Energy
Soluzioni alternative per la cattura della CO2
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Catturare la CO2 è fondamentale per invertire con successo i danni che il riscaldamento globale potrebbe presto infliggere al nostro clima. Tuttavia, esiste un conflitto tra ciò che la civiltà umana idealmente vuole raggiungere e la realtà sul campo. L’accordo di Parigi ha sancito l’impegno globale a mantenere l’aumento della temperatura media globale ben al di sotto dei 2°C rispetto ai livelli preindustriali.
Mentre sono stati necessari sforzi sinceri per limitare l’aumento a 1.5 gradi centigradi abbandonando i combustibili fossili, le centrali elettriche alimentate da carbone e gas continuano a dominare il settore elettrico globale, riferisce il rapporto Associazione internazionale dell'energia (IEA).
Infatti, nonostante la spinta globale a muoversi più vigorosamente verso le fonti energetiche rinnovabili, l’energia generata da combustibili fossili è aumentata del 70% dal 2000. Il carbone rimane la principale fonte di combustibile per la produzione di energia, con il 38%, seguito dal gas con circa il 20%. .
Le politiche attuate a livello globale mirano ad affrontare il problema delle emissioni provenienti dalle centrali elettriche a carbone esistenti e da quelle esistenti in costruzione Oggi. Tuttavia, una riduzione o un calo delle emissioni di CO2 non garantisce l’assenza di carbonio che intrappola il calore. L’AIE suggerisce che, anche dopo che le emissioni di CO2 della flotta esistente alimentata a carbone diminuissero di circa il 40%, le emissioni annuali ammonterebbero comunque a 6 GtCO2 all’anno nel 2040.
In uno scenario del genere, non sarebbe possibile raggiungere i nostri obiettivi climatici riducendo soltanto le emissioni. Sarebbero necessarie soluzioni alternative per catturare il carbonio in modo che possa essere utilizzato e immagazzinato su larga scala. Ma queste soluzioni dovrebbero essere olisticamente praticabili, economicamente vantaggiose e fattibili nel lungo periodo.
Di recente, in uno studio pubblicato il 1° maggio, sulla rivista ACS Energy Letters, i ricercatori della CU Boulder e i loro collaboratori hanno rivelato che un approccio popolare che molti ingegneri stanno esplorando per catturare il carbonio fallirebbe.
Tuttavia, il team di ricercatori, composto da scienziati che lavorano presso il National Renewable Energy Laboratory di Golden, in Colorado, e la Delft University of Technology nei Paesi Bassi, non si è limitato a sottolineare il difetto del sistema esistente ma ha anche raccomandato un’alternativa e più sostenibile soluzione non solo per catturare il carbonio ma anche per convertirlo in carburante.
Nei prossimi segmenti esamineremo cosa consigliava la soluzione originale, quali erano i suoi difetti e come quei difetti potrebbero essere corretti con una soluzione alternativa!
La soluzione originale per catturare il carbonio
Per soluzione originale ci riferiamo a uno degli approcci di cattura diretta dell'aria più utilizzati che coinvolge i contattori d'aria, ovvero enormi ventilatori che aspirano l'aria in una camera riempita con un liquido basico. Poiché la CO2 è acida per sua natura chimica, il liquido basico si lega e reagisce con essa per formare un carbonato o bicarbonato.
Con la CO2 intrappolata nel carbonato o nel bicarbonato, gli ingegneri possono separarla dal liquido e trasformarla in prodotti come plastica, bevande gassate, ecc. Se questi carbonati e bicarbonati vengono sottoposti a un ulteriore trattamento, possono persino fungere da combustibile per alimentare le case e, potenzialmente, aeroplani. D'altra parte, il liquido basico ritorna nella camera per catturare più CO2.
Sebbene la soluzione sembri essere un accordo perfetto per catturare il carbonio e riciclarlo per un ulteriore utilizzo, esiste un problema.
Il problema con la soluzione originale
Il problema sta nel come si forma il carbonato o il bicarbonato è separato dal liquido. Il rilascio della CO2 intrappolata richiede che le aziende riscaldino la soluzione di carbonato e bicarbonato ad almeno 900°C (1,652° F). Questo è una temperatura che le fonti di energia rinnovabile come quella solare ed eolica non possono raggiungere. Pertanto, il raggiungimento di questa temperatura richiede la combustione di combustibili fossili come il gas naturale o il metano puro.
Mentre parlo di questa cattura nascosto nel sistema, Wilson Smith, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica e membro del l’Istituto per le energie rinnovabili e sostenibili al CU Boulder, ha detto quanto segue, che riassume sostanzialmente il problema:
“Se dovessimo rilasciare CO2 per catturarla, ciò vanificherebbe l’intero scopo della cattura del carbonio”.
La cosa positiva è che i ricercatori sono andati ben oltre il compito da svolgere. Oltre a sottolineare i difetti del sistema, hanno suggerito un’alternativa che potrebbe colmare la discrepanza.
