Home

Documenti

Faq

Glossario

Login

 
 

L'osservatorio

CCS in Italia

 CCS in Europa

 CCS nel mondo

Tecnologie

Normativa

Gruppi di lavoro

 

COS'è L'OSSERVATORIO CCS

L’Osservatorio CCS è promosso dalla Fondazione per lo Sviluppo sostenibile

L'Osservatorio CCS è lo Stakeholder Forum italiano per la lotta ai cambiamenti climatici mediante la promozione delle tecnologie per il sequestro nel sottosuolo della CO2 in eccesso

 LA SEDE

via dei Laghi 12; 00198 Roma;
tel. 06 20369608

Il COORDINAMENTO E LA SEGRETERIA

 Toni Federico
(federico@osservatorioccs.it)

 Emmanuela Pettinao
(segreteria@osservatorioccs.it)

 

.

I MEMBRI COSTITUENTI

(fare doppio click per un contatto e-mail con il referente)

Tecnici del Ministero dello Sviluppo economico

Tecnici del Ministero dell'Ambiente e della tutela del territorio e del mare

Tecnici dell'Istituto Superiore di Sanità 

Tecnici ISPRA

Tecnici Ipalmo

CNR Geoscienze Roma

CNR IGG Pisa

ENEA

ENEL

 ENI

Gas de France - Suez

Fondazione per lo Sviluppo sostenibile

 INGV

Massa spin-off

OGS

RSE Ricerca sistema energetico

Progetto SEI, Saline ioniche, REPOWER

Sotacarbo

Università di Perugia, Ingegneria industriale

Università di Roma la Sapienza, Scienza delle Comunicazioni, CORIS

Università di Roma la Sapienza, Scienze della Terra

 

IL REGOLAMENTO

L’Osservatorio CCS  svolge  le  attività di:

  Raccolta di informazioni e documentazione  sugli aspetti tecnologici della  CCS, sullo sviluppo della ricerca e delle sue applicazioni, sullo sviluppo dei progetti in corso a livello europeo e internazionale;

  Monitoraggio  delle normative  nazionali ed europee  e dei trattati e accordi internazionali in materia.

 (> scarica il testo integrale del Regolamento in pdf)

LINK AGLI OSSERVATORI INTERNAZIONALI

 

Si vedano i documenti delle recenti COP 16 del 2010 e 17 del 2011: L'accordo di Cancùn sulla CCS e il documento di implementazione della CCS nei CDM di Durban.

 

UNIDO dedica una sezione del proprio sito web alla CCS ed ha prodotto una Roadmap per i settori industriali

 

Il Panel IPCC ha pubblicato un Rapporto dedicato alla CCS nel 2006. Si veda anche il Rapporto IEA sulla CCS nel IV Rapporto IPCC

 

Una iniziativa internazionale a livello ministeiale con la EU e 24 paesi associati per la promozione della CCS

 

La pagina CCS  dell'Agenzia Internazionale dell'Energia di Parigi affronta in particolare i seguenti argomenti:

Why is CCS so important?

CCS Technology Status; 

CCS Legal and RegulatoryIssues

CCS RoadmapCCS and G8

 

Promosso dal G8, Finanziato dai governi australiano e nord americano, l'Istituto lavora su scala mondiale in partnership con tutti i soggetti rilevanti che operano sulla CCS

 

La pagina della Commissione Europea (Research & Innovation) dedicata alla CCS evidenzia due tematiche:

How the EU supports research in CCS; The current state and future prospects of CCS.

La Commissione Energia dedica essa pure una pagina alla CCS. La Commissione Energia promuove il Programma EEPR "European Energy program for Recovery" che ha una sezione dedicata alla CCS.

Una ottima cronologia che passa in rassegna gli eventi rilevanti per la CCS in Europa si trova nel documento Euractiv Carbon Capture and storage che dà conto delle posizioni dei principali stakeholder e fornisce una collezione molto ricca di documenti e di link alla rete.

 

La comunità industriale dei progetti sponsorizzati dalla Commissione Europea

 

È una coalizione, fondata nel 2005, di stakeholder europei interessati alla promozione della CCS

 

Il  sito inglese del "Carbon Capture Legal Programme", Centre for Law and the Environment, Faculty of Laws, University College London, dedicato alle questioni legali e regolamentari della CCS

 

Bellona CCS web è l'iniziartiva CCS della Fondazione Bellona, una ONG internazionale multi disciplinare ambientale con sede in Oslo in Norvegia. Fondata nel 1986 come gruppo di protesta di azione diretta, da allora è divenuta una tra le più note iniziative che si definisce “orientata alla tecnologia ed alle soluzioni

 

Un network europeo privato, originato da un progetto EU FP5 che si occupa ora essenzialmente di "public awareness". Mette a disposizione del pubblico un CD didattico che tratta tutte le tematiche rilevanti per la CCS (> vai al sito e scarica il CD)

 

Il Progetto è una collaborazione di imprese energetiche  per migliorare le tecnologie, gli approcci operativi, ridurre i costi e accelerare l'introduzione  della CCS. Ne fa parte la Italiana ENI che è un membro autorevole di questo Osservatorio (> Leggi il Rapporto 2010)

 

Un'iniziativa di coordinamento panaeuropeo finanziato nell'ambito del VII Programma Quadro che collega gli istituti di ricerca chiave in materia di stoccaggio geologico della CO in Europa. Coordina ed integra l'Associazione CO2Geonet, la Rete di Eccellenza Europea per lo stoccaggio geologico della CO2 e 23 altri partecipanti.

