Decarbonizzazione attiva: la cattura e sequestro dell'anidride carbonica - CCS

Affiancare all’adozione di tecnologie di produzione di energia a zero emissioni quelle per la cattura o captazione del carbonio [1] e il suo sequestro o stoccaggio geologico (CCS), può diventare un fattore decisivo per accelerare il raggiungimento dell’obiettivo zero emissioni nette di gas ad effetto serra (GHG) di origine antropica entro il 2050, impegno sottoscritto da numerosi Stati nell’Accordo di Parigi del 2015 [2].

Nel seguente approfondimento, esperti dei team tecnici e consulenziali di WSP che hanno lavorato in America e Europa su progetti di captazione e sequestro del carbonio e di stoccaggio dell'idrogeno, analizzano da diverse angolazioni come queste tecnologie possano agevolare il pressante problema della decarbonizzazione ed esplorano le sfide non solo tecniche da affrontare.

Il processo

Il CCS è un processo di captazione della anidride carbonica (CO2), il principale gas serra, per evitarne l’immissione in atmosfera e immagazzinarla in modo permanente in formazioni geologiche sotterranee dalle caratteristiche adatte. Il processo CCS si compone di tre parti: la cattura della CO2; il suo trasporto al sito di stoccaggio; il suo sequestro, iniettandola in formazioni geologiche sotterranee onshore o offshore.

Perché la CCS è una tecnologia essenziale per la decarbonizzazione?

Tony Alderson: La captazione della CO2 consente di progredire negli obiettivi di decarbonizzazione mondiale. Grazie a tale tecnica, anche la generazione di energia da fonti convenzionali e le attività industriali ad alta intensità energetica e quelle che generano intrinsecamente CO2 come ad esempio la produzione di cemento, possono essere decarbonizzate senza dover attendere lo sviluppo di nuove tecnologie o prodotti alternativi che potrebbero richiedere ancora decenni [3]. 

Kaycee Garrett: L'Agenzia internazionale dell'energia ha riconosciuto l'importanza della CSS nell'ambito del suo Clean Technology Scenario e prefigura un'ampia disponibilità di stoccaggio di CO2 per raggiungere gli obiettivi climatici globali [4].

E’ un fatto che il consumo di combustibili da fonti fossili continuerà realisticamente per molti anni ancora, sia nella fase transitoria che per bilanciare la natura discontinua delle fonti rinnovabili attualmente disponibili; le Società del settore Oil&Gas più avanzate utilizzano il CCS come la tecnica più efficace per limitare le emissioni. A ben vedere, si tratta di un processo che restituisce alla geologia un po’ del carbonio prelevato nel tempo mediante l’estrazione di idrocarburi. 

Blaise Moore: WSP progetta processi di cattura e successiva iniezione nel sottosuolo di CO2  da oltre 40 anni, molto prima che il termine CCS venisse coniato. La tecnica è stata sviluppata per il recupero di gas e petrolio da giacimenti non in pressione (recupero terziario o EOR - Enhanced Oil Recovery), mediante iniezione da pozzi secondari di anidride carbonica, acqua o composti chimici. Si tratta di processi che avevano senso economico quando la domanda crescente di idrocarburi, combinata con stime conservative sui limiti delle risorse disponibili e tensioni geopolitiche, producevano trend di prezzo crescenti. Oggi la monetizzazione della CO2 catturata,  ad esempio attraverso crediti d'imposta e sussidi e gli obiettivi di decarbonizzazione, stanno dando nuova spinta a queste tecnologie.

Quali sono le tecniche di cattura utilizzate?

Tony Alderson: vengono impiegati solventi specifici che assorbono l’anidride carbonica dai flussi di gas degli impianti di produzione di energia e altri impianti industriali. Questo processo può catturare il 90-95 percento o più della CO2 che altrimenti entrerebbe nell'atmosfera. Il solvente carico di anidride carbonica viene poi riscaldato in una colonna di desorbimento, ottenendo un gas di elevata purezza da comprimere per essere inviato al sequestro permanente.

