Guinguette Marais Poitevin

Per essere sequestrato artificialmente (cioè non utilizzando i processi naturali del ciclo del carbonio) il carbonio deve prima essere catturato, o deve essere significativamente ritardato o impedito di essere rilasciato nuovamente nell’atmosfera (per combustione, decadimento, ecc.) da un materiale ricco di carbonio esistente, essendo incorporato in un uso duraturo (come nella costruzione). Dopodiché può essere immagazzinato passivamente o rimanere utilizzato in modo produttivo nel tempo in una varietà di modi.

Per esempio, al momento della raccolta, il legno (come materiale ricco di carbonio) può essere immediatamente bruciato o altrimenti servire come combustibile, restituendo il suo carbonio all’atmosfera, oppure può essere incorporato nella costruzione o in una serie di altri prodotti durevoli, sequestrando così il suo carbonio per anni o addirittura secoli.

Un edificio molto attentamente progettato e durevole, efficiente dal punto di vista energetico e in grado di catturare l’energia ha il potenziale di sequestrare (nei suoi materiali da costruzione ricchi di carbonio), tanto quanto o più carbonio di quello rilasciato dall’acquisizione e dall’incorporazione di tutti i suoi materiali e di quello che sarà rilasciato dalle “importazioni di energia” delle funzioni dell’edificio durante l’esistenza della struttura (potenzialmente multi-centenaria). Una tale struttura potrebbe essere definita “carbon neutral” o addirittura “carbon negative”. Si stima che la costruzione e il funzionamento degli edifici (uso dell’elettricità, riscaldamento, ecc.) contribuiscano a quasi la metà delle aggiunte annuali di carbonio causate dall’uomo all’atmosfera.

Gli impianti di purificazione del gas naturale spesso devono già rimuovere l’anidride carbonica, sia per evitare che il ghiaccio secco intasi le cisterne di gas sia per evitare che le concentrazioni di anidride carbonica superino il 3% massimo consentito sulla rete di distribuzione del gas naturale.

Oltre a questo, una delle prime applicazioni più probabili della cattura del carbonio è la cattura dell’anidride carbonica dai gas di scarico delle centrali elettriche (nel caso del carbone, questa mitigazione dell’inquinamento da carbone è talvolta conosciuta come “carbone pulito”). Una tipica nuova centrale a carbone da 1000 MW produce circa 6 milioni di tonnellate di anidride carbonica all’anno. Aggiungere la cattura del carbonio agli impianti esistenti può aggiungere significativamente ai costi della produzione di energia; a parte i costi di scrubbing, una centrale a carbone da 1000 MW richiederà lo stoccaggio di circa 50 milioni di barili (7.900.000 m3) di anidride carbonica all’anno. Tuttavia, lo scrubbing è relativamente conveniente se aggiunto a nuovi impianti basati sulla tecnologia di gassificazione del carbone, dove si stima che faccia aumentare i costi energetici per le famiglie degli Stati Uniti che usano solo fonti di elettricità a carbone da 10 centesimi per kW-h a 12 centesimi.

BuildingsEdit

Mjøstårnet, uno dei più alti edifici in legno, alla sua apertura 2019

Secondo un team internazionale di scienziati interdisciplinari in uno studio del 2020, l’adozione su larga scala del legno di massa e la sua sostituzione con l’acciaio e il cemento nei nuovi progetti di costruzione di media altezza nel corso dei prossimi decenni ha il potenziale di trasformare gli edifici in legno in un pozzo di carbonio globale, poiché immagazzinano l’anidride carbonica assorbita dall’aria dagli alberi che vengono raccolti e utilizzati come legname da costruzione. Notando il bisogno demografico di nuove costruzioni urbane per i prossimi trent’anni, il team ha analizzato quattro scenari per la transizione verso le nuove costruzioni in legno di media altezza. Supponendo un business as usual, solo lo 0,5% dei nuovi edifici in tutto il mondo sarebbe costruito con il legno entro il 2050 (scenario 1). Questo potrebbe essere spinto fino al 10% (scenario 2) o al 50% (scenario 3), assumendo che la produzione di legno di massa aumenti come una rivoluzione dei materiali che sostituisce il cemento e l’acciaio nell’edilizia urbana con il legno. Infine, se i paesi con l’attuale basso livello di industrializzazione, per esempio l’Africa, l’Oceania e parti dell’Asia, facessero anch’essi la transizione al legno (compreso il bambù), allora anche il 90% di legno entro il 2050 (scenario 4) è concepibile. Questo potrebbe portare ad immagazzinare tra 10 milioni di tonnellate di carbonio all’anno nello scenario più basso e quasi 700 milioni di tonnellate nello scenario più alto. Lo studio ha scoperto che questo potenziale potrebbe essere realizzato a due condizioni. In primo luogo, le foreste raccolte dovrebbero essere gestite, governate e utilizzate in modo sostenibile. In secondo luogo, il legno degli edifici in legno demoliti dovrebbe essere riutilizzato o conservato sulla terra in varie forme.

