Catturare il Carbonio – Le Profondità Oceaniche Sono una Soluzione Viabile?

Il biossido di carbonio (CO2) è un gas serra importante e il più comunemente prodotto che aiuta a trattenere il calore nella nostra atmosfera. Questo gas che trattiene il calore deriva sia da attività umane che naturali. 

Le fonti naturali includono processi come le eruzioni vulcaniche e gli animali che espirano biossido di carbonio come prodotto di scarto. Nel frattempo, le attività umane che portano a emissioni di CO2 includono incendi boschivi e la produzione di energia che comporta l’estrazione e la combustione di combustibili fossili come gas naturale, petrolio e carbone. Circa il 45% della CO2 emessa dagli esseri umani rimane effettivamente nell’atmosfera, contribuendo in modo sostanziale al riscaldamento globale. 

Senza biossido di carbonio, il pianeta Terra sarebbe estremamente freddo, rendendolo inabitabile. Detto ciò, l’aumento della concentrazione di questo gas nella nostra atmosfera sta ora innalzando le temperature medie globali.

Nel 2019, gli Stati Uniti da soli ha emesso 5,130 milioni di tonnellate metriche di CO2 legata all’energia mentre le emissioni globali sono state 33,621.5 million metric tons, secondo le stime dell’U.S. Energy Information Administration.

Di conseguenza, c’è un crescente interesse nella sequestro del carbonio, un processo che cattura e immagazzina il biossido di carbonio atmosferico. Questo approccio mira a ridurre i livelli di CO2 atmosferico e mitigare il cambiamento climatico globale.

Gli sforzi per supportare questo obiettivo includono la transizione verso sistemi energetici puliti e la decarbonizzazione di settori ad alte emissioni come i trasporti e l’edilizia. Tra queste iniziative, la sequestro del carbonio, in particolare, si distingue come un metodo collaborativo con l’ambiente naturale per affrontare il cambiamento climatico.

La sequestro del carbonio è un metodo chiave per rimuovere il carbonio dall’atmosfera terrestre, concentrandosi principalmente sull’immagazzinamento permanente di CO2. Questo processo può avvenire in due modi: biologicamente e geologicamente.

La sequestro geologica del carbonio prevede l’immagazzinamento di CO2 in formazioni sotterranee. Secondo la valutazione nazionale del 2013 della United States Geological Survey (USGS) sulla sequestro geologica del carbonio, c’è un potenziale medio di stoccaggio stimato di 3,000 gigatonnellate metriche di biossido di carbonio. Secondo la valutazione dell’organizzazione, la regione delle Pianure Costiere, comprese le bacini costieri dal Texas alla Georgia, ha il più alto potenziale di stoccaggio per CO2.

Uno dei modi in cui viene fatto è tramite la produzione di grafene, che richiede CO2 come materia prima. Il grafene è un materiale leggero e flessibile con una resistenza molto alta, il che lo rende vantaggioso nei settori della costruzione, energia, elettronica e salute.

Poi ci sono molecole ingegnerizzate, la cui forma viene modificata per formare nuovi composti catturando CO2 dall’aria. La cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS) nel frattempo prevede la cattura della CO2 prodotta dall’attività industriale, la compressione e il trasporto verso strutture sotterranee profonde e infine l’iniezione in formazioni rocciose per lo stoccaggio permanente. 

Iniettare biossido di carbonio in serbatoi sotterranei offre il vantaggio di aumentare la produzione di petrolio. Tuttavia, questo metodo non è privo di svantaggi. Possono sorgere problemi come la migrazione e la perdita di CO2, la contaminazione delle acque sotterranee e i rischi sismici associati all’iniezione. Inoltre, molte parti del mondo mancano di caratteristiche geologiche adatte all’iniezione in serbatoi.

La sequestro biologica del carbonio è chiamata forma ‘indiretta’ o passiva di sequestro. In questo metodo, la CO2 è immagazzinata nell’ambiente naturale in quello che viene chiamato ‘pozzi di carbonio’, come suolo, foreste, praterie, oceani e altri corpi d’acqua. 

Le foreste sono in realtà considerate una delle migliori forme di sequestro naturale del carbonio. Dopo tutto, le foreste immagazzinano in media il doppio del carbonio rispetto a quanto emettono. Durante la fotosintesi, la CO2 si lega alle piante e viene scambiata con ossigeno. Si stima che un quarto delle emissioni globali di CO2 sia sequestrato insieme alle foreste in altre forme vegetative, come praterie, campi, praterie ecc.

Ora, per quanto riguarda il suolo: la CO2 viene catturata e immagazzinata come carbonati, che si accumulano per migliaia di anni combinandosi con elementi come il calcio. Sebbene la CO2 venga eventualmente rilasciata dalla Terra, questo processo richiede migliaia di anni.