 

Nata da un progetto europeo del VI programma quadro, riunisce 13 soggetti esperti in materia di stoccaggio della CO2, tra essi gli italiani OGS, Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale e il Gruppo di geochimica dei fluidi dell'Università di Roma La Sapienza. Molto ben fatto il booklet che illustra in italiano la tematica della CCS (> scarica il booklet)

 

La pagina CCS dell'"Energy Lab" del DOE, US Department of Energy. Pubblica l'atlante dei siti USA-Canada

 

Il programma di ricerca sulla CCS del MIT, Massachussetts Institute of Technology

 

Il programma di ricerca e reporting dell'Università dell'Illinois su tutte le problematiche energetiche che comprende un capitolo sulla CCS

 

Il World Resources Institute, è un "Global environmental think tank"  operante in Washington, USA, che promuove progetti CCS su scala mondiale

 

La rete industriale canadese per la CCS

 

La rete industriale britannica per la CCS

 

La rete industriale USA per la CCS

 

  Introduzione all'Osservatorio CCS italiano

L'Osservatorio CCS costituisce una sede esperta e indipendente per la promozione della tecnologia della cattura e del sequestro della CO2 (CCS) con la partecipazione degli stakeholder, con incontri pubblici, seminari di approfondimento, attività di comunicazione, formazione e informazione. Raccoglie informazioni e documentazione sugli aspetti tecnologici della CCS, sullo sviluppo della ricerca e delle sue applicazioni, sullo sviluppo dei progetti in corso a livello europeo e internazionale. Realizza, anche in collaborazione con altri soggetti esperti, ricerche e studi sulle problematiche della CCS. Costituisce una sede permanente dove si realizzano confronti, scambi di valutazioni e di analisi, con incontri periodici fra soggetti istituzionali, enti di ricerca e imprese interessate alla CCS. Effettua il monitoraggio delle normative nazionali ed europee e dei trattati e accordi internazionali sulla CCS. Sviluppa l’interlocuzione con le istituzioni locali, regionali, nazionali ed europee.

 

Introduction to the Italian CCS Observatory

The Observatory on the Carbon Capture and Storage is promoted in Italy under the initiative of the Sustainable Development Foundation. The Observatory is an expert and independent forum for the promotion of CCS in Italy where one of the large scale integrated European projects will take place at Porto Tolle, a new coal fired power plant operated by ENEL. ENEL is one of the larger utilities in Italy that recently launched its experimental capture facility in Brindisi. All the relevant sectoral stakeholders are in the list of promoters composed by, inter alia, the technicians of the Economic Development and Environment Ministries, ENEL, ENEA, ENI, ISS, INGV, OGS and the Rome and Florence Universities. The Observatory, with public meetings, workshops, activities in communication and training, will gather information and documentation on the technological aspects of CCS, on the development of research and its applications and on the ongoing projects at European and international level. It provides research and studies on the theory and practice of the CCS technology and constitutes a permanent floor for comparisons, assessments, analyses and regular meetings among administrators, institutions, research teams and companies involved in CCS. The Observatory monitors the national and European regulations, the treaties and the international agreements on the CCS, developing talks and networks with local, regional, national and European experiences.  

 

Introduzione

La emissione di anidride carbonica per effetto delle attività antropiche, combustione, generazione elettrica, estrazione di idrocarburi e minerali, avviene in atmosfera, una delle matrici ambientali più delicate, nella quale il sovraccarico delle emissioni sta determinando gravi effetti di alterazione dello stato del clima e generando rischi senza precedenti per l’umanità e gli ecosistemi. Il ciclo del carbonio in atmosfera si avvale dell’apporto della capacità di assorbimento degli oceani e della naturale dinamica dell’accrescimento degli organismi viventi e dello stoccaggio nel suolo. Ma la matrice ambientale più ricca di CO2 è il sottosuolo che per ora è rimasto estraneo alla gestione globale delle emissioni in eccesso, pur essendo certamente la matrice più tollerante, resiliente e capace di assorbimento. Non ci sono forme naturali per indirizzare negli strati profondi della terra la CO2 prodotta dalle attività industriali. Occorrono pertanto tecnologie nuove di separazione (cattura), trasporto e stoccaggio per mettere a frutto questa opportunità nuova che si può rilevare determinante. Queste tecnologie vanno sotto il nome di CCS, Carbon Capture and Storage. Invocate in tutte le sedi internazionali, saldamente basate su conoscenze e tecnologie disponibili, sono in ritardo a livello di sistema, tanto che alcuni autorevoli soggetti sono convinti che la CCS non sia più sul percorso critico per vincere la battaglia contro i cambiamenti climatici (Greenpeace ed altri). Si tratta di tecnologie di transizione, destinate a durare quanto la breve vita residua dei combustibili fossili.