Cattura del carbonioModifica

Attualmente, la cattura dell’anidride carbonica viene effettuata su larga scala tramite l’assorbimento dell’anidride carbonica su vari solventi a base di ammina. Altre tecniche sono attualmente in fase di studio, come l’adsorbimento a variazione di pressione, l’adsorbimento a variazione di temperatura, le membrane per la separazione dei gas, la criogenia e la cattura dei fumi.

Nelle centrali a carbone, le principali alternative al retrofit di assorbitori a base di ammina nelle centrali esistenti sono due nuove tecnologie: il ciclo combinato a gassificazione del carbone e la combustione ossicombustibile. La gassificazione produce prima un “syngas” principalmente di idrogeno e monossido di carbonio, che viene bruciato, con anidride carbonica filtrata dal gas di scarico. La combustione per ossicombustione brucia il carbone in ossigeno invece che in aria, producendo solo anidride carbonica e vapore acqueo, che sono relativamente facili da separare. Alcuni dei prodotti della combustione devono essere restituiti alla camera di combustione, prima o dopo la separazione, altrimenti le temperature sarebbero troppo alte per la turbina.

Un’altra opzione a lungo termine è la cattura del carbonio direttamente dall’aria usando idrossidi. L’aria verrebbe letteralmente ripulita del suo contenuto di CO2. Questa idea offre un’alternativa ai carburanti non basati sul carbonio per il settore dei trasporti.

Esempi di sequestro del carbonio nelle centrali a carbone includono la conversione del carbonio dalle ciminiere in bicarbonato di sodio, e la cattura del carbonio basata sulle alghe, che aggira lo stoccaggio convertendo le alghe in carburante o mangime.

OceansEdit

Un’altra forma proposta di sequestro del carbonio nell’oceano è l’iniezione diretta. In questo metodo, l’anidride carbonica viene pompata direttamente nell’acqua in profondità, e ci si aspetta che formi “laghi” di CO2 liquida sul fondo. Gli esperimenti condotti in acque da moderate a profonde (350-3.600 metri) indicano che la CO2 liquida reagisce per formare clatrati solidi di CO2, che si dissolvono gradualmente nelle acque circostanti.

Anche questo metodo ha conseguenze ambientali potenzialmente pericolose. L’anidride carbonica reagisce con l’acqua per formare acido carbonico, H2CO3; tuttavia, la maggior parte (fino al 99%) rimane come CO2 molecolare dissolta. L’equilibrio sarebbe senza dubbio molto diverso nelle condizioni di alta pressione dell’oceano profondo. Inoltre, se i batteri metanogeni di profondità che riducono l’anidride carbonica dovessero incontrare i pozzi di anidride carbonica, i livelli di gas metano potrebbero aumentare, portando alla generazione di un gas serra ancora peggiore.Gli effetti ambientali risultanti sulle forme di vita bentonica delle zone batipelagiche, abissopelagiche e hadopelagiche sono sconosciuti. Anche se la vita sembra essere piuttosto scarsa nei bacini oceanici profondi, gli effetti energetici e chimici in questi bacini profondi potrebbero avere implicazioni di vasta portata. Molto più lavoro è necessario per definire la portata dei potenziali problemi.

Lo stoccaggio di carbonio negli o sotto gli oceani potrebbe non essere compatibile con la Convenzione sulla prevenzione dell’inquinamento marino attraverso lo scarico di rifiuti e altre materie.

Un ulteriore metodo di sequestro a lungo termine basato sull’oceano è quello di raccogliere i residui del raccolto come gli steli di mais o il fieno in eccesso in grandi balle pesate di biomassa e depositarli nelle aree di fan alluvionali del bacino oceanico profondo. Il deposito di questi residui nei ventagli alluvionali farebbe sì che i residui siano rapidamente sepolti nel limo sul fondo del mare, sequestrando la biomassa per periodi di tempo molto lunghi. I ventagli alluvionali esistono in tutti gli oceani e i mari del mondo dove i delta dei fiumi cadono dal bordo della piattaforma continentale, come il ventaglio alluvionale del Mississippi nel golfo del Messico e il ventaglio alluvionale del Nilo nel Mar Mediterraneo. Un aspetto negativo, tuttavia, sarebbe un aumento della crescita dei batteri aerobici a causa dell’introduzione della biomassa, portando a una maggiore competizione per le risorse di ossigeno nel mare profondo, simile alla zona minima di ossigeno.

