Le tecnologie per affrontare i cambiamenti climatici, come quelle per la rimozione della CO2, tornano sotto i riflettori nel 2023, che passerà alla storia come l’anno record per le emissioni. Bisogna apportare cambiamenti drastici, e in tempi rapidi.
Nel suo ultimo rapporto dello scorso autunno, l’Agenzia Internazionale dell’Energia stima che circa il 35% dei tagli alle emissioni necessari per raggiungere gli obiettivi climatici del 2050 dovrà provenire da tecnologie non ancora disponibili.
Ma le tecnologie per rimuovere la CO2 ci sono già e sono cinque quelle considerate più promettenti, anche se lo sforzo principale deve rimanere la transizione energetica per evitare le emissioni e non limitarsi a rimuoverle.
Gli sforzi per la rimozione della CO2
Le emissioni di carbonio che causano il cambiamento climatico stanno per raggiungere un livello record quest’anno. Invece gli sforzi per rimuoverle dall’atmosfera sono ancora molto piccoli.
Secondo il Global Carbon Budget Report di quest’anno, le emissioni a livello mondiale dovrebbero raggiungere i 36,8 miliardi di tonnellate nel 2023, con un aumento dell’1,1% rispetto ai livelli del 2022. Le emissioni di combustibili fossili sono più di un milione di volte superiori agli sforzi di rimozione del carbonio.
“In alcuni Paesi sono stati compiuti grandi progressi nella riduzione delle emissioni, ma non sono sufficienti. Siamo drasticamente fuori rotta”, ha dichiarato a MIT Technology Review, Mike O’Sullivan, docente dell’Università di Exeter e uno degli autori del rapporto.
Le emissioni europee sono diminuite di circa il 7% rispetto allo scorso anno, mentre gli Stati Uniti hanno registrato una riduzione del 3%.
Nel complesso, però, le emissioni di carbone, petrolio e gas naturale sono ancora in aumento e nazioni come l’India e la Cina continuano a registrare una crescita delle emissioni. Insieme, questi due Paesi rappresentano attualmente quasi il 40% delle emissioni globali di combustibili fossili, anche se i Paesi occidentali, compresi gli Stati Uniti, sono ancora i maggiori responsabili delle emissioni storiche.
“Quello che vogliamo vedere è una rapida diminuzione delle emissioni di combustibili fossili”, ha sottolineato David Ho, scienziato del clima presso l’Università delle Hawaii a Manoa e consulente scientifico di Carbon Direct, una società di gestione del carbonio, intervistato da MIT Technology Review.
Tuttavia, secondo il nuovo rapporto, una tecnologia talvolta propagandata come panacea per i problemi delle emissioni presenta gravi limiti: la rimozione dell’anidride carbonica. Le tecnologie di rimozione dell’anidride carbonica aspirano i gas serra dall’atmosfera per evitare che riscaldino ulteriormente il pianeta. Il panel delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici ha definito l’eliminazione del carbonio una componente essenziale dei piani per raggiungere gli obiettivi climatici internazionali di mantenere il riscaldamento a meno di 1,5 °C (2,7 °F) rispetto ai livelli preindustriali.
La rimozione di anidride carbonica è ancora limitata
Il problema è che oggi la rimozione di anidride carbonica è molto limitata. La cattura diretta dell’aria e altri approcci tecnologici hanno raccolto e immagazzinato solo circa 10.000 tonnellate metriche di anidride carbonica nel 2023.
Nel complesso, le emissioni da combustibili fossili sono state milioni di volte superiori ai livelli di rimozione del carbonio di quest’anno. Il rapporto dimostra che le tecnologie di rimozione del carbonio non sono in grado di bilanciare le emissioni, afferma O’Sullivan: “Non possiamo compensare la nostra via d’uscita da questo problema”.
Il rapporto riporta anche cattive notizie sugli approcci basati sulla natura. Gli sforzi per estrarre il carbonio dall’atmosfera con metodi come la riforestazione e l’afforestazione (in altre parole, la piantumazione di alberi) hanno permesso di rimuovere più emissioni dall’atmosfera rispetto alle loro controparti tecnologiche. Tuttavia, anche questi sforzi sono ancora annullati dagli attuali tassi di deforestazione e da altri cambiamenti nell’uso del suolo.