Esistono altre tecnologie in fase di sviluppo. Queste includono sistemi con solventi diversi, l’uso di sostanze assorbenti solide e processi di congelamento della CO2 per separarla dal flusso del gas naturale. Quando queste tecnologie raggiungeranno la maturità commerciale, potrebbero migliorare le prestazioni, ridurre i costi associati alla cattura del carbonio e ampliarne l'applicabilità. 

Le tecniche CCS sono applicabili alla cattura dell’anidride carbonica libera in atmosfera? 

Tony Alderson - WSP ha collaborato con diversi sviluppatori e li ha assistiti nella selezione delle tecnologie di cattura migliori secondo le specifiche esigenze. Alcune di queste tecnologie potrebbero, con opportune modifiche, essere applicate anche alla cattura diretta della CO2 libera in aria. Si tratta però di una sfida molto complessa, principalmente a causa della concentrazione di CO2 che nell'atmosfera è più di cento volte inferiore rispetto ai flussi industriali.

Le tecniche CCS possono agevolare l’adozione dell’idrogeno? 

Tony Alderson: Si. L'idrogeno è una alternativa ai combustibili fossili per generare elettricità e calore applicabile a svariati settori, dai trasporti al riscaldamento domestico, esente da emissioni in fase di esercizio. Secondo come venga effettivamente prodotto (sulla Terra si trova solo legato ad altri elementi), l’idrogeno può essere "verde", cioè generato mediante elettrolisi dell'acqua senza sottoprodotti GHG (se l’elettricità usata è generata da fonti rinnovabili), oppure “blu” se ricavato dal gas naturale. Quest’ultimo è un processo che genera CO2, da catturare e sequestrare con le tecniche CCS per attuare un ciclo realmente “net zero”,  aumentando le opzioni per ottenere energia abbondante e pulita.

Kaycee Garrett: Inoltre, mutuando le tecniche di iniezione e stoccaggio proprie del CCS, l’idrogeno può diventare un sistema di accumulo energetico: una quota dell’idrogeno prodotto può essere trasportato e depositato in cavità sotterranee, per essere successivamente recuperato e “bruciato” per generare elettricità quando richiesto, superando così le discontinuità intrinseche ai principali sistemi di produzione di energie rinnovabili. 

WSP grazie alla acquisizione di Golder vanta una enorme esperienza nei progetti minerari e di perforazione. I nostri esperti hanno collaborato con una grande compagnia petrolifera nel progetto di un deposito di idrogeno da 1,3 milioni di m3 in caverna, con pozzi di iniezione ed estrazione, nel sud-est del Texas. Wsp ha inoltre recentemente gestito i lavori per la realizzazione del più grande impianto di stoccaggio di idrogeno verde al mondo: due grandi spazi in strutture sotterranee a sale stratificato nello Utah, in grado di immagazzinare fino a 11.000 tonnellate di idrogeno. Significa poter immagazzinare l'equivalente di 150 GWh di energia pulita per caverna: quanto 40.000 megawatt di batterie agli ioni di litio.

Andrea Chiampo: Si tratta di fasi iniziali essenziali per lo sviluppo di tali progetti, sovente considerati impattanti per le loro dimensioni e controversi nonostante la finalità di decarbonizzazione. 
In  termini di localizzazione, è rilevante l’esperienza della collaborazione di WSP Italia con una primaria Società del settore Oil&Gas che si è data l’obiettivo emissioni zero entro il 2050. Parte integrante del suo CCS Masterplan è uno studio di prefattibilità da noi realizzato per identificare vincoli ambientali e sociali relativi all’intera filiera nazionale ipotizzata, costituita da diverse decine di siti candidati alla cattura, altrettanti sia onshore che offshore per il sequestro e da una decina di corridoi di trasporto sul territorio.

