi (syngas) composto principalmente da idrogeno e monossido di carbonio. Quest’ultimo viene fatto reagire col vapore acqueo e quindi convertito in idrogeno e CO2 (che poi, appunto, viene catturata). In questo caso il tasso di cattura è molto alto ma la configurazione è più complessa, tanto da essere possibile soltanto in nuovi impianti costruiti ad hoc.

Cattura post-combustione

In questo caso la CO2 viene catturata dai gas di scarico prodotti dopo aver bruciato combustibili fossili o biomassa. I fumi, che contengono una miscela di gas, vengono trattati con solventi chimici – di solito ammine – che assorbono selettivamente l’anidride carbonica. È una tecnologia più diffusa e applicabile anche a impianti esistenti, ma comporta anche alcune criticità di rilievo. Innanzitutto è molto energivora, perché serve un calore elevato per rigenerare i solventi e rilasciare la CO2 catturata. Inoltre, generalmente le ammine sono tossiche.

Ossicombustione

Nell’ossicombustione la combustione in questo caso non avviene in aria ma in un ambiente ricco di ossigeno puro. Ciò significa che i fumi prodotti sono costituiti quasi interamente da CO2 e vapore acqueo: raffreddandoli si condensa l’acqua e si ottiene un flusso di CO2 ad alta purezza, più facile da catturare e comprimere. Anche questo processo richiede grandi quantità di energia.

Cattura diretta dall’aria

Chiamata DAC, dall’inglese direct air capture, a differenza delle tecnologie appena citate che si applicano a fonti specifiche come centrali elettriche o cementifici, agisce direttamente sull’atmosfera, aspirando l’aria e filtrando la CO2 (anche quando è presente in concentrazioni molto basse). Si tratta di un sistema ancora pionieristico e dunque costoso, energivoro e dai risultati incerti.

Cattura bioenergetica

E’ chiamata BECCS, da Bioenergy with Carbon Capture and Storage): durante la loro crescita, le piante assorbono anidride carbonica (CO2) dall’atmosfera attraverso la fotosintesi: si dice quindi che “incorporano” CO2. Quando poi questa biomassa viene bruciata (ad esempio nel caso del legno) o fatta fermentare (come mais o canna da zucchero) per produrre energia, attraverso la BECCS si cattura la CO2 rilasciata. Si tratta di uno dei pochi sistemi che potenzialmente generano emissioni negative, ma presenta dei limiti. Richiede infatti grandi quantità di biomassa, e quindi vaste superfici di suolo, con il rischio di entrare in conflitto con la produzione alimentare o con la conservazione degli ecosistemi naturali.

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Come si immagazzina la CO2

Passiamo ora alla terza lettera dell’acronimo CCS, la S di stoccaggio, storage (le prime due stanno per carbon capture). Una volta catturata, la CO2 dev’essere trasportata – via oleodotto o, se le distanze sono ridotte, nave o camion – fino ai siti dove immagazzinarla a lungo termine per impedire che finisca in atmosfera. Anche in questo caso le possibilità sono diverse.

Stoccaggio geologico

Si inietta la CO2 nel sottosuolo, all’interno di formazioni geologiche profonde da cui non può più uscire, come giacimenti di idrocarburi ormai esausti, giacimenti di carbone che non è possibile sfruttare e o falde acquifere saline. Ad oggi, lo stoccaggio di CO2 nel suolo è la modalità più comune ed efficace.

Stoccaggio in ambiente marino

Come si intuisce dal nome, il principio è lo stesso ma lo si trasferisce nelle profondità oceaniche. Si tratta soltanto di un’ipotesi, difficilmente percorribile perché tali ecosistemi sono ancora in larga parte inesplorati e non è quindi possibile fare una stima attendibile delle conseguenze.

Carbonatazione minerale

Attraverso appositi interventi industriali si accelera un processo che avviene naturalmente nell’arco di migliaia di anni, cioè la reazione della CO2 con alcune rocce cariche di calcio o magnesio che porta alla formazione di minerali solidi. In questo modo, si ha la certezza che la CO2 non fuoriesca più sotto forma di gas; resta comunque un processo estremamente oneroso in termini di energia e di costi.