“L’unico modo per risolvere questa crisi è cambiare radicalmente l’industria dei combustibili fossili”, afferma O’Sullivan. Tecnologie come la rimozione del carbonio “diventano importanti solo se anche le emissioni vengono drasticamente ridotte”.
Ci sono molti strumenti a disposizione per iniziare a fare progressi sulle emissioni nel breve termine, come ha stabilito un rapporto delle Nazioni Unite sul clima pubblicato all’inizio di quest’anno: l’impiego di energie rinnovabili come l’eolico e il solare, la prevenzione della deforestazione e la riduzione delle fughe di metano e l’aumento dell’efficienza energetica sono tutte soluzioni a basso costo che potrebbero dimezzare le emissioni entro il 2030.
In definitiva, anche l’eliminazione del carbonio potrebbe far parte della risposta, ma c’è ancora molto lavoro da fare, secondo Ho. È il momento giusto per studiare e sviluppare tecnologie di rimozione del carbonio, capire i rischi e i benefici dei diversi approcci e determinare quali possono essere scalati evitando problemi ecologici e di giustizia ambientale.
È probabile che nulla di tutto ciò avverrà abbastanza velocemente da raggiungere i progressi necessari per ridurre le emissioni in questo decennio. Nel rapporto Global Carbon Budget, i ricercatori stimano quanto siamo vicini a superare i limiti climatici. I ricercatori prevedono infatti che rimangono circa 275 miliardi di tonnellate di anidride carbonica da emettere prima di superare 1,5 °C (2,7 °F) di riscaldamento. A questo ritmo, il mondo è destinato a esaurire questo budget entro circa sette anni, verso la fine del decennio.
“Abbiamo la possibilità di agire e nulla è inevitabile”, afferma O’Sullivan. “Il mondo cambierà e sta cambiando, dobbiamo solo accelerare”.
Le cinque tecnologie per la rimozione della CO2
Il cemento da solo rappresenta infatti più del 7% delle emissioni globali, mentre la produzione di acciaio è responsabile di un altro 7-9%. Per ripulire queste industrie sarà necessaria una fornitura quasi illimitata di energia decarbonizzata a basso costo, costante e facilmente accessibile.
Sono cinque le più promettenti tecniche di rimozione del carbonio: la CDR (carbon dioxide removal); la cattura diretta dall’aria (dac); il prelievo dall’acqua; la BECCS (Bioenergy with carbon capture and storage) si attua applicando la CCS ai generatori elettrici a biomassa; un sistema compatto e modulare per l’attività di rimozione e stoccaggio del carbonio da biomassa (BiCRS); il potenziamento degli agenti atmosferici. Vediamoli nel dettaglio.
A Brisbane, appena a sud di San Francisco, un edificio industriale affittato dalla startup Heirloom, presenta scaffali a tutta altezza, come quelli che si possono vedere in una panetteria, pieni di vassoi di calce spenta, un composto alcalino ottenuto riscaldando prima il calcare, una roccia carbonatica, in modo da produrre anidride carbonica e ossido di calcio, o calce viva, e facendo poi reagire la calce viva con l’acqua. Esponendo la calce spenta all’aria, questa assorbe anidride carbonica e si trasforma nuovamente in calcare.
Heirloom sta lavorando su come trattare la calce spenta e spargerla sui vassoi in modo da accelerare la sua regressione in calcare. Il calcare verrà poi introdotto in un tipo di forno chiamato calcinatore per essere trasformato nuovamente in anidride carbonica (da immagazzinare) e calce viva pronta per essere spenta, sparsa sui vassoi e alimentata di nuovo attraverso l’intero processo. Accanto al calcinatore si trova una bombola a gas che contiene la prima anidride carbonica rimossa dall’aria in questo modo. Su di essa sono impresse le firme orgogliose della maggior parte dei lavoratori.