La cura alternativa alla soluzione originale
I ricercatori hanno suggerito di implementare il processo di cattura reattiva per risolvere il problema. Tuttavia, hanno raccomandato di modificare l'ambito convenzionale del processo di cattura reattiva.
La cattura reattiva, nella sua forma tradizionale, si riferisce a un processo in cui l'elettricità viene applicata alle soluzioni di carbonato e bicarbonato, separando la CO2 e il liquido basico nella camera. È anche chiamato sistema a circuito chiuso in grado di catturare più CO2 nella sua forma liquida riciclata.
Tuttavia, in questo caso, i ricercatori hanno notato uno svantaggio. Ha visto che in un ambiente industriale, l’elettricità non sarebbe riuscita a rigenerare il liquido di base per catturare più CO2 dall’aria. Sarebbe un processo talmente inefficiente nella sua forma originale che, dopo cinque cicli di cattura e rigenerazione del carbonio, il liquido di base difficilmente sarebbe in grado di estrarre la CO2 dall’aria.
I ricercatori hanno raccomandato di aggiungere l'elettrodialisi al processo come soluzione. Questo metodo offre molteplici vantaggi. Innanzitutto, può funzionare con energia elettrica rinnovabile. Inoltre, può scindere una maggiore quantità di acqua in ioni acidi e basici, mantenendo la capacità del liquido basico di assorbire più CO₂. Wilson Smith ha definito il risultato di questo team come "la risoluzione di molteplici problemi con un'unica tecnologia", e a ragione!
Sebbene sia compito dei ricercatori innovare nuove soluzioni e mettere a punto quelle esistenti per aumentare l’efficienza, anche le aziende e le imprese hanno una responsabilità, e molte aziende stanno facendo grandi cose nell’adempiere a tale responsabilità. Nei segmenti seguenti, esamineremo un paio di aziende che hanno ideato soluzioni innovative ed efficienti in questo campo.
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#1. grafite
Graphyte si posiziona come la prima e unica soluzione al mondo per la rimozione dell'anidride carbonica che sia durevole, conveniente e immediatamente scalabile. In termini di durata, Graphyte afferma che le sue soluzioni sono in grado di rimuovere l'anidride carbonica per oltre mille anni.
In termini di convenienza, l’azienda rende disponibili le sue soluzioni a un costo di produzione livellato inferiore a 100 dollari USA/tonnellata e in termini di scalabilità, l’azienda afferma di essere in grado di raggiungere un livello in cui la rimozione di miliardi di tonnellate di carbonio è una possibilità realizzabile.
Metodo specifico di Graphyte segue l'approccio del Carbon Casting, che sfrutta la biomassa facilmente disponibile, come i residui del legname e delle operazioni agricole. La grafite secca e comprime questa biomassa per trasformarla in densi blocchi di carbonio. Questi blocchi sono dotati di una barriera impermeabile ecologica che garantisce uno stoccaggio sicuro in siti sotterranei all'avanguardia.
Parlando del metodo Graphyte, Barclay Rogers, fondatore e CEO dell'azienda, ha affermato quanto segue:
"La fusione di carbonio consente alla natura di catturare in modo efficiente la CO2, sfruttando poi tecniche ingegneristiche per immagazzinarla per periodi di tempo rilevanti per il clima. È una soluzione che può essere implementata ovunque, che cambierà il mercato e, cosa ancora più importante, che contribuirà a salvare il pianeta".
La fusione del carbonio può sostenere quasi tutto il carbonio catturato nella biomassa e consuma pochissima energia. Si tratta di un processo di rimozione del carbonio economico ma duraturo che combina la fotosintesi con l’ingegneria pratica.
Il potenziale di Graphyte ha contribuito a farle guadagnare la fiducia e la credibilità della comunità degli investitori. Ha completato il suo Serie A round di finanziamento per un totale di 30 milioni di dollari. Il round è stato condotto congiuntamente da Prelude Ventures e Carbon Direct Capital e ha incluso anche contributi di investitori attuali come Breathing Energy Ventures e Overture.
Mentre iniziative innovative finanziate con capitale azionario come Graphyte sono emerse con le loro soluzioni new age, ci sono aziende pubbliche consolidate come Linde che si sono avventurate nella cattura del carbonio basata sull’adsorbimento e nel recupero dell’anidride carbonica.
#2. Linde
Migliori Soluzione di cattura del carbonio basata sull'adsorbimento HISORP® CC, l'ultima aggiunta al portafoglio di soluzioni per la cattura del carbonio di Linde, integra le sue collaudate tecnologie di adsorbimento a pressione oscillante (PSA) e a membrana.