Negli ambienti acquatici, inclusi i grandi corpi d’acqua, questi rappresentano un quarto della CO2 rimossa dall’atmosfera terrestre. Sono principalmente gli strati superiori degli oceani a immagazzinare carbonio, ma quantità eccessive possono portare all’acidificazione dell’acqua e influire negativamente sulla biodiversità.

Un’attenzione crescente ora è rivolta allo sviluppo di tecnologie che possano avvenire su larga scala.

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Metodo ultrarapido di sequestro del carbonio

I ricercatori dell’Università del Texas ad Austin hanno trovato un nuovo e estremamente veloce metodo di immagazzinamento del carbonio catturato dall’atmosfera. Non solo è più veloce dei metodi convenzionali, ma lo fa anche senza richiedere gli acceleranti chimici nocivi usati nei metodi convenzionali o l’agitazione meccanica.

Pubblicato su ACS Sustainable Chemistry & Engineering, la nuova ricerca ha sviluppato una tecnica per la formazione ultrarapida di idrati di biossido di carbonio. Questi materiali sono unici e simili al ghiaccio che possono seppellire CO2 nell’oceano e prevenire il loro rilascio nell’atmosfera. ​

“Stiamo affrontando una grande sfida — trovare un modo per rimuovere in sicurezza gigatoni di carbonio dalla nostra atmosfera — e gli idrati offrono una soluzione universale per lo stoccaggio del carbonio. Per loro per diventare una parte importante del puzzle dello stoccaggio del carbonio, abbiamo bisogno della tecnologia per farli crescere rapidamente e su larga scala.” 

– Vaibhav Bahadur, professore nel Dipartimento di Ingegneria Meccanica Walker

La ricerca dimostra che gli idrati possono essere coltivati rapidamente anche senza utilizzare alcun prodotto chimico che neutralizzi i benefici ambientali della cattura del carbonio. Inoltre, il team lo considera un modo altamente efficace per lo stoccaggio di carbonio su scala gigatonica. E se alcuni intoppi e problemi possono essere superati, gli idrati possono diventare un metodo preferito per catturare e immagazzinare carbonio.

Il team ha osservato che la creazione di questi idrati per catturare carbonio non è stata solo un processo lento ma anche ad alta intensità energetica, il che ha impedito che questo diventasse il metodo popolare di stoccaggio del carbonio su larga scala, fino ad ora.

Nel nuovo studio, i ricercatori sono riusciti a ottenere un aumento fino a sei volte del tasso di formazione degli idrati rispetto ai metodi precedenti. La velocità rapida del processo insieme all’assenza di prodotti chimici rende gli idrati adatti per lo stoccaggio su larga scala del carbonio.

Ma ciò che elimina realmente la necessità di prodotti chimici, consentendo un assorbimento migliorato, efficienza energetica e convenienza economica, è il magnesio, che è stato il ‘condimento segreto’ della ricerca.

Il magnesio (Mg), un metallo grigio lucido con bassa densità, basso punto di fusione e alta reattività chimica, si trova naturalmente in combinazione con altri elementi. Il metallo qui funge da innesco che elimina la necessità di agenti chimici. L’aggiunta di magnesio è supportata dalla formazione di bolle di biossido di carbonio a un alto flusso in una particolare configurazione del reattore. La pressione del reattore è il fattore principale del tasso di sequestro.

Quindi, il miglioramento del tasso di sequestro della CO2, basato sul consumo netto di gas, deriva dall’alto flusso costante di ingresso e uscita di gas in presenza di magnesio. Questo metodo aumenta il tasso di crescita rinnovando continuamente l’interfaccia gas–acqua–idrato.

Ciò che rende la tecnologia più facile da implementare è che funziona abbastanza bene con l’acqua di mare, il che significa che non necessita di complessi processi di desalinizzazione per creare acqua dolce. La rapida formazione di schiuma con acqua salata aumenterà significativamente le prestazioni economiche della tecnologia, secondo il team. Secondo Bahadur, che ha guidato la ricerca:

“Gli idrati sono opzioni attraenti per lo stoccaggio del carbonio poiché il fondale marino offre condizioni termodinamiche stabili, che li proteggono dalla decomposizione.” 

In questo modo, lo stoccaggio del carbonio è essenzialmente pronto per l’uso da parte di ogni nazione del pianeta con una costa. Pertanto, rendendo questo metodo di immagazzinamento del carbonio “più accessibile e fattibile su scala globale e ci avvicina al raggiungimento di un futuro sostenibile,” ha aggiunto.