Una tecnica di Cdr (di rimozione della CO2) ideale dovrebbe immagazzinare il carbonio in modo facilmente monitorabile e verificabile, in modo da poter sapere quanto carbonio viene immagazzinato. Dovrebbe inoltre funzionare su larga scala e i suoi costi dovrebbero essere bassi.
Climeworks e Carbon Engineering
Climeworks e Carbon Engineering sono i giganti del settore. Le società di cattura diretta dall’aria (dac) utilizzano banchi di ventilatori per convogliare l’aria su una sostanza che aspira l’anidride carbonica (ogni azienda usa una sostanza diversa). La quantità di anidride carbonica che gli impianti rimuovono è facilmente misurabile, semplicemente guardando quanto gas stanno pompando nello stoccaggio. La scalabilità sembra derivare dall’area relativamente piccola coinvolta. Gli impianti in grado di produrre una gigatonnellata all’anno sarebbero molto grandi: avrebbero le dimensioni di una città.
Ma c’è un prezzo. In termini climatici, l’attuale livello di biossido di carbonio di 417 parti per milione è allarmante. In termini di ingegneria chimica, rimuovere qualcosa che rappresenta solo lo 0,04%, o una parte su 2.400, di ciò che si inizia è difficile. Significa spostare molta aria e utilizzare molta energia. Secondo una panoramica pubblicata l’anno scorso da Andrew Bergman e Anatoly Rinberg dell’Università di Harvard, l’energia necessaria per fornire una gigatonnellata di anidride carbonica pura con il Dac equivale all’1-1,3% del consumo energetico totale dell’umanità nel 2019.
In passato Climeworks ha affermato che il suo sistema può rimuovere l’anidride carbonica per 600 dollari a tonnellata. Studi accademici hanno suggerito che potrebbe essere invece un po’ più alto.
Nel 2018 il fondatore di Carbon Engineering, David Keith, e alcuni colleghi hanno pubblicato un documento accademico. Iin linea di principio, il costo di produzione di una tonnellata di anidride carbonica pura, pronta per lo stoccaggio geologico utilizzando l’approccio dell’azienda, potrebbe attestarsi a quota 90-230 dollari. Mancano indicazioni che i costi siano già stati raggiunti.
Gli investimenti
Il Dac è così attraente che, nel 2022, Climeworks ha attirato 650 milioni di dollari di investimenti azionari. Nell’agosto 2023, Occidental Petroleum ha annunciato l’acquisto di Carbon Engineering per 1,1 miliardi di dollari. A novembre, BlackRock ha investito 550 milioni di dollari nello sviluppo da parte di Occidental di un impianto di dac da 500.000 tonnellate all’anno fuori Odessa, in Texas.
Inoltre, se lo farà con l’anidride carbonica proveniente dal suo impianto fuori Odessa e riuscirà a dimostrare che il gas rimarrà sepolto anche dopo l’estrazione del petrolio, sarà pagata profumatamente per farlo.
La sezione 45q del codice fiscale americano prevede un credito d’imposta per ogni tonnellata di anidride carbonica che una società può dimostrare di aver messo in deposito permanente. Nel 2022 la legge sulla riduzione dell’inflazione ha aumentato il credito 45q per l’anidride carbonica da dac a 180 dollari per tonnellata.
Anche il Dipartimento dell’Energia americano ha 3,5 miliardi di dollari da spendere per promuovere il CDR. Sta usando questi fondi per creare due nuovi hub da 1 milione di tonnellate all’anno di dac, uno incentrato su Climeworks in Louisiana e uno su Occidental/Carbon Engineering nel sud del Texas. Ciascuno di essi riceverà fino a 600 milioni di dollari. Heirloom parteciperà ai lavori dell’hub della Louisiana.
Questo sostegno è piuttosto modesto se paragonato, per esempio, a quello ricevuto dall’energia solare 20 anni fa. È invece enorme se paragonato a quello che viene destinato ad altre forme di CDR. Eppure le altre forme continuano a suscitare interesse. Alcuni pensano che la sfida di separare l’anidride carbonica dall’aria non permetterà mai al dac di raggiungere i 100 dollari a tonnellata, obiettivo del Dipartimento dell’Energia.
