di Anja Chalmin
Dal 2017, le società Carbfix e Climeworks lavorano a progetti congiunti per catturare la CO2 e iniettarla nel sottosuolo in Islanda. Ora questa cooperazione deve essere ulteriormente ampliata: Climeworks mira a moltiplicare la quantità di CO2 catturata e Carbfix mira ad aumentare la scala delle iniezioni sotterranee. Ciò implica anche un'intensificazione delle già elevate esigenze energetiche e idriche del progetto. Ad esempio, il consumo energetico della tecnologia DAC di Climeworks rimane elevato e aumenta linearmente con la quantità di CO2 catturata. Nel caso dell'iniezione sotterranea di CO2, non è chiaro se tutti i rischi e gli impatti, che possono diventare critici soprattutto in uno scenario di implementazione su larga scala, siano stati pienamente compresi.
Dal 2017, le società Carbfix e Climeworks lavorano a progetti congiunti per catturare la CO2 e iniettarla nel sottosuolo in Islanda. Ora questa cooperazione deve essere ulteriormente ampliata: Climeworks mira a moltiplicare la quantità di CO2 catturata e Carbfix mira ad aumentare la scala delle iniezioni sotterranee. Ciò implica anche un'intensificazione delle già elevate esigenze energetiche e idriche del progetto. Ad esempio, il consumo energetico della tecnologia DAC di Climeworks rimane elevato e aumenta linearmente con la quantità di CO2 catturata. Nel caso dell'iniezione sotterranea di CO2, non è chiaro se tutti i rischi e gli impatti, che possono diventare critici soprattutto in uno scenario di implementazione su larga scala, siano stati pienamente compresi.
La società Carbfix, costituita dal 2019 come sussidiaria di Reykjavik Energy, è stata avviata come progetto nel 2006 e formalizzata nel 2007 da quattro soci fondatori: Reykjavík Energy, l'Università dell'Islanda, il CNRS di Tolosa e l'Earth Institute della Columbia University. Carbfix si trova presso la centrale geotermica islandese Hellisheidi (Hellisheidarvirkjun), nell'area geotermica di Hengill, a circa 25 km a est di Reykjavík. La centrale termica ed elettrica è stata commissionata nel 2006 ed è di proprietà e gestita da ON Power, un'altra sussidiaria di Reykjavík Energy. La più grande centrale geotermica islandese ha una capacità di 200 megawatt di energia termica e 303 megawatt di elettricità. Fornisce acqua calda ed elettricità alla città di Reykjavik ed emette circa 40.000 tonnellate di CO2 all'anno.
Dal 2011 al 2021, dopo quasi cinque anni di modellazione e R&S su scala di laboratorio, i progetti di ricerca paneuropei CarbFix e CarbFix2, guidati da Reykjavík Energy, sono stati finanziati con 3,77 milioni di euro nell'ambito dei programmi quadro di ricerca europei 7 e 8. I progetti avanzato il processo sviluppato da Carbfix. In questo processo, l'anidride carbonica (CO2) e l'idrogeno solforato (H2S) vengono prima dissolti in acqua attraverso un processo di lavaggio dell'acqua, un processo fisico in cui i gas vengono portati a contatto con l'acqua sotto pressione. Quindi i gas disciolti vengono iniettati in formazioni basaltiche a 400-800 m di profondità, con l'obiettivo di immagazzinare i gas in forma minerale nel substrato roccioso. Le iniezioni nelle formazioni basaltiche sono iniziate nel 2012, tre chilometri a sud-ovest dell'impianto di Hellisheidi. Con questo approccio, il progetto cattura e inietta il 33% delle emissioni di CO2 dell'impianto di Hellisheidi e il 75% delle emissioni di H2S. Carbfix afferma che la CO2 disciolta è mineralizzata nella roccia basaltica porosa. I cosiddetti carbonati si formano attraverso il contatto con minerali come magnesio, calcio e ferro. Secondo Carbfix il 95% della CO2 disciolta si trasforma in carbonati in circa due anni, l'H2S disciolto entro quattro mesi.