Sono stati presi in considerazione un'ampia serie di vincoli, connessi alla presenza di centri urbani, aree produttive e infrastrutture, corpi d'acqua rischio idrogeologico e sismico, siti contaminati, aree protette e aree importanti per la biodiversità, siti e paesaggi del patrimonio culturale.
A valle dell’analisi , compiuta con l’ausilio di strumenti di elaborazione GIS, alcuni degli hub di acquisizione, di storage e le relative interconnessioni sono stati identificati come preferenziali per ulteriori sviluppi. 
Stiamo  attualmente supportando il Cliente nella valutazione di altre locazioni di impianti di cattura di CO2, anche di terze parti, situati in Italia e nei Paesi limitrofi.

Per quanto riguarda la fase autorizzativa, si tratta di attività delicate per gli stessi motivi sopra esposti. Diventa importante gestire in modo appropriato la comunicazione e il coinvolgimento di tutti i portatori di interesse nelle Comunità interessate, non solo con le Autorità. 

WSP Italia è coinvolta dal 2020 in studi relativi all'autorizzazione di progetti pilota CCS. La prima effettuata fu un'analisi dei vincoli ambientali a supporto della scelta ottimale del percorso che collega alcuni impianti di cattura di CO2 nel Nord Italia a serbatoi geologici di stoccaggio offshore con capacità superiore alle 500 MTon, identificati nella fase di localizzazione. Nello studio fu presa in considerazione una vasta serie di vincoli normativi e di pianificazione a livello nazionale, regionale e locale e furono selezionati i percorsi più adatti tra stabilimenti dove avviene la captazione e siti geologici di deposito. 

A seguito di quello studio iniziale, abbiamo supportato il Cliente nelle diverse fasi autorizzative del progetto, completando le seguenti attività:

• Rapporto ESHIA preliminare per tutti gli impianti di produzione, trasporto e stoccaggio coinvolti, sia onshore che offshore,
• Valutazione del rischio ecologico sia onshore che offshore,
• Supporto alla redazione del Piano di Monitoraggio Ambientale,
• Supporto alla pratica di richiesta di autorizzazione allo stoccaggio di CO2 ai sensi di legge,
• Applicazione Screening della Valutazione di Impatto Ambientale (VIA) ai sensi di legge, compresa la modellazione aerea relativa all'impianto di captazione.

Il progetto è in corso e WSP Italia è oggi coinvolta negli studi preliminari per lo sviluppo della fase industriale. 

Tony Alderson: Impianti di cattura, pipeline per il trasporto, depositi geologici: il CCS è una tecnologia complessa e onerosa. Nel Regno Unito il governo sta cercando di agevolarla attraverso una serie di meccanismi di sostegno finanziario pubblico agli operatori che stanno sviluppando i primi due cluster CCS nel Regno Unito. WSP è attivamente coinvolta nelle fasi progettuali di uno di essi. Ne sono previsti altri, con un impegno complessivo di 20 miliardi di sterline di fondi pubblici nei prossimi decenni per sostenere lo sviluppo del settore [5]. 

Kaycee Garrett:  Su ambedue i lati dell’Atlantico non tutte le amministrazioni stanno stanziando fondi ad hoc come il governo inglese. Abbiamo esperienze di consigli locali che ritardano o vietano i permessi di transito o di costruzione di pozzi di iniezione nelle loro giurisdizioni sulla base di malintesi, di prese di posizione politiche. 
Anche le pressioni di parte dell’opinione pubblica, aggiungiamo, forse convinta con ciò di accelerare la dismissione di fonti fossili, di fatto si prestano inconsapevolmente al boicottaggio della transizione energetica, che come dice la parola stessa non è un evento ma un processo progressivo, provocando ritardi e ulteriori costi difficilmente recuperabili.

Blaise Moore:  Spesso la fonte della CO2 non è vicina a un deposito idoneo al sequestro, rendendo il trasporto costoso e le approvazioni complicate, come ha puntualizzato Andrea. Sovente sarebbero necessarie più fonti di captazione per giustificare il progetto sul piano dei costi. Le varie industrie coinvolte in attività generanti CO2 non stanno attualmente collaborando tra loro. Soggetti che si facessero carico di combinare fonti diverse con hub e depositi di stoccaggio comuni e costi condivisi, contribuirebbero in modo significativo a ottenere i volumi necessari per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione.