DAC: Acquisizione diretta dell'aria (briefing sulla tecnologia)

 

 

Descrizione e scopo della tecnologia

La cattura diretta dell'aria (DAC) è una tecnologia proposta per la rimozione dei gas a effetto serra (GGR) che alcuni teorizzano potrebbe rimuovere la CO2 (e potenzialmente altri gas a effetto serra) dall'atmosfera terrestre su larga scala. In queste proposte, il carbonio viene immagazzinato sottoterra tramite la cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS) o in prodotti di durata variabile con tecniche di cattura, uso e stoccaggio del carbonio (CCUS).

Gli approcci DAC utilizzano reazioni chimiche per rimuovere la CO2 dall'atmosfera, utilizzando sostanze in grado di agire come un filtro CO2 selettivo. I due processi più sviluppati sono solventi liquidi e assorbenti solidi: la CO2 si dissolve in materiale solvente liquido, ad es. una forte soluzione di idrossido o aderisce alla superficie di un assorbente solido, come una resina plastica. Diversi concetti DAC utilizzano ventilatori di grandi dimensioni che spostano l'aria dell'ambiente attraverso i filtri per migliorare il processo di cattura, poiché la concentrazione di CO2 nell'atmosfera è compresa tra le parti di un miliardo.

Il processo di filtraggio della CO2, tuttavia, è solo il primo passo. Per consentire il loro utilizzo ripetitivo, i filtri devono essere in grado di rilasciare la CO2 catturata. Questo processo di rigenerazione richiede tipicamente una temperatura elevata (da 80°C a 800°C), che a sua volta richiede un elevato input di energia.1 Ulteriori approcci DAC includono la cattura di CO2 con dispositivi a batteria, la riduzione elettrochimica di CO2 o gli assorbenti con processi di rilascio basati sull'umidità.
 

I progetti degli impianti DAC proposti vanno dai container pieni di collettori di CO2 agli alberi artificiali.2
 

Tutte le forme di DAC sono estremamente dispendiose in termini di energia e costi. L'intero processo di cattura di una tonnellata di CO2 richiede da 5 a 10 GJ di energia elettrica e/o termica.3 Le stime dei costi per il DAC vanno da $ 100 a $ 1.000 per tonnellata, ma i costi inferiori per il DAC sono stati solo dimostrato teoricamente.4 Per avere un effetto significativo sulle concentrazioni globali di CO2, DAC dovrebbe essere implementato su vasta scala, sollevando seri interrogativi sulla grande quantità di energia richiesta, i livelli di utilizzo dell'acqua per alcune tecnologie, l'utilizzo del suolo, e gli impatti di tossicità derivanti dallo smaltimento degli assorbenti chimici utilizzati. Inoltre, non è possibile garantire uno stoccaggio di CO2 sicuro e a lungo termine.

 

Se viene utilizzato un approccio CCS, la CO2 catturata viene compressa in forma liquida e trasportata in siti dove potrebbe essere pompata in formazioni geologiche - teoricamente per lo stoccaggio a lungo termine, ma quella tecnologia presenta un'intera gamma di rischi, tra cui la perdita importante (vedi Technology Briefing su CCS).

CCUS è una proposta per "immagazzinare" la CO2 catturata in beni con una longevità variabile, come acqua frizzante, combustibili e prodotti chimici a base di carbonio o materiali da costruzione. La CO2, catturata ad alta intensità energetica, di solito rientra nell'atmosfera quindi è nella migliore delle ipotesi un rinvio delle emissioni. (vedi Technology Briefing su CCUS).

L'industria dei combustibili fossili è attratta dal DAC perché la CO2 catturata può essere utilizzata per Enhanced Oil Recovery (EOR), il che significa che verranno estratti più combustibili fossili e più CO2 verrà emessa.

Tutte queste tecniche (CCS, CCUS, DAC) sono particolarmente interessanti per le industrie dei combustibili fossili, che sono i loro principali investitori, perché aiutano a giustificare l'estrazione continua e l'uso di fonti di energia sporca. Ciò implica la continua devastazione delle comunità povere in tutto il mondo, con gravi conseguenze sulla giustizia ambientale, sulla salute e sull'economia, pur avendo poche prove di poter affrontare la crisi climatica nella scala richiesta.