La società svizzera Climeworks AG è entrata a far parte di CarbFix2 nel 2017 e ha fornito un modulo Direct Air Capture (DAC) con una capacità di cattura fino a 50 tonnellate di CO2 all'anno. Il modulo DAC cattura la CO2 dall'aria ambiente, utilizzando un filtro chimico. Per questo, l'aria ambiente viene soffiata attraverso il modulo con grandi ventilatori. Una volta che il filtro è saturo, la CO2 può essere rilasciata e isolata – sigillando il modulo, alzando la temperatura (80-100°C) e creando pressione (vuoto). Una corsa dura circa quattro ore e il processo richiede ~2.000 kWh di energia termica e ~650 kWh di elettricità per catturare una tonnellata di CO2. La CO2 così separata dall'aria ambiente viene anche miscelata con acqua e iniettata, a 1.000 metri di profondità, nei vicini strati basaltici sotterranei per la mineralizzazione. Nel settembre 2021, la capacità di cattura della CO2 è stata portata fino a 4.000 tonnellate all'anno con la messa in funzione dell'impianto Orca di Climeworks, nelle immediate vicinanze dell'impianto di Hellisheidi. L'impianto è composto da otto container, ciascuno con una capacità di cattura annua di CO2 fino a 500 tonnellate.
La Climeworks AG ha stimato che il costo di costruzione di Orca, compreso lo sviluppo e lo stoccaggio, sia compreso tra 10 e 15 milioni di dollari. Non si sa esattamente da dove provenissero i fondi per il progetto, ma finora sono noti al pubblico più di 150 milioni di euro in sovvenzioni pubbliche e private per Climeworks. Il solo round di finanziamento del 2020 ha raccolto oltre 90 milioni di euro e nel 2021 Swiss Re e Climeworks hanno firmato un accordo del valore di 10 milioni di dollari. Da giugno 2019, 8.000 clienti privati hanno sottoscritto l'acquisto di compensazioni di carbonio, presso il sito del progetto CarbFix, al prezzo di 1.200 dollari USA per tonnellata di CO2. Se acquistato all'ingrosso, il prezzo per tonnellata di CO2 è vicino a US $ 600. Microsoft ha pre-acquistato 1.400 tonnellate di rimozione di CO2 da Orca per un importo non divulgato e Shopify ha pre-acquistato 5.000 tonnellate. Questi pagamenti hanno aiutato Climeworks ad andare avanti con la pianificazione e le costruzioni di Orca. I prezzi da US$ 600 a US$ 1.200 per tonnellata di CO2 sono alti e ostacolano la crescita dell'industria DAC. Sebbene Orca abbia moltiplicato la capacità DAC rispetto alle precedenti installazioni Climeworks, il costo per tonnellata di CO2 catturata è rimasto pressoché invariato a un livello elevato. Secondo Climeworks, "lontano dai livelli di circa $ 100 a $ 150 per tonnellata che sono necessari per realizzare un profitto senza l'aiuto di alcun sussidio governativo". La compagnia petrolifera e del gas Shell ha indicato "emissioni dirette di gas serra" di 63 milioni di tonnellate di CO2 equivalente per il 2020. Ad un prezzo di 600 dollari per tonnellata, ciò significherebbe un costo di 37,8 miliardi di dollari.
I costi costantemente elevati sono uno dei motivi per cui Climeworks è lontana dal suo obiettivo originale di catturare l'1% delle emissioni globali annue di CO₂ entro il 2025, oltre 300 milioni di tonnellate. Quest'anno, Climeworks ha rivisto l'obiettivo al ribasso a 0,5 milioni di tonnellate entro la fine del decennio. In confronto, secondo l'Agenzia internazionale per l'energia, le emissioni globali di CO2 legate all'energia nel 2020 sono state pari a 31,5 gigatonnellate di CO2. L'attuale capacità di Orca, 4.000 tonnellate di CO2, è equivalente alle emissioni medie annue di CO2 di 2.425 nuove autovetture nell'Unione Europea[1]. Non solo i costi, ma anche l'input energetico per tonnellata di CO2 catturata è rimasto elevato a Orca, anche rispetto ai precedenti impianti Climeworks. Per catturare 4.000 tonnellate di CO2 all'anno, il processo di cattura di Climeworks richiede ~8 milioni di kWh di energia termica e ~2,6 milioni di kWh di elettricità. Ciò significa che, utilizzando Orca, l'impianto di Hellisheidi ha circa 10,6 milioni di kWh in meno disponibili all'anno per rifornire i clienti di Reykjavik. Nel 2017, le famiglie islandesi avevano un consumo energetico medio annuo di 77 MJ/capite, il che significa che la domanda energetica annuale di Orca fornirebbe più di 495.500 abitanti, che è più del consumo energetico medio annuo a livello familiare di tutti gli abitanti dell'Islanda (popolazione: 361.000 ).