La soluzione HISORP CC separa la CO2 dai gas di processo in un'ampia gamma di concentrazioni di CO2 in alimentazione. Sfrutta molteplici tecnologie Linde, tra cui l'adsorbimento con oscillazione di pressione (PSA), la separazione criogenica e la compressione, per ottenere un tasso di cattura superiore al 99%, 99.7% per la precisione.
Uno dei maggiori vantaggi di questa soluzione è che funziona con energia derivata da fonti rinnovabili. Il processo di rigenerazione non richiede vapore, garantendo un'impronta di carbonio minima.
Inoltre, HISORP CC è una tecnologia a basso CAPEX e a basso OPEX con un tasso di consumo energetico specifico minimo ed è disponibile quasi senza costi aggiuntivi per la gestione dei solventi, il makeup, e la manipolazione.
Linde ha assicurato che la tecnologia rimanga ampiamente compatibile e inclusiva in modo che possa essere combinata con l’intera gamma di soluzioni Linde, tra cui il reforming del metano con vapore (SMR), il reforming termico automatico (ATR), l’ossidazione parziale (POX) o la gassificazione. È favorevole all’integrazione negli impianti esistenti e nuovi per SMR, POX e ATR, anche con una maggiore produzione di idrogeno.
Nel 2023, Linde, azienda leader a livello mondiale nel campo dei gas industriali e dell'ingegneria, si è registrata un fatturato di 33 miliardi di dollari.
Mentre le aziende si impegnano a raggiungere i propri obiettivi, l’apprendimento e lo scambio tra aziende e istituti di ricerca sono reciproci. Nel segmento conclusivo, esaminiamo la ricerca tecnologica in questo ambito che può trasformare il futuro della cattura del carbonio rendendola più efficace ed efficiente.
Il futuro della cattura del carbonio: uno strumento con potenziale di trasformazione
Nel luglio 2024, un gruppo di ricercatori ha proposto una piattaforma olistica per accelerare la cattura del carbonio basata su assorbenti. Hanno chiamato la piattaforma PrISMa, che sta per Progettazione informata sul processo di materiali assorbenti su misura.
La piattaforma ha tentato di rendere più efficiente l’implementazione su larga scala delle tecnologie di cattura del carbonio. Ha sottolineato l'importanza di riunire sotto un unico ombrello le componenti frammentate e coloro che le implementano.
Mentre in precedenza i chimici si concentravano sulla progettazione dei materiali e gli ingegneri sull'ottimizzazione dei processi, la piattaforma PrISMa ha integrato materiali, progettazione dei processi, tecnoeconomia e valutazione del ciclo di vita. Ha confrontato più di 60 casi di studio sulla cattura di CO2 da varie fonti in 5 regioni globali utilizzando diverse tecnologie.
Ha poi informato simultaneamente le varie parti interessate sul rapporto costo-efficacia delle tecnologie, delle configurazioni dei processi e delle ubicazioni. Ha inoltre rivelato le caratteristiche molecolari degli assorbenti con le migliori prestazioni e ha offerto informazioni utili su impatti ambientali, benefici collaterali e compromessi. Il risultato finale mirava a unire le parti interessate in una fase iniziale della ricerca, accelerando lo sviluppo della tecnologia di cattura del carbonio nella corsa verso un mondo a zero emissioni nette.
Scienziati responsabili dello sviluppo di PrISMa, Berend Smit dell'EPFL e Susana Garcia dell'Università Heriot-Watt, sono molto ottimisti circa l'usabilità del metodo nella vita reale. Secondo il professor Berend Smit:
“Questo approccio innovativo accelera la scoperta di materiali con le migliori prestazioni per la cattura del carbonio, superando i metodi tradizionali basati su tentativi ed errori”.
PriISMa ha un potenziale significativo per il futuro. Utilizzando dati sperimentali e simulazioni molecolari, è possibile prevedere le proprietà di adsorbimento di potenziali materiali assorbenti.
Ciò consentirebbe alla comunità degli sviluppatori di prendere decisioni consapevoli. Le proprietà del livello di processo di PrISMa consentono di misurare e confrontare le prestazioni delle soluzioni di cattura del carbonio, aiutando gli scienziati a calcolare i parametri di prestazione del processo, come purezza, recupero e fabbisogno energetico.
Un parametro cruciale che determina il successo o il fallimento di qualsiasi soluzione scientifica o tecnologica è la sua fattibilità economica. Prisma è in grado di valutare la fattibilità economica e tecnica di un impianto di cattura del carbonio. Infine, può valutare gli impatti ambientali lungo l'intero ciclo di vita dell'impianto, garantendone la sostenibilità a 360 gradi.
Nel complesso, PrISMa non è altro che rivoluzionario o trasformativo.
Abbiamo iniziato la nostra discussione con una soluzione ampiamente adottata è stato trovato inadeguato e controproducente. Ora, con PrISMa a disposizione della comunità scientifica, sarebbe possibile ideare soluzioni efficienti dal punto di vista ambientale, scalabili ed economiche fin dal primo giorno.