La CCS potrebbe svolgere un ruolo chiave tra le strategie per evitare cambiamenti climatici pericolosi. Potrebbe consentire un ragguardevole abbattimento  delle  emissioni di CO2, anche in ragione dell'uso perdurante dei combustibili fossili, giudicato “quasi inevitabile” in un recente documento della CE. La prospettiva della CCS è particolarmente importante per le economie in via di sviluppo che, non da sole,  fanno largo uso di carbone come la Cina e l'India. Le tecnologie CCS attuali sono pronte per essere dimostrata su larga scala.

Ci sono problemi ancora aperti per la CCS, a partire dal trasporto economico e sicuro della CO2 catturata ai siti di stoccaggio. Negli Stati Uniti e in Turchia sono in uso pipeline per il trasporto della CO2 destinata al  recupero degli idrocarburi (tecnologie note come Enhanced Oil o Gas Recovery, EOR, EGR). È l’ipotesi futura più praticabile in Europa e altrove, anche se il trasporto marittimo può avere un certo ruolo da svolgere.  Ma il punto più delicato, che rallenta di fatto l’applicazione della CCS su scala commerciale, sta nelle metodologie per l'identificazione e la valutazione di sicurezza dei depositi sotterranei di stoccaggio, per definire le procedure di concessione da parte dei governi e garantire nel tempo il monitoraggio durante e dopo l'iniezione della CO2. Sono in rapida intensificazione gli studi geologici per prevedere come i diversi siti risponderanno allo stoccaggio della CO2 e per indagare i rischi a lungo termine associati alle perdite di basso livello dal sito di iniezione, nonché il potenziale impatto delle perdite di più ampia scala dal punto di iniezione o dai pozzi di stoccaggio.

In teoria, per ridurre al minimo le emissioni, nessuna nuova centrale elettrica a carbone dovrebbe essere costruita senza la CCS. Tenendo conto della domanda crescente di energia, in particolare da parte dei paesi in via di sviluppo, la tecnologia CCS necessaria sarà pienamente in campo dopo che ormai molte altre centrali ed impianti industriali ad alta emissione di CO2 saranno entrati in operazione. Non resta che seguire il suggerimento dell’IEA che, in attesa che le tecnologie, i regolamenti e gli incentivi siano stati messi a punto, chiede che le nuove centrali siano per obbligo predisposte alla cattura della CO2 (CCS ready). Non ci sono particolari difficoltà né elevati impegni di spesa a costruire impianti pronti per il retrofit con la cattura post-combustione o con la combustione in ossigeno puro. Si tratta in fondo solo di predisporre gli spazi per l’inserimento delle facility necessarie per la cattura e per il trasporto.

Il 23 aprile 2009, Il Consiglio ed il Parlamento europei hanno emesso la Direttiva 31/2009 per regolare  lo stoccaggio sotterraneo della CO2 in Europa (vai alla pagina Normativa di questo sito). La applicazione su vasta scala delle tecnologie CCS dovrebbe essere praticabile in 10-15 anni, consentendo alla CCS di svolgere un ruolo nel sistema europeo di scambio delle emissioni EU ETS. La convinzione di molti addetti ai lavori è che la tecnologia di CCS post-combustione potrebbe essere implementata in tempo per contribuire a soddisfare la riduzione del 20 per cento delle emissioni di CO2 entro il 2020, obiettivo obbligatorio dell'attuale politica climatica dell'UE.

 

Le tecnologie per la cattura, il trasporto ed il sequestro del carbonio

 

Delle tre procedure di cattura, la post-combustione potrebbe essere portata a scala commerciale più rapidamente che non la gassificazione precombustione del carbone o la combustione in ossigeno puro, e si presterebbe meglio ad adattarsi alle centrali elettriche esistenti e ad accogliere soluzioni tecnologiche innovative senza mettere in discussione il layout degli impianti. Iniziando con la realizzazione di impianti dimostrativi di piccola taglia, il successo atteso della tecnologia dovrebbe consentire in tempo utile di passare ad impianti di oltre 500 MWe. È fuori discussione che in questo snodo delicato sono necessari sostegni ed incentivi da parte delle amministrazioni. È altrettanto necessario che le Agenzie ambientali governative portino a termine le necessarie analisi di impatto ambientale e le valutazioni del ciclo di vita dei nuovi impianti dotati di CCS. Recenti analisi mostrano che aumenta la domanda di acqua da parte dell’impianto e che le emissioni di sostanze acidificanti come gli ossidi di azoto e di zolfo non si modificano in maniera significativa. Anzi i solventi usati nella cattura postcombustione possono contribuire al loro abbattimento.

Il consumo di acqua, tuttavia, può essere un problema per i sistemi di cattura che usano i solventi per rimuovere la CO2 dai gas di combustione. Con l’aggiunta delle apparecchiature di cattura della CO2, la quantità di acqua richiesta potrebbe raddoppiare rispetto a quella utilizzata per il raffreddamento termico. L’aumento del consumo di acqua può rendere questi sistemi meno adatti alle regioni aride. L’aumento delle emissioni di ossidi di azoto, invece, è piccolo, stimato al 5 % per gli impianti alimentati a gas naturale e al 24% per gli impianti a carbone, a fronte di un abbattimento della CO2 non inferiore all’80%. Il biossido di zolfo è invece generato prevalentemente dalla combustione del carbone e va eliminato con i moderni sistemi di filtraggio, efficaci al 96%, anche per evitare il danneggiamento dei solventi che effettuano la cattura.

Tutto questo costa in termini di energia. La CCS riduce l’efficienza dell’impianto e aumenta la domanda di combustibile a parità di energia prodotta. Aumentano in tal modo le emissioni di inquinanti ordinari e gli importi di CO2 da eliminare.

Lo stoccaggio del carbonio in profondità sotto la superficie della terra potrà svolgere un ruolo di primo piano nella lotta al cambiamento climatico essenzialmente solo dopo che i serbatoi sotterranei di CO2 verranno certificati come valide opzioni di stoccaggio a lungo termine, rispetto al problema delle fughe e al comportamento sismico del sito. Occorre sviluppare nuovi modelli di calcolo e simulazione per prevedere come i diversi siti geologici risponderanno al sequestro della CO2, le probabilità della emissione di un pennacchio di CO2.

Modalità dei meccanismi di intrappolamento della CO2 (DOE-NETL Roadmap 2010)

 

L’impianto di Sleipner, nella parte norvegese del Mare del Nord, è uno dei tre grandi siti di stoccaggio del carbonio con Weyburn negli Stati Uniti e In Salah in Algeria. A partire dal 1996, sono stati iniettati 8 MtCO2 nel serbatoio di Sleipner, uno strato poroso di 200 m di spessore di sabbie salina e falde acquifere. Il sito è stato accuratamente monitorato senza evidenziare rilasci. Sono stati tracciati i profili di spessore per i vari strati utilizzando indagini sismiche. La CO2 iniettata allo stato liquido, meno densa dell'acqua salata nel serbatoio, sale e viene parzialmente intrappolata al di sotto di sottili strati impermeabili di fango prima di raggiungere la spessa calotta rocciosa che copre il sito. Le ricerche hanno rivelato che la CO2 intrappolata nei strati inferiori tende a diminuire migrando verso l'alto. Le indagini sismiche si sono dimostrate uno strumento essenziale ed economicamente valido per seguire le dinamiche del gas nei vari siti. In Europa, lo stoccaggio del carbonio è studiato in diversi siti geologici in paesi diversi.

Lo stoccaggio del carbonio non è privo di rischi. Oltre all’eventuale impatto sul clima globale per l’eventuale ritorno in atmosfera della CO2, le perdite locali creano rischi per la salute e per gli ecosistemi. Per i siti di stoccaggio sottomarini vi sono preoccupazioni per l'esposizione degli ecosistemi marini ad un aumento dei livelli di CO2, come potrebbe verificarsi in prossimità dei siti di iniezione. Tuttavia l’acidificazione degli oceani è già in atto con l’aumento di concentrazione della CO2 in atmosfera, con effetti che vanno molto al di là, si calcola, della eventuale perdita totale del carico di gas di molti siti come Sleipner. Per i siti di stoccaggio di CO2 sulla terra, si teme che ogni perdita su larga scala potrebbe danneggiare le persone e la fauna selvatica nelle immediate vicinanze dei rilasci.

Gli acquiferi salini profondi, come Sleipner, offrono una capacità di stoccaggio molto rilevante e la tecnologia ne consente l’utilizzo immediato. L'assenza di politiche, di una legislazione di settore e di una adeguata regolamentazione finiscono per essere l’ostacolo più serio per l'applicazione su larga scala dello stoccaggio geologico della CO2.

La tecnologia CCS richiede il trasporto di CO2 liquida in pressione mediante pipeline o navi gasiere.  I potenziali siti di destinazione possono comprendere anche i pozzi di petrolio o gas esauriti, dove la CO2  potrebbe essere utilizzata per il recupero degli idrocarburi (EOR, EGR), i giacimenti di carbone che non può più essere estratto o le formazioni rocciose porose impermeabili conosciute come acquiferi salini.  Per la EOR sono stati costruiti oltre 3000 km di condotte di trasporto della CO2, principalmente negli Stati Uniti, dove i regolamenti classificano le pipeline della CO2 come pericolose al pari dalle pipeline del petrolio, quando utilizzano pressioni di oltre 73 atmosfere.  Ulteriori cautele, maggiori profondità e maggiore sorveglianza sono imposte quando i tubi passano in prossimità di centri abitati. Al di sotto di 73 atmosfere, si applicano le stesse norme che regolano i gasdotti per il trasporto del gas naturale. Se c’è acqua nel flusso di CO2, si forma acido carbonico, corrosivo per tubi in acciaio, che sono il materiale più economico per la costruzione delle pipeline. Con moderati costi aggiuntivi si deve procedere alla essiccazione della CO2, prima del trasporto.

Solo in alcuni casi il trasporto marittimo può essere più conveniente. Per i siti in mare aperto, le navi che trasportano CO2 in pressione, con i regolamenti dei liquidi criogenici, sono in grado di reggere il confronto con i tubi per trasporti su distanze superiori a 700 km, ma, appena i volumi di CO2 crescono, le navi diventano meno competitive

A conti fatti l’economicità della tecnologia CCS è essenzialmente determinata dal costo della cattura della CO2. La cattura postcombustione può già essere operativa a certe condizioni, non ancora la separazione precombustione che pure si utilizza già in settori industriali come gli altoforni, la produzione di fertilizzanti e di idrogeno. Applicata alle centrali elettriche, causa di un quarto circa delle emissioni globali di CO2,  la cattura postcombustione determina una riduzione importante dell’efficienza di primo principio, per effetto della domanda di energia dell’impianto di cattura. Studi recenti, ma soprattutto l’esperienza cinese dell’impianto numero 2 della centrale a carbone da 1.320 MW di Shidongkou, Shangai, segnalata all’inizio del 2011, dimostrano come alcuni nuovi metodi potrebbero ridurre sostanzialmente il costo della cattura del carbonio, consentendo anche, se applicati alle centrali a gas naturale,  la produzione di idrogeno, che potrebbe essere utilizzato per alimentare le automobili di nuova generazione. Si parla per Shidongkou di 30-35 $/t contro i quasi 100 degli impianti occidentali.

Se si usa l’aria per la combustione, azoto e ossigeno residuo si mescolano con la CO2, con l’effetto di aumentare il costo dei processi di separazione e di ridurre l’efficienza energetica. Un approccio alternativo è quello di mantenere l’aria separata dal combustibile, usando per il processo di combustione ossidi metallici (nickel) che hanno anche il ruolo di catalizzare l’ossidazione. Se opportunamente lanciata e sostenuta con fondi ed attività di ricerca, la CCS può dunque aprire strade interessanti per l’innovazione dei processi industriali e svolgere un ruolo percentualmente rilevante nell’abbattimento delle emissioni globali.

TORNA SU

Perchè la CCS può essere un'arma vincente

 

Secondo Il World Energy Outlook 2010 dell'Agenzia Internazionale dell’Energia dell'OECD (IEA) la domanda mondiale di energia continuerà a crescere da qui al 2035. Infatti, anche assumendo uno scenario che tenga conto sia delle azioni già in atto che di quelle previste dalla maggior parte dei governi mondiali, l’Agenzia stima che la domanda mondiale di energia nel 2035 sarà del 36% più alta di quella del 2008, con i combustibili fossili che la soddisfaranno per il 74%. La domanda di energia elettrica, in particolare, salirà dell’80% rispetto al 2008. I cosiddetti Paesi emergenti sono quelli che danno il contributo più significativo a questa crescita del fabbisogno energetico.

Ciò comporterà un aumento delle emissioni annue di CO2 da produzione energetica (il più importante dei gas serra) da 29,3 Gt/anno nel 2008 a 35,4 Gt/anno nel 2035, con la conseguenza che la concentrazione di tale gas nell’atmosfera, pari a 387 parti per milione (ppm) nel 2009, si porterà attorno a valori superiori ai 650 ppm, valore ritenuto consistente con un incremento della temperature media superficiale della terra di di 3,5 °C. Poiché è ormai universalmente accettato (IPCC FARG8 L'AquilaUNFCC COP 15 "Copenhagen Accord")  il fatto che l’aumento massimo di temperatura media che il nostro globo potrà sopportare senza immani catastrofi è di 2 °C, anzi secondo l'opinione ormai di molti è di 1,5° [Nature 458, 30 Aprile 2009],  e che un aumento di 2° corrisponde con sufficiente probabilità ad una concentrazione di CO2  pari a 450 ppm, appare evidente che bisogna ricorrere a tutte le opzioni tecnologiche disponibili per ridurre il tasso di emissione della CO2  ai fini di mantenere la concentrazione sotto i 450 ppm, ovvero l’aumento di temperatura sotto i 2 °C.

Le emissioni di CO2 da produzione energetica secondo il World Energy Outlook dell’IEA 2010

La concentrazione dei gas serra secondo i vari scenari elaborati dall’IEA

L'IEA ha elaborato un nuovo scenario, che non a caso ha denominato 450 Scenario, che consentirebbe al 2035 di rimanere sotto i limiti sopra enunciati. Tale scenario prevede una diminuzione delle emissioni di CO2  a meno di 22 Gt/anno al 2035, obbiettivo a dire il vero molto ambizioso.

Lo scenario Bluemap  e lo scenario 2010 dell'IEA

Nella CCS Roadmap del 2009 l'IEA afferma che il raggiungimento di tale risultato “richiede una rivoluzione delle tecnologie energetiche che coinvolga un portafoglio di soluzioni”, fra queste ovviamente un maggior ricorso all’efficienza energetica ed un più diffuso impiego delle energie rinnovabili, ma anche la de-carbonizzazione degli impianti di produzione termoelettrica e di alcune tipologie di impianti industriali tramite la CCS, che, spiega l’Agenzia, “è la sola tecnologia capace di mitigare le emissioni di gas serra derivanti dall’uso dei combustibili fossili in grandi impianti industriali energivori (quali, ad esempio, quelli di produzione del cemento, del ferro e dell’acciaio, gli impianti petrolchimici, etc) e nelle centrali di produzione termoelettrica”. Essa può da sola contribuire per un quinto al raggiungimento degli obiettivi climatici sopra descritti.

Lo scenario CCS dell'IEA

La CCS è in realtà un insieme di tecnologie volte alla cattura della CO2, al suo trasporto, una volta compressa, ed al suo immagazzinamento in idonei siti sotterranei.

Per avere un’idea della potenzialità di tale tecnologia come strumento per il contenimento dei gas serra e, quindi, nella lotta ai cambiamenti climatici, si consideri che un solo impianto di produzione termoelettrica a carbone da 1000 MW emette annualmente circa 8 Mt di CO2. Poiché oggi nel mondo ci sono impianti di produzione termoelettrica a carbone per complessivamente circa 1600 GW, si può facilmente calcolare che solamente tali impianti emettono quasi 13 Gt/anno, cioè oltre il 40% del totale delle emissioni globali annue di anidride carbonica.

La cattura  del carbonio

Il processo di cattura della CO2 è applicato già da molti anni a livello industriale per purificare flussi gassosi che la contengono o per estrarla come gas industriale [IEA Roadmap, cit.]. Ciononostante, se ci muoviamo nel contesto dei cambiamenti climatici, la sfida è di riuscire ad impiegare le tecnologie già sviluppate, o di svilupparne di nuove, che siano in grado di rimuovere grandi quantità di CO2 da grossi impianti industriali o di produzione termoelettrica da combustibili fossili; ciò comporta l’impiego di apparecchiature che siano capaci di trattare quantità di gas di molti ordini di grandezza superiori, più care e che richiedono più energia.

L’obiettivo delle attività di ricerca e sviluppo in questo settore è dunque quello di mettere a punto processi capaci di catturare la CO2 da grossi impianti in maniera efficiente e che non incida troppo sui costi, ad esempio dell’elettricità prodotta dagli impianti termoelettrici che impiegano combustibili fossili.

La stessa reazione chimica che consente ai combustibili fossili (carbone, gas, petrolio) di rilasciare energia tramite la loro combustione è responsabile della emissione di CO2 come prodotto della combustione stessa. Ad oggi si sono tre tipologie di processi che consentono la cattura della CO2 così prodotta: post-combustione, pre-combustione e ossi-combustione.

I processi di post-combustione separano la CO2 dai gas esausti della combustione. La CO2 può essere catturata impiegando un solvente liquido (ad esempio una soluzione acquosa di ammina) che poi, riscaldato, la libera nuovamente. Tale processo, oggi largamente impiegato nell’industria alimentare e delle bevande, è molto efficace, ma ad oggi solamente su scala abbastanza piccola.

I processi di pre-combustione convertono i combustibili fossili in una miscela gassosa di idrogeno e CO2. L’idrogeno viene poi separato e usato come combustibile, ovviamente senza alcuna produzione di CO2. La CO2 che rimane, invece, può essere compressa per il suo trasporto. In confronto ai processi di post-combustione, in quelli di pre-combustione la pressione e la concentrazione della CO2 sono alquanto più elevate, favorendo il processo di separazione e consentendo, in linea di principio, l’applicazione di nuove tecnologie di cattura, come quelle basate sull’impiego delle membrane. D’altra parte, i processi di conversione dei combustibili richiesti per la pre-combustione sono alquanto complessi e non sembrano facilmente applicabili ad impianti già esistenti. La cattura per pre-combustione è impiegata in qualche processo industriale, ma non è mai stata dimostrata per grandi impianti termoelettrici.

I processi di ossi-combustione usano ossigeno, anziché aria, per bruciare i combustibili. I gas esausti così prodotti contengono essenzialmente CO2 e vapore acqueo, che sono molto facilmente separabili. I sistemi di ossi-combustione per impianti termoelettrici sono stati ad oggi sviluppati essenzialmente a livello di laboratorio o in progetti pilota, però essi sono stati impiegati in un impianto commerciale nell’industria del ferro e dell’acciaio, con capacità fino a 250 MW. Essi potrebbero essere applicati ad impianti già esistenti.

Le tre possibile tecnologie per catturare la CO2 (Fonte: ENEA)

Per quanto sia oggi tecnicamente possibile la cattura della CO2 da un impianto termoelettrico a carbone, questo processo è ancora molto costoso, dell’ordine di 100 $ per tonnellata di CO2 sequestrata per un impianto prototipale, che potrebbero ridursi a 30 – 50 $ se applicato ad una serie di impianti [CSLF; 2010]. Tali costi aumenterebbero ancora in maniera significativa se si pensasse di applicare il processo ad impianti già esistenti (retrofitting).

Inoltre gli impianti di cattura richiedono notevoli quantità di energia e riducono quindi l’energia netta in uscita dall’impianto. Ciò comporta un incremento nel costo dell’elettricità generata in nuovi impianti che va dall’80% (impianti a carbone polverizzato) al 35% (impianti avanzati a gassificazione). La ricerca è fortemente concentrata a trovare le soluzioni tecniche per abbattere tali costi, rispettivamente al 30% ed al 10% del costo dell’elettricità prodotta convenzionalmente. 

Il trasporto

Nella CCS, una volta che la CO2 viene separata e catturata, bisogna trasportarla in un sito di immagazzinamento, di solito distante dal sito della sua produzione. Ai fini di migliorare l’efficienza del trasporto (e, successivamente, dell’immagazzinamento) la CO2 viene prima compressa a circa 150 atm, nel cosiddetto stato di fluido supercritico, nel quale la densità è simile a quella di un liquido, ma con qualità che consentono alla CO2 di muoversi e riempire gli spazi come un gas.

Il trasporto può avvenire in opportuni gasdotti o mediante mezzi di trasporto terrestri o via mare; tuttavia c’è un largo consenso che siano i gasdotti il metodo più idoneo al trasporto di questo gas in grandi quantità e per lunghe distanze, come usualmente è il caso dei processi di CCS. Occorre precisare che anche il trasporto per nave o via terra è oggi praticato, soprattutto nelle industrie alimentari (cubi e bevande). Le quantità annue, tuttavia, ammontano complessivamente circa 100.000 t [CSLF] , una quantità molto limitata rispetto alle esigenze della CCS. Inoltre, molti esperti considerano il trasporto in tubo ormai una tecnologia matura, visto che essa è impiegata sin dagli inizi degli anni 70 per la tecnologia dell’Enhanced Oil Recovery (EOR) ed in altre industrie.

Quasi tutti i gasdotti di CO2 che operano sulla lunga distanza si trovano nell’America del nord, con la sola eccezione di un gasdotto in Turchia. La loro lunghezza ammonta complessivamente a circa 2600 km con una capacità di trasporto totale di circa 50 Mt/anno.

Un ulteriore vantaggio del trasporto via tubo è che esso garantisce una fornitura costante e senza bisogno di accumuli intermedi. Inoltre questi gasdotti hanno operato per molti anni in condizione di sicurezza[Congressional Research Service, “Carbon Dioxide  Pipelines; 2007]. Ad oggi negli Stati Uniti ci sono stati solo pochi incidenti, essenzialmente fughe, nessuno dei quali risultato pericoloso per la popolazione.

I gasdotti di CO2 oggi operanti nel mondo (Fonte: IPCC)

E’ evidente che se la CCS viene perseguita come una delle strategie portanti per combattere i cambiamenti climatici, diventa necessario realizzare una rete di gasdotti molto importante, con relativi ingenti investimenti. Limitandosi ai soli Stati Uniti, dove, come abbiamo visto, una rete di gasdotti già esiste, un lavoro di un gruppo di studio della Pacific Northwest National Laboratory stima che, per ottemperare agli obiettivi dell’IPCC (concentrazione della CO2 sotto i 450 ppm), servirebbero ulteriori gasdotti dedicati per un totale di 37.000 km. In Europa per ottemperare agli stessi limiti, occorrerebbe realizzare entro il 2030 una rete di gasdotti capace di trasportare 400 Mt/anno [McKinsey; 2009]

I gasdotti per CO2 oggi esistenti negli USA

In sintesi, l’impiego su scala mondiale della CCS richiede, per il trasporto, un’importante e costosa rete di gasdotti. Questo fatto porta, come conseguenza, anche la necessità una maggiore attenzione ai problemi di sicurezza. Se è vero, infatti, che la CO2 è un gas inerte e non tossico, è anche vero che essa può contenere quantità non irrilevanti di altri gas, come, ad esempio, l’idrogeno solforato (H2S), che è invece un gas notevolmente tossico, anche a concentrazioni di sole 100 ppm. E’ quindi necessario prevedere sistemi di trasporto i più sicuri possibili e continuamente monitorati.

Lo stoccaggio

La fase dello stoccaggio della CO2 è senz’altro la più delicata e quella che determina più timori a livello locale e globale. Essa consiste nell'intrappolare la CO2 (compressa in maniera da presentarsi sotto forma di un liquido) in formazioni profonde sotterranee (tipicamente oltre gli 800 m), tali da garantire che nessuna perdita possa avvenire verso la superficie e da permettere l’immagazzinamento di ingenti volumi, quali sono quelli in gioco con la tecnologia CCS. Per quanto la scelta del sito di stoccaggio sia delicata e vada studiata attentamente caso per caso, in linea di principio la CO2 può essere immagazzinata in giacimenti esauriti di petrolio o gas, in formazioni saline profonde o in giacimenti di carbone non sfruttabili.