Sequestro biologico

Con il sequestro biologico non si fa ricorso a tecnologie avveniristiche bensì alle cosiddette nature-based solutions, vale a dire l’agricoltura rigenerativa, l’agroforestazione, la riforestazione e altre pratiche che incrementano la capacità del suolo di trattenere CO2.

Come si utilizza la CO2 catturata

Invece di immagazzinare la CO2 in modo permanente, la si può valorizzare all’interno di altri settori: in tal caso si parla di Carbon Capture and Utilization (CCU). Tra le opzioni, possiamo citare:

• Enhanced Oil Recovery (EOR): si inietta questo gas all’interno di giacimenti petroliferi esauriti per spingere fuori il greggio residuo. È il metodo più diffuso ad oggi ma è anche il più controverso perché, di fatto, serve per facilitare lo sfruttamento dei combustibili fossili che è il principale responsabile dell’aumento delle emissioni di gas serra.
• Utilizzo all’interno di processi industriali e chimici, ad esempio nel settore dei fertilizzanti, della plastica, dei materiali da costruzione o delle bevande.
• Sintesi di combustibili come e-diesel, e-methane o e-kerosene, attraverso la combinazione tra CO2 e idrogeno verde.

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Quale ruolo per la cattura e stoccaggio della CO2 nella decarbonizzazione

Finora abbiamo presentato le varie opportunità offerte dal carbon capture & storage. Ma fino a che punto queste tecniche possono contribuire agli obiettivi di riduzione delle emissioni? L’Agenzia internazionale per l’energia (IEA) ha messo a punto una roadmap per l’azzeramento delle emissioni nette entro il 2050. In questo scenario, alla metà del secolo bisognerebbe arrivare a catturare oltre 6 miliardi di tonnellate di CO2, di cui oltre 3.700 dai processi industriali e dai combustibili fossili, quasi 1.300 dalla bioenergia e oltre mille attraverso la cattura diretta. Circa 1.700 sarebbero le tonnellate di CO2 effettivamente sottratte dall’atmosfera in modo permanente.

Sempre la IEA ci tiene a precisare come i sistemi di cattura, stoccaggio e uso della CO2 siano utili in particolare per abbattere le emissioni delle industrie pesanti come il cemento, l’acciaio o la chimica, o per la produzione di idrogeno a basse emissioni. O per compensare – attraverso la rimozione di CO2 dall’atmosfera – le emissioni inevitabili o tecnicamente difficili da abbattere. Insomma, va intesa come una sorta di soluzione di ultima istanza.

Il Gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici delle Nazioni Unite (Ipcc) propone una stima più prudente, pari a 3 miliardi di tonnellate di CO2 all’anno catturate al 2050. Specificando che queste tecnologie non sono state ancora testate a dovere su larga scala e diverranno mature, presumibilmente, solo a partire dal prossimo decennio.

Anche l’Unione europea ha messo a punto una strategia di gestione delle emissioni dell’industria, come parte del suo percorso di decarbonizzazione. Quest’ultimo procede per fasi: meno 55% di emissioni nette entro il 2030, zero netto entro il 2050 e in mezzo un target (ancora da formalizzare) di meno 90% entro il 2040. In questo percorso, i sistemi di carbon capture dovrebbero riuscire a catturare almeno 50 milioni di tonnellate di CO2 all’anno entro il 2030, 280 milioni entro il 2040, 450 milioni entro il 2050. Per avere un termine di paragone, l’intera economia italiana emette in atmosfera circa 400 milioni di tonnellate di CO2 all’anno. Già, e l’Italia? Il nostro Piano nazionale integrato per l’energia e il clima (Pniec) mette in chiaro come i settori chiave per applicare la CCS siano quelli hard to abate (cioè in cui è difficile decarbonizzare altrimenti), della produzione termoelettrica, dell’idrogeno blu e della gestione dei rifiuti.

A che punto è lo sviluppo della CCUS

Attualmente, i dati reali sono ben lontani da questi numeri. L’Agenzia internazionale per l’energia fa sapere che sono più di settecento i progetti – a qualsiasi stadio di sviluppo – che riguardano l’intera catena del valore della cattura, stoccaggio e uso della CO2.