Secondo i ricercatori, le schiume consentiranno nuovi approcci per trasportare e sequestrare CO2. Ma le implicazioni di questo progresso vanno oltre il semplice sequestro del carbonio. ​La formazione ultrarapida di idrati può trovare applicazioni anche nella separazione dei gas e nello stoccaggio e nella desalinizzazione.

In questo modo, la nuova tecnologia offre una soluzione versatile per varie industrie. Pertanto, i ricercatori hanno depositato una coppia di brevetti relativi alla tecnologia, e stanno anche valutando una startup per commercializzarla.

Non tutte le iniziative hanno successo 

Data l’importanza della decarbonizzazione dell’ambiente, scienziati e leader mondiali stanno esplorando diversi modi e nuove tecnologie per raggiungere gli obiettivi climatici. 

L’anno scorso, scienziati hanno scoperto un microbo al largo della costa di un’isola vulcanica vicino alla Sicilia che consuma CO2 “incredibilmente rapidamente”. I microbi, originariamente trovati nel settembre 2022, sono “iper-efficienti nel consumare CO2 tramite fotosintesi”, più veloci di altre cianobatteri conosciuti. Gli scienziati hanno affermato che i processi microbici sono molto più efficienti in termini di capitale rispetto alle interventi tecnologici e sono anche “intrinsecamente scalabili” poiché “possono essere impiegati in ambienti diversi, da stagni aperti a bioreattori.”

Qualche mese fa, gli scienziati del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno segnalato lo sviluppo di apparecchiature di test ad alta precisione per misurare le prestazioni dei materiali (sorbenti) usati per catturare e rimuovere carbonio dall’aria. L’apparato consente al NIST di creare sorbenti di materiale di test di livello ricerca (RGTM) per l’industria di cattura diretta dell’aria (DAC). Permette alle aziende di testare i loro sorbenti e verificare la loro efficacia prima di scalare.

Proprio questo mese, ricercatori australiani hanno proposto di utilizzare l’energia solare per catturare e immagazzinare carbonio nei rifiuti minerari. Stanno attualmente facendo la prima valutazione e analisi dell’uso di calore solare concentrato per l’attivazione della serpentina al fine di produrre materiali di materia prima attivati per i processi di cattura e stoccaggio del carbonio tramite carbonazione minerale.

Gli scienziati stanno persino scoprendo modi per convertire i gas serra direttamente in combustibili solidi che possono essere usati per riscaldare case o alimentare industrie. Per esempio, ricercatori del MIT e della Harvard University hanno sviluppato e dimostrato il processo di cattura e conversione elettrochimica del gas in polvere. Il formiato solido è poi usato in laboratorio per produrre elettricità tramite una cella a combustibile.

Quindi, è chiaro che c’è stato un maggiore focus sulla cattura e lo stoccaggio del carbonio, con molta ricerca e finanziamenti investiti in tali sforzi. Tuttavia, non tutte le iniziative hanno avuto successo. Un esempio prominente di ciò è stata la start-up climatica statunitense Running Tide.

Nel processo di rimozione del carbonio di Running Tide, una rete di boe di legno galleggianti sviluppa “microforeste” di alghe per “inghiottire carbonio dall’aria e dall’acqua” e calcare per “servire da antiacido per lo strato superficiale del mare.” L’alga è successivamente tagliata per affondare nell’oceano, dove assorbe CO2 e rimane sepolta in profondità per migliaia di anni.

L’azienda, secondo il suo sito web, ha rimosso 25.000 tonnellate di carbonio attraverso due percorsi:

• Miglioramento dell’alkalinità oceanica
• Affondamento della biomassa

Running Tide vende anche crediti di carbonio, che rappresentano una tonnellata di carbonio rimossa dal ciclo rapido. Circa un anno fa, la start-up ha consegnato i primi crediti di rimozione del carbonio da un progetto in oceano aperto, con i crediti pre-venduti al gigante dell’e-commerce Shopify. Successivamente, Microsoft (MSFT ) ha anche acquistato crediti di carbonio dalla start-up.

A giugno, la start-up ha annunciato che stava chiudendo. Il fondatore e CEO di Running Tide, Mark Odlin, in un post su LinkedIn:

“Sfortunatamente, oggi iniziamo il processo di chiusura delle operazioni globali di Running Tide perché non siamo in grado di assicurare il tipo di finanziamento necessario per continuare il nostro lavoro con l’urgenza richiesta.”

Secondo il post, il mercato del carbonio è volontario e non c’è “la domanda necessaria per supportare la rimozione del carbonio su larga scala” aggiungendo, “la nostra integrità sarà giudicata in base al raggiungimento della condizione di vittoria e nient’altro.”