Entrambe le società, Carbfix e Climeworks, intendono espandere ulteriormente le loro attività di cattura della CO2 a Hellisheidi. Dopo la messa in servizio di Orca, Climeworks sta già valutando di espandere di dieci volte la capacità del DAC a Hellisheidi in circa tre anni. Con la tecnologia odierna, ciò comporterebbe un aumento di dieci volte del consumo di energia.
Nell'agosto 2021, Carbfix e ON Power, ora entrambe sussidiarie di Reykjavík Energy, hanno ricevuto una sovvenzione di 3,9 milioni di euro dal Fondo per l'innovazione dell'Unione europea per il progetto Silverstone. Silverstone prevede di commissionare un nuovo impianto di cattura della CO2 entro il 2025, con l'obiettivo di catturare e immagazzinare 34.000 tonnellate di CO2, equivalenti all'85 % delle emissioni di CO2 di Hellisheidi. Carbfix ha anche in programma di espandere le sue attività di cattura e iniezione di CO2 presso la centrale geotermica di Nesjavellier di ON Power, situata a nord dell'area di Hengill, con una capacità di 300 megawatt di potenza termica e 120 megawatt di energia elettrica.
I costi costantemente elevati sono uno dei motivi per cui Climeworks è lontana dal suo obiettivo originale di catturare l'1% delle emissioni globali annue di CO₂ entro il 2025, oltre 300 milioni di tonnellate. Quest'anno, Climeworks ha rivisto l'obiettivo al ribasso a 0,5 milioni di tonnellate entro la fine del decennio. In confronto, secondo l'Agenzia internazionale per l'energia, le emissioni globali di CO2 legate all'energia nel 2020 sono state pari a 31,5 gigatonnellate di CO2. L'attuale capacità di Orca, 4.000 tonnellate di CO2, è equivalente alle emissioni medie annue di CO2 di 2.425 nuove autovetture nell'Unione Europea[1]. Non solo i costi, ma anche l'input energetico per tonnellata di CO2 catturata è rimasto elevato a Orca, anche rispetto ai precedenti impianti Climeworks. Per catturare 4.000 tonnellate di CO2 all'anno, il processo di cattura di Climeworks richiede ~8 milioni di kWh di energia termica e ~2,6 milioni di kWh di elettricità. Ciò significa che, utilizzando Orca, l'impianto di Hellisheidi ha circa 10,6 milioni di kWh in meno disponibili all'anno per rifornire i clienti di Reykjavik. Nel 2017, le famiglie islandesi avevano un consumo energetico medio annuo di 77 MJ/capite, il che significa che la domanda energetica annuale di Orca fornirebbe più di 495.500 abitanti, che è più del consumo energetico medio annuo a livello familiare di tutti gli abitanti dell'Islanda (popolazione: 361.000 ).
Entrambe le società, Carbfix e Climeworks, intendono espandere ulteriormente le loro attività di cattura della CO2 a Hellisheidi. Dopo la messa in servizio di Orca, Climeworks sta già valutando di espandere di dieci volte la capacità del DAC a Hellisheidi in circa tre anni. Con la tecnologia odierna, ciò comporterebbe un aumento di dieci volte del consumo di energia.
Nell'agosto 2021, Carbfix e ON Power, ora entrambe sussidiarie di Reykjavík Energy, hanno ricevuto una sovvenzione di 3,9 milioni di euro dal Fondo per l'innovazione dell'Unione europea per il progetto Silverstone. Silverstone prevede di commissionare un nuovo impianto di cattura della CO2 entro il 2025, con l'obiettivo di catturare e immagazzinare 34.000 tonnellate di CO2, equivalenti all'85 % delle emissioni di CO2 di Hellisheidi. Carbfix ha anche in programma di espandere le sue attività di cattura e iniezione di CO2 presso la centrale geotermica di Nesjavellier di ON Power, situata a nord dell'area di Hengill, con una capacità di 300 megawatt di potenza termica e 120 megawatt di energia elettrica.
