CO2, “catturarla” e combattere il surriscaldamento

Trasformare il carbonio in un minerale iniettando la CO2 nel terreno. È questa l’ultima tecnica di cattura e stoccaggio dell’anidride carbonica che arriva dall’Islanda e che promette di combattere inquinamento e cambiamenti climatici.

Una necessità: diminuire la presenza di CO2 nell’aria

In realtà i sistemi di cattura e stoccaggio dell’anidride carbonica (Ccs, Carbon Capture and Storage) sono ormai da tempo studiati e sperimentati e vengono considerati fondamentali per un futuro energetico a basse emissioni. Ben tre rapporti resi noti all’inizio del 2016 dalla National Oceanic and Atmospheric Administration (Noaa), l’agenzia federale statunitense che si occupa soprattutto di meteorologia, dalla Nasa e dal servizio meteo governativo del Regno Unito, il Met Office, sono concordi nel considerare il 2015 come l’anno più caldo in assoluto. Le temperature medie registrate sulla superficie terrestre in tutto il mondo nel 2015 sono state infatti più alte di 0,13°C rispetto a quelle del 2014. Come ha sottolineato Peter Stott, responsabile del monitoraggio del clima al Met Office Hadley Centre, “il 2015 è stato un anno record per il nostro clima e le temperature medie globali hanno raggiunto +1°C rispetto ai livelli pre-industriali”. Sempre secondo il Met, per il 2016 le previsioni sono decisamente fosche: esiste infatti solo un 5% circa di possibilità che risulti meno caldo del 2015. Nel 2014, a questo riguardo, la richiesta dell’Ipcc, Gruppo intergovernativo sul cambiamento climatico delle Nazioni Unite, è stata molto netta: per mantenere gestibili gli effetti del riscaldamento globale, è importante sviluppare tecnologie che non solo permettano di produrre meno CO2, ma anche che consentano di ridurre la presenza di questo gas nell’atmosfera. Secondo uno studio dell’Enea, le Ccs possono contribuire per circa il 20% alla riduzione delle emissioni entro il 2050, nell’ipotesi di scenario che prevede, al 2050, la riduzione del 50% delle emissioni rispetto ai livelli attuali. Lo sviluppo dunque delle tecniche di Ccs diventa un settore strategico per arrivare a tentare di rispettare gli impegni presi nella COP21 di Parigi rispetto all’aumento del riscaldamento globale, il cui limite è stato fissato al di sotto dei 2 gradi centigradi entro il 2020, puntando all’obiettivo di 1,5 gradi.

Una tecnica in via di sviluppo

Verso questo obiettivo ecco arrivare dunque il nuovo sistema sperimentato nella centrale geotermale di Hellisheidi, alle pendici del vulcano di Hengill, in Islanda, e chiamato Carbfix Project. Uno studio è inoltre stato pubblicato sulla rivista Science per rendere pubblici i risultati di tali sperimentazioni. Non è certo la prima volta che viene testata la possibilità di immettere nel sottosuolo la CO2 per eliminarla dall’atmosfera ma in questo caso la novità è importante: mentre negli altri casi l’anidride carbonica veniva intrappolata allo stato puro (optando così per un processo potenzialmente molto pericoloso, in grado di causare esplosioni o il ritorno del gas nell’atmosfera), ora i gas di scarto della centrale vengono mischiati all’acqua utilizzata per la produzione di elettricità e iniettati nello strato di basalto sottostante, dove una serie di naturali processi chimici mineralizza il carbonio formando una roccia inerte e sicura. Il gas dunque è stato disciolto in acqua creando un liquido leggermente acido che è stato pompato sottoterra, in basalti vulcanici a centinaia di metri di profondità. Il basso ph del liquido ha disciolto gli ioni di calcio e magnesio nelle rocce, che hanno poi reagito con la CO2 per creare carbonato di calcio e magnesio. Un ulteriore importante risultato sta nei tempi in cui si è sviluppata tale trasformazione. Mentre precedenti stime avevano previsto che fossero necessari dagli 8 ai 12 anni per la solidificazione, lo studio condotto ha dimostrato che il 95% dell’anidride carbonica iniettata nel sottosuolo della centrale si è invece solidificata in meno di due anni. “Ora sappiamo che possiamo iniettare nel sottosuolo grandi quantità di CO2 perché lo stoccaggio avviene in maniera rapida e sicura”, sostiene Martin Stute, professore di Geochimica presso la Columbia University e tra gli autori dello studio. “Nel futuro, le centrali sorgeranno in luoghi ricchi di basalto, e ce ne sono molti sul pianeta!”.

Dubbi e perplessità

Come per ogni nuova tecnica, a risultati entusiasmanti si accompagnano anche critiche e punti interrogativi. Il primo riguarda i costi. Le infrastrutture necessarie a catturare la CO2, a mischiarla all’acqua e a pomparla sottoterra richiedono costi piuttosto alti, non facilmente sostenibili da tutti gli impianti, ancora di più per quelli non geotermali, come ad esempio le classiche centrali a carbone, che non hanno strutture collegate al sottosuolo. L’altra problematica è invece relativa alla quantità di acqua necessaria per dare il via all’intero processo. Di tutto il materiale inviato nei basalti, soltanto il 5% è CO2, il resto è acqua che va reperita. Più precisamente, per ogni tonnellata di CO2 ne servono 25 di acqua. Il problema potrebbe essere aggirato utilizzando l’acqua di mare ma questo potrebbe rivelarsi risolutivo solo nel caso degli impianti che si trovano lungo le coste. Infine, uno degli elementi che assicurano la riuscita della tecnica è la presenza di basalti con particolari concentrazioni di elementi come calcio, ferro e magnesio, presenza che non può essere una costante e che può quindi andare ad inficiare il risultato finale.

 

Idee e progetti per catturare la CO2 e trasformarla

Sono numerosi gli studi condotti in tutto il mondo e tesi a sviluppare nuove tecnologie che riescano a catturare l’anidride carbonica per eliminarla dall’atmosfera. In alcuni casi vi è poi un passaggio ulteriore: quello di rendere “utile” la stessa anidride carbonica trasformandola in un nuovo materiale. Un esempio è quello che arriva dalla California dove gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory stanno testando spugne realizzate con l’ingrediente chiave del bicarbonato di sodio per catturare le emissioni di carbonio. Sono state create microcapsule che hanno una soluzione liquida di carbonato di sodio al loro centro, circondato da un guscio di polimero che permette alla CO2 di fluirvi attraverso. Le piccole sfere blu sono posizionate nella soluzione acquosa per impedire loro di attaccarsi l’una con l’altra. Quando vengono a contatto con la CO2, cambiano colore assumendone uno marrone giallastro. L’esposizione di carbonato di sodio in CO2 e acqua crea bicarbonato di sodio, altrimenti noto come soda. Grazie alla stampa 3D e alle tecniche computazionali avanzate, i ricercatori californiani non si stanno limitando alle capsule e stanno sviluppando una gamma di materiali che possano essere costruiti e testati rapidamente. Si può pensare a veri e propri tessuti realizzati grazie alla cattura di CO2. L’idea è che i ricercatori riescano a personalizzare i materiali di cattura del carbonio per adattarsi a camini o canne fumarie. Allo stesso risultato sta puntando anche un altro team di ricercatori della George Washington University di Washington, guidato dal professore Stuart Licth, che ha sviluppato una tecnologia in grado sia di catturare l’anidride carbonica nell’aria che di sfruttare un processo elettrochimico per convertirla in nanofibre di carbonio, materiali che, per la loro forza e leggerezza, stanno trovando sempre più applicazioni nell’industria aerospaziale e in quella automobilistica. Davvero notevoli i risultati nell’abbattimento delle emissioni: i ricercatori hanno infatti calcolato che, con una superficie inferiore al 10% delle dimensioni del Deserto del Sahara a disposizione, in dieci anni il metodo potrebbe rimuovere abbastanza anidride carbonica da riportare i livelli di anidride carbonica del pianeta a quelli preindustriali, seppur in presenza di ulteriori emissioni di gas serra elevate. Anche nel nostro Paese la ricerca è molto attiva. In Italia, infatti, nel 2015 è stata presentata AzoPore, la spugna molecolare in grado di assorbire selettivamente l’anidride carbonica e di rilasciarla quando viene esposta alla luce solare. AzoPore, che nasce da un progetto realizzato da un team di ricercatori del Dipartimento di Chimica “G. Ciamician” dell’Università di Bologna, coordinato da Massimo Baroncini, Fabrizia Grepioni e Alberto Credi, e del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca, coordinato da Angiolina Comotti, è costituito da cristalli contenenti molteplici cavità di dimensioni nanometriche (milionesimi di millimetro) che gli permettono di assorbire notevoli quantità di gas. È estremamente sensibile alla luce, sensibilità dovuta a una molecola chiamata azobenzene che cambia forma quando è illuminata. Può dunque essere illuminata come se si strizzasse una spugna, con la differenza che, invece dell’acqua, AzoPore assorbe l’anidride carbonica, dalla quale è “attratta”. Numerosi i lati positivi legati a questa tecnologia: è molto semplice da produrre utilizzando materie prime facilmente reperibili a un costo di poche decine di euro per chilo di prodotto.