Il progetto di Stoccolma Exergi
Stoccolma Exergi prevede di catturare 800.000 tonnellate di anidride carbonica. Un approccio alternativo consiste nel prelevare l’anidride carbonica non dall’aria, ma dall’acqua. Quando l’aria si posa sull’acqua, la quantità di anidride carbonica disciolta nell’acqua è in equilibrio con quella presente nell’aria. Se si immette più anidride carbonica nell’aria, una parte finisce nell’acqua, mantenendo l’equilibrio; se se ne toglie un po’ dall’acqua, il livello nell’aria si abbassa. Diverse aziende stanno studiando modi per catturare l’anidride carbonica trattando un flusso continuo di acqua di mare chimicamente o elettricamente in modo da estrarre l’anidride carbonica. Alcune vedono una sinergia con gli impianti di desalinizzazione. Come nel caso della dac, però, sarà necessaria molta energia.
Il Beccs
Un’altra alternativa è lasciare che la fotosintesi faccia il duro lavoro di sottrarre l’anidride carbonica dall’aria e poi trattare la biomassa così prodotta in modo da rendere il suo carbonio adatto a forme di stoccaggio durevoli. L’approccio più consolidato in questo senso è il Beccs (bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio). Coltivare una coltura, ricavarne energia (il più delle volte bruciandola) e poi immagazzinare l’anidride carbonica rilasciata durante il processo. Questo metodo è già utilizzato in alcune raffinerie di biocarburanti americane. Ci sono molti progetti per un utilizzo più ampio. Stockholm Exergi, che fornisce elettricità e riscaldamento alla maggior parte della capitale svedese, ha in programma di catturare 800.000 tonnellate di anidride carbonica all’anno dalle sue caldaie a biomassa.
Il Beecs fornisce energia e immagazzina carbonio. Ciò è uno dei suoi punti di forza. Ma per alcuni è una distrazione. Anche a un prezzo del CDR per tonnellata ben al di sotto dei 100 dollari, il contenuto di carbonio della biomassa vale molto di più dell’energia che si ottiene bruciandola. Se si immagazzina il carbonio senza costruire una centrale elettrica, si perdono alcune entrate secondarie. Ma si perde anche il considerevole costo del capitale necessario per costruire una centrale elettrica e per dotare le sue ciminiere della tecnologia di cattura del carbonio.
I Bicrs
Cresce l’interesse per i metodi alternativi di rimozione e stoccaggio del carbonio, o Bicrs (pronunciato “bikers”, piuttosto che “bickers”): trovare della biomassa, trattarla in modo da prevenire la decomposizione e smaltirla in modo permanente.
Un’azienda londinese chiamata Brilliant Planet ha sedi in Marocco e Oman e il suo obiettivo è pompare l’acqua di mare in grandi bacini nei deserti costieri, coltivare le alghe con essa, essiccarle e seppellirle. Invece Charm Industrial, con sede a San Francisco, ha raccolto 100 milioni di dollari a giugno per un sistema che trasforma la biomassa in una sorta di olio ricco di carbonio e lo pompa in un deposito geologico. Graphyte, una startup che ha rotto la copertura a novembre, progetta di trasformare la biomassa in mattoni densi avvolti in un polimero resistente da interrare. Sostenuta da Breakthrough Energy Ventures, un fondo creato da Bill Gates, afferma di poter operare a 100 dollari/tonnellata. Ha in programma di iniziare a produrre mattoni da scarti di legname e di mulini per il riso in Arkansas l’anno prossimo.
I rifiuti legnosi
Anche i rifiuti legnosi svolgono un ruolo in molti progetti che utilizzano il biochar, un approccio con numerosi sostenitori. Come i carbonai sanno fin dall’antichità, se si brucia il legno senza molto ossigeno si ottiene un carbone ricco di carbonio. Se lo si sparge nel terreno, spesso fa bene al suolo e si decompone lentamente in una forma che batteri e funghi possono trasformare in anidride carbonica. Il beneficio del carbonio non è solo quello immagazzinato nel carbone, ma anche quello immagazzinato in un terreno più ricco e più sano.