Nel post, ha affermato che la start-up “ha realizzato il più grande progetto di rimozione del carbonio di successo nell’oceano aperto”, anche “al costo più basso, negli ambienti più difficili, con i più alti standard di qualità.”

L’azienda avrebbe affondato circa 19 mila tonnellate di trucioli di legno nelle acque costiere dell’Islanda. Questo enorme deposito è stato “completamente non supervisionato”, ha dichiarato il settimanale islandese, Heimildin, che ha anche sottolineato la mancanza di supervisione delle operazioni, e la mancanza di verifica delle affermazioni dell’azienda secondo cui aveva sequestrato 25.000 tonnellate di carbonio sul fondale marino.

La chiusura di Running Tide e le domande sulle sue operazioni mostrano che, sebbene tutti gli sforzi e la ricerca suscitino entusiasmo, le iniziative non sempre si concretizzano e c’è bisogno di più supporto governativo e di progressi tecnologici per portare davvero un cambiamento.

#1. ExxonMobil (XOM)

Come una delle principali società pubbliche che investono massicciamente in tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS), con diversi progetti in corso per mitigare la sua impronta di carbonio, ExxonMobil (XOM ) può beneficiare significativamente dalla ricerca dell’Università del Texas sulla sequestro del carbonio basata sull’oceano.

La tecnologia di sequestro del carbonio basata sull’oceano può aiutare ExxonMobil a migliorare la sua leadership tecnologica e ridurre i costi normativi legati alle emissioni di carbonio.

Finanziariamente, potrebbe risparmiare somme significative riducendo le potenziali passività fiscali sul carbonio e creando nuove fonti di reddito attraverso la vendita di crediti di carbonio. Inoltre, questi progressi possono migliorare i rating ambientali, sociali e di governance (ESG) di ExxonMobil, rendendola più attraente per gli investitori attenti all’ambiente. Ha registrato un fatturato di $413.7 billion nel 2023​​.

#2. Occidental Petroleum (OXY)

Occidental Petroleum (OXY ) è un leader nello sviluppo di progetti CCS su larga scala, in particolare quelli che integrano il carbonio catturato nei processi di recupero avanzato del petrolio (EOR). Adottando la sequestro del carbonio basata sull’oceano, Occidental può diversificare ulteriormente le sue iniziative CCS e migliorare le sue pratiche di sostenibilità. 

Finanziariamente, questa tecnologia offre doppi benefici: aiuta a ridurre le passività fiscali sul carbonio e genera entrate aggiuntive tramite crediti di carbonio. Inoltre, l’utilizzo del carbonio catturato nell’EOR può migliorare i tassi di recupero del petrolio, aumentando così l’efficienza produttiva e la redditività. L’azienda ha registrato un fatturato di $28.92 billion nel 2023.

Considerazioni finali

Prevenire ulteriori riscaldamenti dell’atmosfera terrestre e affrontare il cambiamento climatico sono priorità globali. Sono state adottate varie misure, tra cui l’eliminazione graduale dei combustibili che emettono carbonio e l’istituzione di obiettivi legalmente vincolanti per le emissioni nette zero. Catturare e immagazzinare CO2 è un’altra importante soluzione per decarbonizzare il nostro pianeta.

Questa sequestro del carbonio può essere realizzata in diversi modi, con le profondità oceaniche che offrono una posizione attraente per farlo. L’oceano è un pozzo di carbonio, utilizzando una pompa biologica del carbonio — il fitoplancton — per trasportare la CO2 superficiale al fondale marino tramite la catena alimentare, dove viene immagazzinata a lungo termine. Le pompe fisiche, guidate dalla circolazione oceanica, aiutano anche a sequestrare il carbonio disciolto.

Data la sua enorme capacità di stoccaggio e la capacità naturale di assorbire CO2, combinata con l’isolamento dall’atmosfera, il profondo oceano è un metodo popolare per lo stoccaggio del carbonio. Le tecniche variano dall’iniezione diretta di CO2 nel profondo oceano all’aggiunta di nutrienti per stimolare la crescita del fitoplancton e sfruttare l’alta pressione e le basse temperature per formare idrati solidi.

Tuttavia, questo approccio non è privo di sfide, come illustrato dal caso Running Tide, e sorgono problemi come l’acidificazione, i costi, il monitoraggio, la verifica e la sostenibilità.

È solo attraverso la ricerca e lo sviluppo costanti, come fatto dai ricercatori dell’Università del Texas, che possiamo trovare soluzioni che aiutano a immagazzinare carbonio senza danneggiare l’ambiente. In generale, le profondità oceaniche rappresentano un’opzione promettente ma incerta per lo scopo della sequestro del carbonio.

Clicca qui per un elenco delle prime cinque azioni di cattura del carbonio.