La riduzione delle emissioni di anidride carbonica (CO₂) rappresenta una delle principali sfide globali per contrastare il cambiamento climatico. Tra le soluzioni tecnologiche attualmente disponibili, la cattura e sequestro del carbonio (Carbon Capture and Storage, CCS) si distingue per il suo potenziale di mitigare le emissioni generate dalle attività industriali e dalla produzione energetica.
Ma cos’è il Carbon Capture and Storage e come funziona? In questo articolo esploreremo in dettaglio questa tecnologia, analizzando le sue applicazioni, il funzionamento e le differenze con il processo di CCU (Carbon Capture and Utilization).
Cos’è il Carbon Capture and Storage (CCS)
Il Carbon Capture and Storage (CCS), la cattura e lo stoccaggio della CO₂, è una tecnologia avanzata progettata per prevenire il rilascio di anidride carbonica nell’atmosfera. Questa tecnologia si basa su un processo a più fasi, che include la cattura del carbonio emesso durante le attività industriali o la combustione di combustibili fossili, il trasporto verso siti di stoccaggio dedicati e l’immagazzinamento a lungo termine in formazioni geologiche sicure.
In questo modo è possibile intercettare la CO₂ prodotta dai grandi impianti industriali, come quelli energetici o chimici, per destinarla a nuovi cicli produttivi, Carbon Capture and Utilization (CCU), o a confinamenti geologici, evitando così che raggiunga l’atmosfera. Questa strategia non solo supporta la transizione verso un’economia a basse emissioni di carbonio, ma crea opportunità economiche, favorendo lo sviluppo di nuove filiere produttive e la creazione di posti di lavoro.
A differenza della CCS, la Carbon Capture and Utilization (CCU) punta al riutilizzo della CO₂ catturata in nuovi cicli produttivi, trasformandola in materiali utili o combustibili, anziché stoccarla permanentemente. L’utilizzo del CCU si rivela particolarmente strategico per i settori cosiddetti “hard to abate“, ovvero quei comparti industriali dove, per via dell’elevato consumo energetico e della complessità dei processi produttivi, risulta ancora impraticabile adottare soluzioni tecnologiche a impatto zero. Tra questi rientrano settori come la siderurgia, gli impianti di produzione di cemento, carta e l’industria chimica, che beneficiano significativamente da soluzioni come la cattura e il riutilizzo del carbonio per ridurre le emissioni senza compromettere la competitività.
La principale finalità della CCS Carbon Capture and Storage è quindi quella di ridurre le emissioni di CO₂ provenienti da settori difficili da decarbonizzare. La tecnologia CCS è vista come un ponte verso la realizzazione di una produzione sostenibile, integrando le energie rinnovabili e altre soluzioni innovative.
Come funziona il processo di cattura e stoccaggio di CO₂
Per comprendere appieno questa tecnologia, è necessario esaminare le tre fasi principali che ne compongono il ciclo operativo: cattura, trasporto e stoccaggio. La progettazione di queste fasi richiede un approccio altamente ingegnerizzato, soprattutto per gli impianti di cattura e stoccaggio, supportati da strumenti avanzati per la simulazione e la pianificazione dei processi.
Per il trasporto, invece, sono necessarie infrastrutture dedicate, come pipeline e sistemi di compressione, che garantiscano efficienza e sicurezza. L’utilizzo di software di progettazione per impianti industriali è in ogni caso essenziale per ottimizzare le strutture coinvolte e minimizzare gli errori di progettazione, riducendo i costi e migliorando i processi aziendali.
Cattura del carbonio
La prima fase della tecnologia CCS consiste nella separazione dell’anidride carbonica dagli altri gas prodotti durante processi industriali o combustioni. Esistono tre principali tecniche di cattura:
- Pre-combustione
Questa tecnica viene usata principalmente in impianti di gassificazione del carbone o in quelli a gas naturale, sfruttando processi come il reforming del metano. Questo approccio è comunemente impiegato nella produzione di “idrogeno blu”, dove si ottengono tassi di cattura di CO2 compresi tra il 79% e il 95%. Nonostante l’efficienza elevata, l’applicazione della cattura pre-combustione è limitata a specifiche tipologie di impianti progettati per tali tecnologie. - Post-combustione
La cattura post-combustione avviene dopo la combustione del combustibile, rimuovendo la CO₂ dai fumi di scarico. Tra le modalità disponibili, l’assorbimento con ammine rappresenta la tecnologia più consolidata a livello industriale, utilizzata su larga scala negli impianti termoelettrici e industriali. Tuttavia, questo metodo presenta alcune criticità, tra cui il consumo energetico elevato, necessario per rigenerare i solventi, e i rischi legati alla tossicità delle ammine stesse. Nonostante ciò, il tasso di cattura di Co2 varia tra l’85% e il 90%, rendendola una scelta efficace in molte applicazioni industriali. - Ossicombustione
L’ossicombustione utilizza ossigeno puro al posto dell’aria durante il processo di combustione, generando un flusso di gas composto principalmente da CO₂ e vapore acqueo. Una volta separata l’acqua tramite condensazione, si ottiene una miscela ricca di anidride carbonica pronta per essere catturata. Questa tecnica, sebbene vantaggiosa per la concentrazione di CO₂ nei gas di scarico, comporta un elevato consumo energetico per alimentare i compressori necessari alla separazione dell’ossigeno. Il tasso di cattura di Co2 raggiungibile con l’ossicombustione è circa il 79%.
Ciascuno di questi metodi è selezionato in base alle caratteristiche degli impianti e alle esigenze operative, con l’obiettivo comune di ridurre significativamente le emissioni.
Trasporto e stoccaggio di CO₂
L’anidride carbonica deve poi essere trasportata in modo sicuro ed efficiente verso i siti di stoccaggio designati. Questo avviene principalmente quando è compressa in forma liquida, riducendo significativamente il volume e facilitandone il trasferimento. La CO₂ catturata può essere trasportata tramite pipeline per grandi volumi su brevi distanze, navi serbatoio per trasferimenti flessibili su lunghe tratte, o camion cisterna, adatti a volumi ridotti e collegamenti locali a infrastrutture principali.
Ogni modalità di trasporto richiede infrastrutture dedicate, come compressori per la liquefazione e serbatoi a pressione controllata, e deve rispettare rigorose normative di sicurezza per evitare dispersioni accidentali.
Dopo il trasporto, la CO₂ viene iniettata in formazioni geologiche profonde, che agiscono come trappole naturali per il confinamento a lungo termine. I principali siti di stoccaggio includono giacimenti esauriti di petrolio e gas, con strutture geologiche già testate per trattenere gas in modo sicuro grazie alla presenza di rocce impermeabili; acquiferi salini, formazioni porose sature di acqua non utilizzabile che rappresentano una risorsa di stoccaggio promettente; e bacini di carbone non sfruttabili, dove viene trattenuta tramite adsorbimento.