Il potenziamento degli agenti atmosferici
Rimane un terzo tipo di schema: il potenziamento degli agenti atmosferici. Prendete sostanze che reagiscono con l’anidride carbonica, spargetele sulla terraferma o nell’oceano e lasciate che la chimica della natura faccia il suo corso. Sulla terraferma si potrebbero usare peridotiti macinate, come quelle che si trovano nelle montagne Hajar della penisola araba, o basalto; nell’oceano, calcare. Quando il calcare si scioglie, gli ioni calcio rilasciati portano alla formazione di ioni bicarbonato dall’anidride carbonica già disciolta nell’acqua, fornendo una rimozione.
Il potenziamento degli agenti atmosferici implica lo spostamento di una grande quantità di massa. Per eliminare 1gt di anidride carbonica spargendo calcare finemente polverizzato sugli oceani, bisognerebbe caricare almeno 2,3 gt di materiale a bordo delle navi che lo spargono. Nel 2020 David Beerling, dell’Università di Sheffield, e molti altri coautori hanno esaminato i risultati dell’azione degli agenti atmosferici del basalto in polvere applicato ai terreni coltivati.Rimuovere 1gt di anidride carbonica all’anno significherebbe spargere 6gt di basalto su circa un quarto dei terreni coltivati nelle grandi nazioni agricole.
Ma gli esseri umani spostano già molta massa. Pesando tutta la roba estratta dalla crosta terrestre in un anno, si arriva a più di 50gt. Quando queste miniere chiudono, come succede, potrebbe aumentare la produzione di calcare (circa 7gt all’anno, soprattutto per il cemento). Se il cdr è valutato 100 dollari a tonnellata e una tonnellata di cdr richiede 2,3 tonnellate di calcare, una tonnellata di calcare correttamente distribuita ha una valutazione di 44 dollari. Nel 2021, il prezzo medio per tonnellata che l’industria del carbone otteneva dai produttori di energia elettrica in America era di 41 dollari.
Il problema della la verifica
Il costo della frantumazione e della distribuzione della roccia renderebbe le cose più complesse e costose. Ma il problema più grande del miglioramento degli agenti atmosferici potrebbe non essere il costo o la scala, bensì la verifica. Regole empiriche per stabilire la quantità di cdr da applicare a un certo tipo di terreno in un particolare clima potrebbero essere sufficienti per confrontare i benefici complessivi con i costi. Non sarà possibile tracciare realmente il carbonio immagazzinato grazie a una particolare applicazione di polvere di roccia.
Questa è una cattiva notizia se si vogliono vendere crediti cdr. Ma gli agricoltori sono abituati a spargere già molte cose sui loro campi: per esempio, dove il suolo è acido, il calcare. Soprattutto se i minerali sono esposti alle intemperie in modo da migliorare il suolo, il beneficio di rimozione del carbonio fornito potrebbe valere il costo di sovvenzionare gli agricoltori per spargerli.
Conclusioni
La rimozione del carbonio sarà senza dubbio importante per raggiungere gli obiettivi climatici, ma ciò non significa continuare con il business-as.usual, aspirando poi il carbonio dall’atmosfera. L’eliminazione del carbonio sarà una componente essenziale dei piani per raggiungere gli obiettivi climatici internazionali, ma se il piano non è accompagnato dalla transizione energetica non è una soluzione fattibile.
L’elettricità necessaria per rimuovere l’anidride carbonica sarebbe infatti superiore all’intera domanda globale di oggi. Quindi conviene studiare e sviluppare tecnologie di rimozione del carbonio, analizzare i rischi e i vantaggi dei diversi approcci e determinare quali possono essere scalati evitando problemi ecologici e di giustizia ambientale anche se alcune tecnologie sono più promettenti di altre e sicuramente potranno essere molto utili in futuro.