Inoltre, nella baia di Straumsvík, a sud-ovest di Reykjavik, sarà costruito un hub per il trasporto di CO2 e lo stoccaggio di minerali, il Coda Terminal. La CO2 catturata attraverso il DAC in Islanda, così come le navi con CO2 raffreddata da siti industriali nel Nord Europa devono arrivare lì e la CO2 deve essere iniettata nelle formazioni basaltiche vicino a Straumsvík usando il metodo Carbfix. Nell'ottobre 2021, Carbfix ha firmato un memorandum d'intesa con Rio Tinto, produttore di alluminio con sede a Straumsvík, che consente a Carbfix di utilizzare il terreno circostante la fonderia per iniezioni di CO2 onshore. La compagnia di navigazione danese Dan-Unity CO2 ha firmato un accordo con Carbfix per il trasporto di CO2 al Coda Terminal. Carbfix mira ad avviare le operazioni di Coda Terminal nel 2025, con 0,3 milioni di tonnellate di CO2 all'anno. Dal 2030, a pieno regime, il progetto prevede di iniettare 3 milioni di tonnellate di CO2 all'anno. L'investimento per il progetto è stimato in 220-250 milioni di euro. I ricavi annui sono stimati intorno ai 25-45 milioni di euro a pieno regime. Secondo Carbfix, esiste un enorme potenziale per l'applicazione della tecnologia Carbfix nel settore geotermico globale. Carbfix vede anche possibilità di applicazione nelle rocce siliciche in siti negli Stati Uniti, Messico, Nicaragua, El Salvador, Costa Rica, Italia, Giappone, Filippine, Nuova Zelanda, Indonesia e Kenya. L'ulteriore sviluppo del metodo Carbfix in altri siti è già in corso con il progetto GECO. Dal 2018 la centrale di Hellisheidi è anche sede del programma di ricerca paneuropeo “GECO – Geothermal Emission Gas Control“, finanziato dall'Unione Europea con 15,6 milioni di euro e coordinato anche da Reykjavík Energy. GECO si basa sui progetti CarbFix e mira, tra l'altro, a ridurre il consumo di risorse: acqua, prodotti chimici ed energia, abbassare il costo della CO2 catturata, aumentare la purezza della CO2 catturata e migliorare l'accettazione pubblica del concetto Carbfix. GECO ha inoltre istituito quattro ulteriori siti dimostrativi, ciascuno con una geologia distinta: la seconda centrale geotermica islandese Nesjavellir, il sito geotermico italiano Castelnuovo, il campo geotermico di Kizildere in Turchia e il sito geotermico sotterraneo tedesco TRUDI.
Il calcolo dell'impronta di carbonio dell'operazione Coda da parte di Carbfix sembra essere incompleto. È necessario tenere pienamente conto dell'input energetico per il processo di cattura della CO2, della liquefazione della CO2 catturata per il trasporto e di tutti i mezzi di trasporto (navigazione e trasporto via terra fino al porto). Come con la tecnologia DAC di Climeworks, l'implementazione su larga scala può portare al consumo di grandi quantità di energia che dovrebbe provenire da fonti rinnovabili, che sono urgentemente necessarie altrove. L'enorme richiesta di energia di queste tecnologie potrebbe quindi portare a un maggiore consumo di combustibili fossili nel prossimo futuro e prolungare la dipendenza dall'industria dei combustibili fossili.
Il calcolo dell'impronta di carbonio dell'operazione Coda da parte di Carbfix sembra essere incompleto. È necessario tenere pienamente conto dell'input energetico per il processo di cattura della CO2, della liquefazione della CO2 catturata per il trasporto e di tutti i mezzi di trasporto (navigazione e trasporto via terra fino al porto). Come con la tecnologia DAC di Climeworks, l'implementazione su larga scala può portare al consumo di grandi quantità di energia che dovrebbe provenire da fonti rinnovabili, che sono urgentemente necessarie altrove. L'enorme richiesta di energia di queste tecnologie potrebbe quindi portare a un maggiore consumo di combustibili fossili nel prossimo futuro e prolungare la dipendenza dall'industria dei combustibili fossili.