 Rappresentazione schematica dei processi di immagazzinamento (Fonte: CSLF)

L’iniezione di CO2 attraverso vecchi pozzi di petrolio e gas in giacimenti esauriti sembra essere un processo provato e sicuro. D’altra parte il petrolio e il gas naturale sono stati immagazzinati in maniera del tutto sicura in questi giacimenti per milioni di anni. La CO2 iniettata riempie i pori della roccia, prima pervasi da idrocarburi, a profondità che sono ben più elevate di quelle delle falde acquifere. Nel breve tempo questa soluzione appare come la più promettente soprattutto da un punto di vista economico, a causa dell’abbondanza di informazioni esistenti per il singolo sito sulla geologia sotterranea e per la pre-esistenza di idonee infrastrutture.

Le formazioni saline profonde (acquiferi salini), sono formazioni rocciose porose molto estese, contenenti acqua non impiegabile per il suo elevato contenuto di sali e minerali. Usualmente queste “salamoie” sono dieci volte più salate dell’acqua degli oceani e sono state intrappolate da uno strato di roccia impermeabile (caprock) per milioni di anni. Le moderne tecniche geologiche permettono di identificare queste formazioni e scegliere le formazioni geologiche con una solida “caprock”.

L’IPPC, nel suo citato Rapporto del 2005 sulla CCS, afferma che la capacità mondiale di immagazzinamento nelle formazioni saline profonde è molte centinaia di volte più grande delle attuali emissioni di CO2 da impianti industriali e conclude che c’è abbastanza capacità di stoccaggio per i prossimi 200 anni.

La CO2, infine, può essere immagazzinata in opportuni giacimenti di carbone non sfruttabili, dove essa viene adsorbita dallo stesso carbone e conservata in maniera permanente sotto forma di minerale.

L’immagazzinamento della CO2 in depositi sotterranei profondi può giocare un ruolo molto importante nella sfida ai cambiamenti climatici. Ma prima di considerare un deposito sotterraneo come accettabile per un’ipotesi di immagazzinamento a lungo termine, dice un documento della CE, DG Environment, occorre affrontare i possibili problemi di tipo ambientale connessi e studiare il comportamento della CO2 intrappolata. Sito per sito bisogna capire come la geologia di questo sito risponda all’immagazzinamento della CO2 e definire la probabilità che avvenga una fuga improvvisa di CO2 (plume escape), che è la più grossa preoccupazione ambientale collegata allo stoccaggio della CO2.

Un recente studio della Duke University, "Potential Impacts of Leakage from Deep CO2 Geosequestration on Overlying Freshwater Aquifers" sottolinea inoltre il rischio che un deposito profondo di CO2 danneggi gli strati di acqua potabile sovrastante, sostenendo l’assoluta necessità di una selezione accurata del sito di stoccaggio e di un monitoraggio continuo. Il rischio proveniente da un sito di immagazzinamento di CO2 parte dal momento in cui si comincia ad iniettare la CO2 stessa, ma si protrae ben oltre alla fine del processo di immagazzinamento come mostrato dalla figura seguente (WRI Guidelines; 2008).

Andamento del rischio concettuale di un progetto di immagazzinamento della CO2
 

Un processo di stoccaggio può in prima battuta dividersi in quattro fasi successive:

  1. Caratterizzazione e scelta del sito. Questa fase è la più importante per assicurare la sicurezza e l’integrità di un progetto di stoccaggio. Durante questa fase vengono raccolti tutti i dati specifici del sito stesso ai fini di stabilire la fattibilità tecnica del suo impiego, indipendentemente dai potenziali vantaggi economici.

  2. Operatività del progetto. Per operatività del progetto spesso si intende esclusivamente il periodo nel quale la CO2 viene iniettata, mentre è opportuno che essa comprenda anche la preparazione e la costruzione del sito. La raccolta e l’analisi dei dati di esercizio è fondamentale, come pure il mantenere una certa flessibilità nei piani operativi, ai fini di poter adattare ogni nuova informazione ad una eventuale rivisitazione dei metodi di operazione.

  3. Chiusura del sitoIn questa fase l’iniezione della CC cessa ed i pozzi vengono chiusi e abbandonati o convertiti per il monitoraggio: il sito viene dichiarato chiuso. Parte il monitoraggio post-iniezione per dimostrare che il progetto non sta danneggiando la salute umana o l’ambiente.

  4. Post-chiusura. E’ la fase dopo la chiusura, durante la quale non si dovrebbe avere nessun danno né alla salute né all’ambiente.

Come correttamente afferma il World Resources Institute (cit.), la sfida dell’immagazzinamento della CO2 consiste anche nel fatto che non esistono due siti identici, anche se hanno la stessa caratterizzazione morfologica. Inoltre, anche la composizione del gas immagazzinato può variare in maniera significativa. Pertanto per ogni progetto di stoccaggio si rende necessario un percorso ad hoc di raccolta dati e di monitoraggio, con il massimo grado possibile di retro-attività, tale da assicurarne l’integrazione.

 Le fasi di un progetto di stoccaggio e la loro integrazione

TORNA SU

 
.

SEDE: via dei Laghi 12, 00198 Roma, tel. 06 20369608 segreteria@osservatorioccs.it; Newsletter (newsletter@osservatorioccs.it)

COORDINAMENTO: Toni Federico (e-mail), Giuseppe Girardi (e-mail), Antonio Negri (e-mail), Emmanuela Pettinao (e-mail)