Sequestro geologicoModifica

Il metodo del geo-sequestro o stoccaggio geologico comporta l’iniezione di anidride carbonica direttamente in formazioni geologiche sotterranee. I campi petroliferi in declino, le falde acquifere saline e i filoni di carbone non minati sono stati suggeriti come siti di stoccaggio. Le caverne e le vecchie miniere che sono comunemente usate per stoccare il gas naturale non sono considerate, a causa della mancanza di sicurezza dello stoccaggio.

Il CO2 è stato iniettato in campi petroliferi in declino per più di 40 anni, per aumentare il recupero del petrolio. Questa opzione è attraente perché i costi di stoccaggio sono compensati dalla vendita del petrolio supplementare che viene recuperato. In genere, è possibile un recupero aggiuntivo del 10-15% del petrolio originale sul posto. Ulteriori vantaggi sono l’infrastruttura esistente e le informazioni geofisiche e geologiche sul campo petrolifero che sono disponibili dall’esplorazione del petrolio. Un altro vantaggio dell’iniezione di CO2 nei campi petroliferi è che la CO2 è solubile nel petrolio. Sciogliere la CO2 nel petrolio abbassa la viscosità del petrolio e riduce la sua tensione interfacciale che aumenta la mobilità degli oli. Tutti i giacimenti di petrolio hanno una barriera geologica che impedisce la migrazione verso l’alto del petrolio. Poiché la maggior parte del petrolio e del gas si trova sul posto da milioni a decine di milioni di anni, i serbatoi di petrolio e di gas esauriti possono contenere anidride carbonica per millenni. I possibili problemi identificati sono le molte opportunità di “perdite” fornite dai vecchi pozzi di petrolio, la necessità di alte pressioni di iniezione e l’acidificazione che può danneggiare la barriera geologica. Altri svantaggi dei vecchi pozzi di petrolio sono la loro limitata distribuzione geografica e le profondità, che richiedono alte pressioni di iniezione per il sequestro. Sotto una profondità di circa 1000 m, l’anidride carbonica viene iniettata come un fluido supercritico, un materiale con la densità di un liquido, ma la viscosità e la diffusività di un gas.I filoni di carbone non minabili possono essere usati per immagazzinare la CO2, perché la CO2 si assorbe alla superficie del carbone, garantendo uno stoccaggio sicuro a lungo termine. Nel processo rilascia metano che era precedentemente adsorbito alla superficie del carbone e che può essere recuperato. Anche in questo caso la vendita del metano può essere usata per compensare il costo dello stoccaggio della CO2. Il rilascio o la combustione del metano naturalmente compenserebbe almeno in parte il risultato del sequestro ottenuto – tranne quando il gas viene lasciato uscire nell’atmosfera in quantità significative: il metano ha un potenziale di riscaldamento globale più alto della CO2.

Gli acquiferi salini contengono salamoie altamente mineralizzate e finora sono stati considerati di nessun beneficio per gli esseri umani tranne in alcuni casi in cui sono stati usati per lo stoccaggio di rifiuti chimici. I loro vantaggi includono un grande volume potenziale di stoccaggio e una presenza relativamente comune che riduce la distanza su cui la CO2 deve essere trasportata. Lo svantaggio principale degli acquiferi salini è che se ne sa relativamente poco rispetto ai giacimenti di petrolio. Un altro svantaggio degli acquiferi salini è che quando la salinità dell’acqua aumenta, meno CO2 può essere dissolta in soluzione acquosa. Per mantenere il costo dello stoccaggio accettabile, l’esplorazione geofisica può essere limitata, con conseguente maggiore incertezza sulla struttura di un dato acquifero. A differenza dello stoccaggio in giacimenti di petrolio o in letti di carbone, nessun prodotto secondario compenserà il costo di stoccaggio. La perdita di CO2 nell’atmosfera può essere un problema nello stoccaggio in acquiferi salini. Tuttavia, la ricerca attuale mostra che diversi meccanismi di intrappolamento immobilizzano la CO2 nel sottosuolo, riducendo il rischio di perdite.