 

 

Attori coinvolti

Diverse aziende e istituti di ricerca stanno lavorando per commercializzare e far progredire le tecnologie DAC. Il settore riceve investimenti privati e pubblici; milioni di importi a due cifre non sono rari.

Gli investitori privati includono in particolare, ma non esclusivamente, il settore dei combustibili fossili e minerario, tra cui la compagnia petrolifera australiana BHP, Bill Gates (che ha importanti investimenti nel trasporto di petrolio), l'industria automobilistica, Chevron Technology Ventures, ExxonMobil, le sabbie bituminose canadesi il mega investitore Murray Edwards, Occidental Petroleum e Shell. La maggior parte dei finanziamenti pubblici al settore DAC è stata fornita da USA, Unione Europea (UE), Canada, Svizzera e Norvegia.5

Molte aziende DAC sono spin-off di istituti di ricerca.6 Climeworks AG, uno spinoff dell'ETH di Zurigo, è l'azienda con il maggior numero di impianti DAC finora. 

 

 

L'elevato costo di Direct Air Capture significa che stretti legami
con l'industria petrolifera sono il percorso più
probabile per l'adozione.

 

Impatti

Diverse aziende e istituti di ricerca stanno lavorando per commercializzare e far progredire le tecnologie DAC. Il settore riceve investimenti privati ​​e pubblici; milioni di importi a due cifre non sono rari.

L'azienda ha commissionato il suo primo impianto nel 2017 a Hinwil, in Svizzera, e sta partecipando a diversi progetti di ricerca. Secondo Climeworks, l'impianto di Hinwil cattura ogni anno circa 900 tonnellate di CO2 e trasporta parte della CO2 catturata a una serra vicina per la fertilizzazione con CO2. Circa 600 tonnellate di CO2 vengono trasportate su camion all'impianto di produzione svizzero del marchio di acqua frizzante "Valser" della Coca-Cola. Climeworks collabora con diverse società per sviluppare e produrre combustibili sintetici prodotti dalla CO2 catturata, tra cui la società norvegese Nordic Blue Crude AS, nonché un progetto congiunto del gruppo petrolifero italiano ENI e dello spinoff svizzero Synhelion. Climeworks è stata sostenuta con oltre 50 milioni di euro in sovvenzioni pubbliche e private.7 Carbon Engineering Ltd., una società fondata da David Keith (Harvard University) ha commissionato un impianto pilota a Squamish, in Canada nel 2015, che cattura circa una tonnellata di CO2 un giorno. Nel 2017 l'impianto è stato collegato a una piattaforma di sintesi di combustibili, con l'obiettivo di produrre combustibili sintetici per il trasporto, basati sulla CO2 e l'idrogeno catturati. La società ha raccolto oltre 100 milioni di CAD da molteplici investitori privati, comprese compagnie petrolifere e minerarie (Chevron, Occidental Petroleum e BHP) e da fonti pubbliche e prevede di commissionare un impianto DAC più grande in collaborazione con Oxy Low Carbon Ventures nel 2023. La CO2 catturata verrà utilizzata per l'EOR, il che significa più combustibili fossili e più emissioni di CO2.

Il governatore dello Stato di Washington Jay Inslee ispeziona un'unità DAC Climeworks in Svizzera (Jay Inslee/Creative Commons)

L'azienda statunitense Global Thermostat gestisce un impianto pilota DAC a Menlo Park, in California, dal 2010. Nel 2018 ha aperto il suo primo impianto commerciale, catturando 4.000 tonnellate di CO2 all'anno, a Huntsville, in Alabama. Nel 2019, la società ha firmato un accordo di sviluppo congiunto con ExxonMobil per studiare la scalabilità della tecnologia DAC di Global Thermostat. Al momento della stesura di questo documento, la società ha raccolto più di 70 milioni di dollari di finanziamenti.9
 

In tutto il mondo, ci sono più di dieci altre iniziative per sviluppare ulteriormente e commercializzare la tecnologia DAC, tra cui la finlandese Soletair Power. L'azienda ha sviluppato una tecnologia che combina DAC, un elettrolizzatore per la produzione di idrogeno e un reattore di sintesi per la produzione di idrocarburi e ha commissionato il suo primo impianto dimostrativo nel 2018. La società americana Infinitree LLC sviluppa un sistema di cattura di CO2 da utilizzare nelle serre.

La società con sede a Dublino Silicon Kingdom Holdings prevede di commercializzare la tecnologia DAC sviluppata presso il Center for Negative Carbon Emissions dell'Arizona State University e prevede di "piantare" 1.200 alberi meccanici per la cattura di CO2.10
 

Il più grande programma di ricerca al mondo sul DAC è il progetto di ricerca paneuropeo CarbFix, finanziato dall'UE, guidato da Reykjavik Energy. Il progetto combina DAC con CCS e prevede la cattura di CO2 e H2S presso la centrale geotermica Hellisheidi di Reykjavik Energy, vicino a Reykjavik. La CO2 viene disciolta in acqua sotto pressione e la soluzione viene iniettata nelle formazioni basaltiche vicine all'impianto, a una profondità da 400 ma 800 m, con l'obiettivo di immagazzinare il gas in forma minerale nel substrato roccioso. Il progetto europeo di follow-up GECO (Geothermal Emission Control) è condotto per approfondire e sviluppare ulteriormente i risultati di CarbFix in cinque siti dimostrativi in ​​tutta Europa.11

 

 

Impatti della tecnologia

Il problema principale con DAC, come con CCS e CCUS (tutti particolarmente interessanti per le industrie dei combustibili fossili, che sono i loro principali investitori), è che prolunga la vita delle fonti di energia sporche e la continua devastazione delle comunità povere in tutto il mondo. Causano gravi conseguenze per la giustizia ambientale, la salute e l'economia. Non ci sono prove che queste tecnologie possano affrontare la crisi climatica nella scala richiesta.12

Sebbene si sappia poco sull'efficienza, la sicurezza e gli impatti della cattura di CO2 del DAC, diverse aziende hanno già iniziato a commercializzare il DAC come soluzione per il clima. Se la tecnologia stessa sia rispettosa del clima deve essere messo in discussione in modo critico, tra le altre ragioni, perché il DAC richiede notevoli input energetici. Questi input producono emissioni di GHG se non sono completamente ricavati da energia rinnovabile. L'energia necessaria per catturare le 600 tonnellate di CO2 fornite da Climeworks al marchio di acqua frizzante “Valser” è sufficiente per fornire elettricità a 760 cittadini dell'UE per un periodo di un anno, anche se questo numero esclude l'energia necessaria per comprimere, purificare e trasportare la CO2 su ~ 200 km su camion13 con molte persone - in particolare nel Sud del mondo - ancora senza accesso all'elettricità, sembra incompatibile con i principi della giustizia climatica globale utilizzare quantità eccessive di capacità di energia rinnovabile nei paesi sviluppati del nord che aiuteranno le industrie inquinanti a continuare a lavorare come al solito. Distribuiti su vasta scala, gli impianti DAC richiedono un'infrastruttura significativa. Per catturare un milione di tonnellate di CO2 all'anno in un sistema a solvente liquido, l'impronta del suolo è stata stimata tra 60 e 100 km² per un sistema alimentato da energia solare. Ciò significa che il funzionamento del DAC su una scala sufficiente per avere un impatto sulle emissioni globali di carbonio sarebbe una minaccia considerevole per vaste aree degli ecosistemi naturali.14 Un'analisi completa del ciclo di vita sulla costruzione, manutenzione e impatti ambientali degli impianti DAC su larga scala non lo è. disponibile ed è una grave lacuna di conoscenza. Ad esempio, si sa poco sulla tossicità, la produzione e lo smaltimento dei solventi e degli assorbenti di CO2 in uso.

Le soluzioni di idrossido in uso, ad es. Le soluzioni di idrossido di potassio di Carbon Engineering richiedono notevoli quantità di energia e acqua durante la produzione e sono altamente corrosive. Possono verificarsi perdite durante il ciclo di cattura.15 Anche il consumo di acqua è un problema durante il processo DAC: il consumo di acqua per una tonnellata di CO2 catturata è stimato tra 5 e 13 tonnellate di acqua e alcuni processi DAC basati su assorbenti solidi possono richiedere fino a 20 tonnellate di acqua per ogni tonnellata di CO2 catturata.16 Adeguata alle dimensioni rilevanti per il clima, questa tecnologia potrebbe esacerbare la scarsità d'acqua, che è già uno dei gravi problemi della crisi climatica.

La CO2 catturata viene proposta come materia prima per CCS o per usi industriali. I sostenitori del DAC confidano che lo stoccaggio geologico della CO2 in giacimenti vuoti di petrolio e gas, o in acquiferi salini profondi, sarà disponibile, efficace e affidabile.

Eppure c'è poca esperienza nel mondo reale su cui basare quella fede. Sembra improbabile che lo stoccaggio geologico possa mai garantire uno stoccaggio affidabile e durevole, anche prima di discutere lo stoccaggio di miliardi di tonnellate di carbonio. Nel 2018, un gruppo di autori ha affermato che le iniezioni nel sito islandese del DACCS Hellisheidi hanno portato ad attività sismica indotta.17
 

L'uso della CO2 catturata per l'EOR porta a emissioni di combustibili fossili ancora maggiori. Nei casi in cui la CO2 catturata viene utilizzata nei prodotti di consumo (CCUS), di solito rientra nell'atmosfera e il risultato complessivo molto probabile è che più CO2 finisca nell'atmosfera di quella effettivamente rimossa a causa delle grandi quantità di energia utilizzata per il processo DAC.
Un esercizio di modellizzazione che esaminava l'impatto del DAC sugli sforzi di stabilizzazione del clima ha previsto che avrebbe posticipato i tempi di mitigazione (riduzione delle emissioni) e avrebbe consentito un uso prolungato del petrolio, con un impatto positivo sui paesi esportatori di energia.18 Questo è ovviamente simile per molti Le tecnologie di geoingegneria e il consenso prodotto per un ulteriore utilizzo di combustibili fossili sono uno dei principali pericoli che il DAC e altri schemi di cattura del carbonio rappresentano.

Controllo della realtà

Gli approcci ingegneristici per il DAC sono diversificati e ci sono più di venti siti di prova, ma nessuno opera su scala commerciale. Sono stati annunciati siti DAC su larga scala e sono in corso numerosi nuovi progetti di ricerca. Un massiccio aumento di scala del DAC è realizzabile solo con un notevole aumento della produzione di energia, enormi quantità di acqua e notevoli quantità di finanziamenti. Il destino della CO2 catturata e se ci saranno opzioni di stoccaggio permanente rimane altamente incerto.

Ulteriori letture

Geoengineering Monitor (2019),
“Direct Air Capture – recent developments and future plans”
http://www.geoengineeringmonitor.org/2019/07/direct-air-capture-recent-developmentsand-future-plans/

ETC Group e Heinrich Böll Foundation, "Geoengineering Map"
https://map.geoengineeringmonitor.org/

 

 

 

Note di chiusura

1. Beuttler, et al. (2019) Il ruolo della cattura diretta dell'aria nella mitigazione delle emissioni di gas serra antropogeniche, in: Front. Clim., Pubblicato online: 21 novembre 2019, https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fclim.2019.00010/full; ETC Group e Heinrich Böll Foundation (2020) Geoengineering Map, https://map.geoengineeringmonitor.org/
2. ETC Group e Heinrich Böll Foundation (2020)
3. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (2019) Negative Emissions Technologies and Reliable Sequestration: A Research Agenda, Washington, DC: The National Academies Press, 510 pagine, ISBN 978-0-309-48452-7, https://doi.org/10.17226/25259; Gambhir & Tavoni (2019) Direct Air Carbon Capture and Sequestration: How It Works and How It Could Contribute to Climate Change Mitigation, in: One Earth, Vol. 1 (4): 405-409
4. Nisbet (2019) IL DIBATTITO SULLA RIMOZIONE DEL CARBONIO. Porre domande critiche sui futures sui cambiamenti climatici, sul carbonio Removal Briefing No.2, Institute for Carbon Law Removal and Policy, American University, 24 pagine, https://www.american.edu/sis/centers/carbon-removal/upload/carbon-removal-debate.pdf; Fuss, et al. (2018) Emissioni negative-Parte 2: Costi, potenziali ed effetti collaterali, in: Environmental Research Letters, Vol 13 (6): 063002,
   https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/aabf9f
   
5. ETC Group e Heinrich Böll Foundation (2020)
6. ETC Group e Heinrich Böll Foundation (2020)
7. ETC Group e Heinrich Böll Foundation (2020)
8. ETC Group e Heinrich Böll Foundation (2020)
9. ETC Group e Heinrich Böll Foundation (2020)
10. ETC Group e Heinrich Böll Foundation (2020)
11. ETC Group e Heinrich Böll Foundation (2020)
12. ETC Group e Heinrich Böll Foundation (2020)
13. Eurostat (2019) Electricity and heat statistics, consultato: febbraio 2020, https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Electricity_and_heat_statistics; ETC Group e Heinrich Böll Foundation (2020)
14. Accademie nazionali di scienze, ingegneria e medicina (2019); Nisbet (2019)
15. Realmonte, et al. (2019) Una valutazione inter-modello del ruolo della cattura diretta dell'aria nei percorsi di mitigazione profonda, Natural Communications, vol. 10,
    https://www.nature.com/articles/s41467-019-10842-5;
    Accademie nazionali di Scienze, ingegneria e medicina (2019)
16. Realmonte, et al. (2019)
17. Juncu, et al. (2018) Deformazione superficiale indotta da iniezione e sismicità nel campo geotermico di Hellisheidi, Islanda, Journal of Volcanology and Geothermal Research, Vol. 391,
    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0377027317304080?via%3Dihub
18. Chen e Tavoni (2013) Cattura diretta dell'aria della CO2 e stabilizzazione del clima: una valutazione basata su modello, Climatic Change, vol. 118: 59–72, https://doi.org/10.1007/s10584-013-0714-7
    https://www.reuters.com/article/us-climatechange-geoengineering/scientists-dim-sunlight-suck-up-carbon-dioxide-to-cool-planet-idUSKBN1AB0J3

6. ClimeWorks, "Climeworks and CarbFix2: la prima soluzione al mondo per la rimozione del carbonio tramite cattura diretta dell'aria", 2017,
https://beyond-ratings.com/publications/what-debate-around-air-captures-economic-potential-says-way-we-deal-mitigation/

7. Saving Iceland, "Hellisheidi: a geothermal embarrassment", 2017,
https://www.savingiceland.org/2012/08/hellisheidi-a-geothermal-embarrassment/

8. Algae Systems, 2017,
http://algaesystems.com

9. Infinitree, "Carbon Capture Greenhouse Enrichment", 2017,
http://www.infinitreellc.com/

10. Marc Gunther, "The business of cooling the planet", Fortune, 2011,
https://fortune.com/2011/10/07/the-business-of-cooling-the-planet/

11. Marc Gunther, "Cattura diretta del carbonio nell'aria: la risposta del petrolio al fracking?" GreenBiz, 2012, https://www.greenbiz.com/article/direct-air-carbon-capture-oils-answer-fracking

12. Derek Martin et al., "Carbon Dioxide Removal Options: A Literature Review Identifying Carbon Removal Potentials and Costs", University of Michigan, 2017

13. Marc Gunther, 2012,
https://e360.yale.edu/features/geoengineering_carbon_dioxide_removal_technology_from_pollutant_to_asset

14. Katie Fehrenbacher, "Algae startup Sapphire Energy raise $ 144M", Gigaom, 2012,
https://gigaom.com/2012/04/02/algae-startup-sapphire-energy-raising-144m/

15. Pete Smith et al., "Limiti biofisici ed economici alle emissioni negative di CO2", Nature Climate Change, 2015

16. W = J/t, quindi 45GJ/1 giorno in secondi = circa 500.000 W.

17. Proposto da David Sevier, Carbon Cycle Limited, Regno Unito; comunicazione in un gruppo di discussione elettronica sulla geoingegneria, settembre 2017

18. Pete Smith et al., 2015

19. Chen Chen e Massimo Tavoni, "Cattura diretta dell'aria di CO2 e stabilizzazione del clima: una valutazione basata su un modello", Cambiamento climatico, vol. 118, 2013, pagg. 59–72

20. Christa Marshall, "In Svizzera, una nuova gigantesca macchina aspira il carbonio direttamente dall'aria", Science, 2017

 

 

 

 

Fonte: GeoengineeringMonitor