Inoltre, Carbfix non fornisce dettagli precisi sul consumo di acqua del suo metodo, ma afferma che “Il processo Carbfix richiede notevoli quantità di acqua per portare la CO2 in dissoluzione e per promuovere reazioni nel sottosuolo”. Una fonte afferma che il processo Carbfix richiede 25 tonnellate di acqua per una tonnellata di CO2. Ciò significa che un'introduzione su larga scala della tecnologia Carbfix potrebbe esacerbare la domanda non solo di energia, ma anche di acqua. Per poter utilizzare il processo Carbfix nelle regioni in cui l'acqua è scarsa, Carbfix sta pianificando le prime prove con acqua di mare alla fine del 2021 e ulteriori prove nel 2022. Non è chiaro nelle descrizioni del progetto fino a che punto il rischio che l'acqua salina ritorni fino alla zona delle acque sotterranee dopo un uso su larga scala e che interessano l'acqua potabile, i biotopi o i terreni agricoli saranno presi in considerazione.
Sebbene questa tecnologia stia avanzando rapidamente, rimangono dubbi sul fatto che tutti i rischi e gli impatti che possono verificarsi durante l'implementazione su larga scala siano stati completamente esplorati. Ad esempio, uno studio sismico a Hellisheidi ha osservato spostamenti superficiali fino a 2 cm durante la fase iniziale delle iniezioni a Hellisheidi dal 2011 al 2012 e li ha attribuiti alle iniezioni di fluido. L'estensione delle vie di trasporto è anche associata a un rischio maggiore, ad esempio perdite nelle condutture di CO2. Un altro studio riporta che le rocce basaltiche sono riconosciute come uno degli habitat più importanti sulla Terra perché ospitano una popolazione microbica diversificata e attiva. Lo studio critica il fatto che questo componente vivente sia raramente considerato nei progetti di iniezione di CO2. Lo studio riporta che le acque sotterranee acide arricchite con CO2 possono portare a una significativa diminuzione della diversità microbica e possono promuovere la crescita di microrganismi autotrofi ed eterotrofi, le cui attività possono avere un impatto sullo stoccaggio dei minerali e inibire la conversione della CO2 in carbonati. Con l'enorme fabbisogno energetico di Climeworks, i rischi irrisolti e l'uso intensivo dell'acqua, l'investimento in questo progetto è una pericolosa distrazione dalle iniziative che riducono effettivamente le emissioni di carbonio.
Sebbene questa tecnologia stia avanzando rapidamente, rimangono dubbi sul fatto che tutti i rischi e gli impatti che possono verificarsi durante l'implementazione su larga scala siano stati completamente esplorati. Ad esempio, uno studio sismico a Hellisheidi ha osservato spostamenti superficiali fino a 2 cm durante la fase iniziale delle iniezioni a Hellisheidi dal 2011 al 2012 e li ha attribuiti alle iniezioni di fluido. L'estensione delle vie di trasporto è anche associata a un rischio maggiore, ad esempio perdite nelle condutture di CO2. Un altro studio riporta che le rocce basaltiche sono riconosciute come uno degli habitat più importanti sulla Terra perché ospitano una popolazione microbica diversificata e attiva. Lo studio critica il fatto che questo componente vivente sia raramente considerato nei progetti di iniezione di CO2. Lo studio riporta che le acque sotterranee acide arricchite con CO2 possono portare a una significativa diminuzione della diversità microbica e possono promuovere la crescita di microrganismi autotrofi ed eterotrofi, le cui attività possono avere un impatto sullo stoccaggio dei minerali e inibire la conversione della CO2 in carbonati. Con l'enorme fabbisogno energetico di Climeworks, i rischi irrisolti e l'uso intensivo dell'acqua, l'investimento in questo progetto è una pericolosa distrazione dalle iniziative che riducono effettivamente le emissioni di carbonio.
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[1] Distanza media annua dell'UE percorsa in auto: 12.000 km; Emissioni medie di CO2 delle autovetture nuove: 122,3 g di CO2 per chilometro nel 2019
[1] Distanza media annua dell'UE percorsa in auto: 12.000 km; Emissioni medie di CO2 delle autovetture nuove: 122,3 g di CO2 per chilometro nel 2019
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