Un grande progetto di ricerca che esamina il sequestro geologico dell’anidride carbonica è attualmente in corso in un campo petrolifero a Weyburn nel sud-est del Saskatchewan. Nel Mare del Nord, la piattaforma norvegese Equinor per il gas naturale Sleipner estrae l’anidride carbonica dal gas naturale con solventi amminici e la smaltisce mediante sequestro geologico. Sleipner riduce le emissioni di anidride carbonica di circa un milione di tonnellate all’anno. Il costo del sequestro geologico è minore rispetto ai costi di gestione complessivi. A partire dall’aprile 2005, la BP sta considerando una prova di sequestro su larga scala dell’anidride carbonica spogliata dalle emissioni delle centrali elettriche nel campo petrolifero di Miller mentre le sue riserve sono esaurite.

Nell’ottobre 2007, il Bureau of Economic Geology dell’Università del Texas a Austin ha ricevuto un subappalto di 10 anni e 38 milioni di dollari per condurre il primo progetto a lungo termine intensamente monitorato negli Stati Uniti che studia la fattibilità dell’iniezione di un grande volume di CO2 per lo stoccaggio sotterraneo. Il progetto è un programma di ricerca del Southeast Regional Carbon Sequestration Partnership (SECARB), finanziato dal National Energy Technology Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE). Il partenariato SECARB dimostrerà il tasso di iniezione di CO2 e la capacità di stoccaggio nel sistema geologico Tuscaloosa-Woodbine che si estende dal Texas alla Florida. A partire dall’autunno 2007, il progetto inietterà CO2 al ritmo di un milione di tonnellate all’anno, per un massimo di 1,5 anni, in salamoia fino a 10.000 piedi (3.000 m) sotto la superficie terrestre vicino al campo petrolifero Cranfield a circa 15 miglia (24 km) a est di Natchez, Mississippi. L’attrezzatura sperimentale misurerà la capacità del sottosuolo di accettare e trattenere la CO2.

Il sequestro mineraleModifica

Il sequestro minerale mira a intrappolare il carbonio sotto forma di sali carbonati solidi. Questo processo avviene lentamente in natura ed è responsabile della deposizione e dell’accumulo di calcare nel corso del tempo geologico. L’acido carbonico nelle acque sotterranee reagisce lentamente con i silicati complessi per dissolvere calcio, magnesio, alcali e silice e lasciare un residuo di minerali di argilla. Il calcio e il magnesio disciolti reagiscono con il bicarbonato per precipitare carbonati di calcio e magnesio, un processo che gli organismi usano per fare i gusci. Quando gli organismi muoiono, i loro gusci si depositano come sedimenti e alla fine si trasformano in calcare. I calcari si sono accumulati in miliardi di anni di tempo geologico e contengono gran parte del carbonio della Terra. La ricerca in corso mira ad accelerare reazioni simili che coinvolgono i carbonati alcalini.

Diversi depositi di serpentinite sono stati studiati come pozzi di stoccaggio di CO2 potenzialmente su larga scala, come quelli trovati nel NSW, in Australia, dove è in corso il primo progetto di impianto pilota di carbonatazione minerale. Il riutilizzo benefico del carbonato di magnesio proveniente da questo processo potrebbe fornire una materia prima per nuovi prodotti sviluppati per l’ambiente costruito e l’agricoltura senza restituire il carbonio nell’atmosfera e quindi agendo come un pozzo di carbonio.

Una reazione proposta è quella della dunite, una roccia ricca di olivina, o del suo equivalente idratato, la serpentinite, con l’anidride carbonica per formare il minerale carbonato magnesite, più silice e ossido di ferro (magnetite).

Il sequestro della serpentinite è favorito dalla natura non tossica e stabile del carbonato di magnesio. Le reazioni ideali coinvolgono i componenti finali di magnesio dell’olivina (reazione 1) o della serpentina (reazione 2), quest’ultima derivata da olivina precedente per idratazione e silicizzazione (reazione 3). La presenza di ferro nell’olivina o nella serpentina riduce l’efficienza del sequestro, poiché i componenti di ferro di questi minerali si scompongono in ossido di ferro e silice (reazione 4).

Reazioni della serpentiniteModifica

Quadri imidazolati zeoliticiModifica

Zeolitic imidazolate frameworks is a metal-organic framework carbon dioxide sink which could be used to keep industrial emissions of carbon dioxide out of the atmosphere.