Si assiste a una brusca accelerazione in anni recenti: nel 2023 la capacità di cattura e quella di stoccaggio annunciate per il 2030 hanno fatto un balzo in avanti rispettivamente del 35 e del 70%. Rispettando queste stime, entro la fine del decennio dovremmo essere in grado a livello globale di catturare circa 435 milioni di tonnellate di CO2 all’anno e di stoccarne 615 milioni. Molto meno rispetto a quanto sarebbe necessario secondo il piano di decarbonizzazione della stessa IEA.

Questo conteggio peraltro presuppone che tutte le infrastrutture, anche quelle che oggi esistono solo sulla carta, siano portate a compimento e ottengano le performance preventivate. Un fatto che non può essere dato per scontato, considerato che finora l’80% dei progetti di CCUS su larga scala si è chiuso con un fallimento. Lo dimostra il fatto che, oggi, sono soltanto 45 le infrastrutture CCUS che funzionano su scala commerciale.

“La cattura della CO2 non funziona”: è il lapidario commento di Corporate Europe Observatory, organizzazione non governativa che accende i riflettori sul lobbismo da parte delle grandi imprese. E che vede in questa tecnologia proprio uno stratagemma delle compagnie petrolifere per tenere in vita il proprio business, deviando attenzione e risorse da quella che dovrebbe essere la priorità, vale a dire la transizione verso le energie pulite. Dopo oltre cinquant’anni di sperimentazioni e 76 miliardi di euro spesi a livello globale, si legge nell’approfondimento di CEO, i risultati sono ancora trascurabili. Tant’è che oggi i Paesi dell’Unione riescono a catturare appena 1,9 milioni di tonnellate di CO2 all’anno, lo 0,076% delle emissioni del Continente nel 2023, senza riuscire a stoccarne in modo permanente nessuna. A livello globale finora sono stati catturati, in tutto, circa 53 milioni di tonnellate di CO2.

I costi

Tutto questo a fronte di costi che, al contrario, sono tutto fuorché trascurabili. Un rapporto dell’università di Oxford mette a confronto un’ipotetica traiettoria di azzeramento delle emissioni al 2050 fortemente legata alla cattura e stoccaggio della CO2 e una che, invece, punta sulle rinnovabili e sull’efficienza energetica: la prima costa all’incirca mille miliardi di dollari in più rispetto alla seconda. “La CCS è una tecnologia costosa e non testata che distrae dagli sforzi globali per la decarbonizzazione, permettendo all’industria dell’oil&gas di proseguire col business as usual”, chiosa l’Institute for Energy Economics and Financial Analysis.

Tra i sistemi più avveniristici, ma anche più costosi in termini economici e più incerti nell’esito, c’è la cattura diretta della CO2 dall’aria. Pur essendo senza dubbio allettante perché applicabile virtualmente ovunque, oggi esiste soltanto su piccolissima scala e con costi che, realisticamente, nel 2030 si attesteranno tra i 600 e i mille dollari per tonnellata di CO2.

Gli impianti in Italia e nel mondo

Il primo impianto di cattura e stoccaggio della CO2 in Italia si chiama Ravenna CCS ed è l’esito di una joint venture tra Eni e Snam. Alla fine del 2024 ha preso il via la fase 1, in cui si cattura la CO2 emessa dalla centrale a gas naturale di Casalborsetti (stimata in 25mila tonnellate all’anno) e la si trasporta nella piattaforma offshore di Porto Corsini Mare Ovest. Lì viene iniettata nell’omonimo giacimento a gas esaurito, per essere stoccata permanentemente a circa 3mila metri di profondità. Nei prossimi anni si passerà alla fase 2, con lo sviluppo di questo progetto su scala industriale per arrivare a stoccare fino a 4 milioni di tonnellate l’anno entro il 2030.

È la norma che gli impianti partano con un volume di cattura e stoccaggio più ridotto, con l’obiettivo di diventare scalabili nel tempo. È così anche per il norvegese Northern Lights, condiviso tra TotalEnergies, Equinor e Shell, ma anche per Viking CCS nella regione dello Humber (uno dei cluster industriali più inquinanti in Inghilterra), o ancora per Greensand in Danimarca, che dovrebbe entrare in funzione tra la fine del 2025 e il 2026.

Valentina Neri

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