Queste macchine eliminano i gas serra dall’aria: un inventore della tecnologia di cattura diretta dell’aria ne mostra il funzionamento

L’Arizona State University fornisce finanziamenti come membro di The Conversation US.

Due secoli di combustione di combustibili fossili hanno immesso nell’atmosfera una quantità di anidride carbonica, un potente gas serra, superiore a quella che la natura è in grado di rimuovere. Quando la CO2 si accumula, intrappola il calore in eccesso vicino alla superficie terrestre, causando il riscaldamento globale. La quantità di CO2 presente nell’atmosfera è tale che, secondo la maggior parte degli scenari, la fine delle emissioni da sola non sarà sufficiente a stabilizzare il clima: l’umanità dovrà anche rimuovere la CO2 dall’aria.

Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha un nuovo obiettivo: aumentare la cattura diretta dell’aria, una tecnologia che utilizza reazioni chimiche per catturare la CO2 dall’aria. Sebbene i finanziamenti federali per la cattura del carbonio siano spesso oggetto di critiche perché alcuni li considerano una scusa per continuare a utilizzare i combustibili fossili, è probabile che la rimozione del carbonio in qualche forma sarà ancora necessaria, come dimostrano i rapporti dell’IPCC. La tecnologia per la rimozione meccanica del carbonio è in fase di sviluppo e funziona su scala molto ridotta, in parte perché i metodi attuali sono proibitivi in termini di costi e di energia. Ma quest’anno si stanno sperimentando nuove tecniche che potrebbero contribuire a ridurre la richiesta di energia e i costi.

Abbiamo chiesto al professor Klaus Lackner dell’Arizona State University, un pioniere della cattura diretta dell’aria e dello stoccaggio del carbonio, di illustrarci lo stato della tecnologia e la direzione che sta prendendo.

Che cos’è la rimozione diretta del carbonio e perché è considerata necessaria?

Quando mi sono interessato alla gestione del carbonio all’inizio degli anni ’90, ciò che mi ha spinto è stata la constatazione che il carbonio si accumula nell’ambiente. La natura impiega migliaia di anni per rimuovere la CO2 e noi siamo in una traiettoria verso concentrazioni di CO2 molto più elevate, ben al di là di quanto l’uomo abbia mai sperimentato.

L’umanità non può permettersi di avere quantità crescenti di carbonio in eccesso che fluttuano nell’ambiente, per cui dobbiamo eliminarlo.

Non tutte le emissioni provengono da grandi fonti, come le centrali elettriche o le fabbriche, dove possiamo catturare la CO2 quando esce. Dobbiamo quindi occuparci dell’altra metà delle emissioni: dalle auto, dagli aerei, da una doccia calda mentre il vostro forno a gas emette CO2. Ciò significa estrarre la CO2 dall’aria.

Poiché la CO2 si mescola rapidamente nell’aria, non importa in quale parte del mondo venga rimossa: l’eliminazione ha lo stesso impatto. Possiamo quindi collocare la tecnologia di cattura diretta dell’aria proprio dove intendiamo utilizzare o stoccare la CO2.

Anche il metodo di stoccaggio è importante. Stoccare la CO2 per soli 60 o 100 anni non è sufficiente. Se tra 100 anni tutto quel carbonio sarà di nuovo nell’ambiente, non avremo fatto altro che prenderci cura di noi stessi, e i nostri nipoti dovranno trovare un’altra soluzione. Nel frattempo, il consumo energetico mondiale cresce di circa il 2% all’anno.

Una delle lamentele sulla cattura diretta dell’aria, oltre al costo, è che è ad alta intensità energetica. È possibile ridurre il consumo di energia?

Due grandi consumi energetici nella cattura diretta dell’aria sono il funzionamento dei ventilatori per aspirare l’aria e il riscaldamento per estrarre la CO2. Esistono modi per ridurre la domanda di energia per entrambi.

Ad esempio, ci siamo imbattuti in un materiale che attira la CO2 quando è asciutto e la rilascia quando è bagnato. Ci siamo resi conto che potevamo esporre questo materiale al vento e si sarebbe caricato di CO2. Poi potremmo bagnarlo e questo rilascerebbe la CO2 in un modo che richiede molta meno energia rispetto ad altri sistemi. L’aggiunta di calore creato da energia rinnovabile aumenta ulteriormente la pressione della CO2, in modo da avere un gas di CO2 misto a vapore acqueo da cui possiamo raccogliere CO2 pura.

Possiamo risparmiare ancora più energia se la cattura è passiva: non è necessario avere ventole che soffiano l’aria in giro; l’aria si muove da sola.

Il mio laboratorio sta creando un metodo per farlo, chiamato alberi meccanici. Si tratta di alte colonne verticali di dischi rivestiti di resina chimica, di circa un metro e mezzo di diametro, con i dischi distanziati di circa 5 pollici, come una pila di dischi. Quando l’aria passa, le superfici dei dischi assorbono CO2. Dopo circa 20 minuti, i dischi sono pieni e affondano in un barile sottostante. Inviamo acqua e vapore per rilasciare la CO2 in un ambiente chiuso e ora abbiamo una miscela a bassa pressione di vapore acqueo e CO2. Possiamo recuperare la maggior parte del calore utilizzato per riscaldare la scatola, quindi la quantità di energia necessaria per il riscaldamento è piuttosto ridotta.

Utilizzando l’umidità, possiamo evitare circa la metà del consumo energetico e utilizzare energia rinnovabile per il resto. Questo metodo richiede acqua e aria secca, quindi non sarà ideale ovunque, ma ci sono anche altri metodi.

La CO2 può essere immagazzinata in modo sicuro a lungo termine e ce n’è abbastanza per questo tipo di stoccaggio?

Ho iniziato a lavorare sul concetto di sequestro minerario negli anni ’90, guidando un gruppo a Los Alamos. Il mondo può effettivamente mettere al riparo la CO2 in modo permanente sfruttando il fatto che è un acido e alcune rocce sono basiche. Quando la CO2 reagisce con i minerali ricchi di calcio, forma carbonati solidi. Mineralizzando la CO2 in questo modo, possiamo immagazzinare in modo permanente una quantità quasi illimitata di carbonio.

Per esempio, in Islanda c’è molto basalto – roccia vulcanica – che reagisce con la CO2 e la trasforma in carbonati solidi nel giro di pochi mesi. L’Islanda potrebbe vendere certificati di sequestro del carbonio al resto del mondo, perché mette via la CO2 per il resto del mondo.

Esistono anche enormi giacimenti sotterranei derivanti dalla produzione di petrolio nel Bacino Permiano in Texas. Ci sono grandi acquiferi salini. Nel Mare del Nord, un chilometro sotto il fondo dell’oceano, la società energetica Equinor cattura la CO2 da un impianto di lavorazione del gas e ne stocca un milione di tonnellate all’anno dal 1996, evitando la tassa norvegese sulle emissioni di CO2. La quantità di stoccaggio sotterraneo in cui è possibile effettuare il sequestro minerario è di gran lunga superiore a quella di cui avremo mai bisogno per la CO2. La domanda è quanto possa essere convertito in riserva accertata.

Possiamo anche utilizzare la cattura diretta dell’aria per chiudere il ciclo del carbonio – il che significa che la CO2 viene riutilizzata, catturata e riutilizzata di nuovo per evitare di produrne altra. Attualmente si utilizza il carbonio dei combustibili fossili per estrarre energia. È possibile convertire la CO2 in carburanti sintetici – benzina, diesel o cherosene – che non contengono nuovo carbonio, mescolando la CO2 catturata con idrogeno verde creato con energia rinnovabile. Il carburante può essere facilmente trasportato attraverso le condutture esistenti ed essere immagazzinato per anni, in modo da poter produrre calore ed elettricità a Boston in una notte d’inverno utilizzando l’energia raccolta sotto forma di sole nel Texas occidentale l’estate scorsa. Una cisterna di “synfuel” non costa molto ed è più conveniente di una batteria.

Il Dipartimento dell’Energia ha fissato il nuovo obiettivo di ridurre i costi di rimozione dell’anidride carbonica a 100 dollari per tonnellata e di scalarli rapidamente entro un decennio. Che cosa deve succedere perché questo diventi realtà?

Il Dipartimento dell’Energia mi spaventa perché fa credere che la tecnologia sia già pronta. Dopo aver trascurato la tecnologia per 30 anni, non possiamo semplicemente dire che ci sono aziende che sanno come farlo e tutto ciò che dobbiamo fare è spingerle a farlo. Dobbiamo pensare che si tratti di una tecnologia nascente.

Climeworks è la più grande azienda che si occupa di cattura diretta a livello commerciale e vende la CO2 a circa 500-1.000 dollari a tonnellata. È un prezzo troppo alto. D’altra parte, a 50 dollari per tonnellata, il mondo potrebbe farlo. Penso che possiamo arrivarci.

Gli Stati Uniti consumano circa 7 milioni di tonnellate di CO2 all’anno in CO2 commerciale – si pensi alle bibite gassate, agli estintori, ai silos di grano che la usano per controllare la polvere di grano, che è un rischio di esplosione. Il prezzo medio è di 60-150 dollari. Quindi al di sotto dei 100 dollari c’è un mercato.

Ciò che serve davvero è un quadro normativo che dica: “Chiediamo che la CO2 venga eliminata”, e allora il mercato passerà dalla cattura di chilotoni di CO2 di oggi alla cattura di gigatoni di CO2.

Dove vede questa tecnologia tra 10 anni?

Vedo un mondo che abbandona i combustibili fossili, probabilmente in modo graduale, ma che ha il mandato di catturare e stoccare tutta la CO2 a lungo termine.

La nostra raccomandazione è che quando il carbonio viene estratto dal suolo, deve essere corrisposto da un’uguale rimozione. Se si produce una tonnellata di carbonio associata al carbone, al petrolio o al gas, bisogna metterne via una tonnellata. Non deve essere necessariamente la stessa tonnellata, ma deve esserci un certificato di sequestro che assicuri che è stata messa via e deve durare più di 100 anni. Se tutto il carbonio è certificato dal momento in cui viene estratto dal terreno, è più difficile imbrogliare il sistema.

Una grande incognita è quanto l’industria e la società si impegneranno per diventare neutrali rispetto al carbonio. È incoraggiante vedere aziende come Microsoft e Stripe che acquistano crediti e certificati di carbonio per eliminare la CO2 e sono disposte a pagare prezzi piuttosto elevati.

La penetrazione di una nuova tecnologia può richiedere uno o due decenni, ma se l’attrazione economica è presente, le cose possono andare velocemente. Il primo jet commerciale fu disponibile nel 1951. Nel 1965 erano ormai onnipresenti.