Negli anni più recenti sono state ideate e messe a punto diverse tecnologie per la cattura e il riutilizzo della CO2. Ecco una rassegna degli indirizzi più promettenti
di Luca Cioccolanti
(Rinnovabili.it) – Nel 1896 Svante Arrhenius (1859-1927) fu il primo a sostenere che l’utilizzo di combustibili fossili avesse un’incidenza sul clima in termini di riscaldamento globale correlando la concentrazione di anidride carbonica alla temperatura atmosferica. Nei decenni successivi tale teoria si rivelò veritiera e gli effetti dell’uso massivo dei combustibili fossili sul clima sono sempre più evidenti.
Nella prima metà del ventesimo secolo si riteneva che gli oceani da soli bastassero ad assorbire gli effetti generati dalle emissioni legate alle attività umane ma nel 1957 venne dimostrato che gli oceani, pur continuando ad assorbire la CO₂ in eccesso, iniziavano a diminuire la loro capacità: si iniziò così ad ipotizzare come la temperatura media globale della Terra sarebbe stata destinata ad aumentare negli anni.
Studi successivi hanno poi stimato come nel periodo tra il 2000 e il 2007 gli oceani e la geosfera abbiano assorbito circa il 54% delle emissioni totali di CO₂ e che la restante quantità di gas serra si sia accumulata in atmosfera. A tale processo si è, inoltre, aggiunta la progressiva perdita di capacità dei serbatoi naturali legata ad esempio alle pratiche di deforestazione con un effetto complessivo ancora più drastico.
Con l’accordo di Parigi, sottoscritto il 12 Dicembre del 2015 e poi entrato in vigore il 4 Novembre del 2016, gli Stati firmatari si sono ufficialmente impegnati a dare vita a politiche ambientali volte a contenere il riscaldamento globale al di sotto dei 2°C, limitandolo possibilmente a 1.5° rispetto ai livelli preindustriali e riducendo in tal modo le conseguenze dei relativi cambiamenti climatici in misura significativa.
Parallelamente all’implementazione di misure di efficienza energetica e allo sviluppo di tecnologie a fonte rinnovabile con efficienze di conversione via via superiori, negli anni più recenti sono state ideate e messe a punto diverse tecnologie per la cattura e il riutilizzo della CO2 con l’obiettivo di conciliare lo sviluppo industriale con la salvaguardia ambientale.
Con riferimento al riutilizzo della CO2, si stima che ad oggi vengano utilizzate circa 230Mt di anidride carbonica da parte dei diversi settori industriali a livello globale. Tra questi, il maggiore consumatore è rappresentato dall’industria dei fertilizzanti, per la quale vengono utilizzati circa 130Mt, seguito dal settore petrolifero e del gas, che consuma dalle 70 alle 80Mt di CO₂ per la tecnica di Enhanced Oil Recovery (EOR).
Oltre i sopra citati anche quello del food and beverage o dell’industria farmaceutica impiegano anidride carbonica ma tali applicazioni sono vincolate a flussi residuali contenenti CO2 ad elevata purezza. Negli ultimi anni, accanto agli utilizzi di cui sopra si stanno diffondendo altri impieghi della CO₂ in qualità di materia prima ad esempio per la produzione di combustibili, prodotti chimici e materiali da costruzione.
Per quanto riguarda i combustibili che possono essere prodotti oggi attraverso la conversione della CO₂ comprendono il metano, il metanolo, la benzina e i combustibili destinati all’aviazione. Essendo ancora costosa ed energivora, a causa della dipendenza dai processi di produzione dell’idrogeno, la sintesi di questi combustibili risulta interessante per applicazioni come l’aviazione dove l’uso di altri vettori energetici a basse emissioni di carbonio (e.g. l’idrogeno) è estremamente difficoltoso. Diverse aziende hanno già costruito impianti pilota che producono metano e metanolo impiegando CO₂ e idrogeno, arrivando a consumare nel loro complesso centinaia di tonnellate di anidride carbonica all’anno. Tuttavia, i costi stimati per la produzione di metano e metanolo sono dalle 2 alle 7 volte superiori rispetto ai loro equivalenti convenzionali, a seconda della regione del mondo in cui viene effettuato il calcolo.
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Per quanto riguarda il settore dei prodotti chimici, la CO₂ può essere impiegata per la produzione di sostanze chimiche, polimeri, fibre e gomme sintetiche. I processi impiegati in questo campo passano generalmente dalla produzione del metanolo, con modalità simili a quelle utilizzate per la produzione di combustibili, che viene poi convertito in alti componenti intermedi come olefine e aromatici. Una lavorazione a sé la richiede la produzione di polimeri CO₂-derived, per i quali viene sostituita l’anidride carbonica ad una parte della materia prima a componente fossile. Rispetto alla conversione della CO₂ per produrre combustibili o sostanze chimiche, i processi di produzione di polimeri richiedono un minore apporto energetico, risultando quindi più convenienti e competitivi sul mercato.
Nell’ambito dell’edilizia, si stanno sviluppando tecnologie in grado di realizzare materiali da costruzione che impieghino al loro interno anidride carbonica. In base alle materie prime e ai processi di realizzazione dei materiali si distinguono tre opzioni principali: il processo definito CO₂-curing, ossia di indurimento del calcestruzzo nel quale l’anidride carbonica si va a sostituire all’acqua; la sostituzione di componenti del materiale stesso con la CO₂; la reazione, definita carbonatazione, che viene fatta avvenire tra l’anidride carbonica e i materiali residuali di processi industriali o di produzione di energia. Tra queste applicazioni, la più collaudata e promettente è l’indurimento del calcestruzzo tramite CO₂, mentre i processi di integrazione dell’anidride carbonica direttamente nel materiale costitutivo sono ancora in una fase iniziale di sviluppo.
Infine, è di interesse del settore agricolo e ortofrutticolo l’impiego della anidride carbonica per migliorare i rendimenti dei processi biologici, come la produzione nelle serre. Una particolarità di questo settore è il fatto che interessi trasversalmente anche l’industria dei combustibili, in quanto la CO₂ può essere efficacemente impiegata per incrementare la coltivazione in appositi impianti di microalghe che vengono successivamente impiegati come biocarburanti. L’utilizzo della CO₂, parallelamente alla somministrazione di calore a bassa temperatura, nelle serre industriali ha oggi già larga applicazione ed è potenzialmente in grado di aumentare la resa produttiva in un range che va dal 25 al 30%.
In definitiva, esiste un interessante potenziale per lo sviluppo di prodotti e servizi qualitativamente competitivi rispetto agli equivalenti convenzionali, caratterizzati da un’impronta di carbonio sul pianeta inferiore e capaci così di favorire il raggiungimento degli obiettivi internazionali di riduzione delle emissioni di CO₂ a livello globale.
