Il vapore sale dalla centrale elettrica a carbone PacifiCorps Hunter fuori Castle Dale, Utah. L'1, La centrale elettrica da 577 megawatt è stata aperta nel 1978 ed è una delle più grandi centrali a carbone negli Stati Uniti occidentali. GEORGE FREY/AFP tramite Getty Images Immagina uno scenario in cui un super genio malvagio trova un modo per succhiare tutto l'ossigeno dall'aria, poi lo seppellisce nel terreno. Sembra roba da fumetti? Bene, sì, se parliamo di ossigeno. Ma gli scienziati stanno lavorando a un modo per farlo con l'anidride carbonica. Perché catturare l'anidride carbonica dall'aria? Per combattere il riscaldamento globale e il cambiamento climatico.
L'anidride carbonica (CO2) è un gas naturale che consente alla luce solare di raggiungere la Terra, ma impedisce anche che parte del calore solare si irradi nello spazio, riscaldando così il pianeta. Gli scienziati chiamano questo riscaldamento l'effetto serra. Quando questo effetto si verifica naturalmente, riscalda la Terra abbastanza da sostenere la vita. Infatti, se non avessimo l'effetto serra, la temperatura superficiale media del pianeta sarebbe di soli 0 gradi Fahrenheit (-18 gradi Celsius) [fonte:Lang]. Sicuro, lo sci potrebbe essere fantastico, ma saremmo tutti troppo morti per godercelo.
Sì, l'anidride carbonica e l'effetto serra sono necessari per la sopravvivenza della vita sulla Terra. Ma le invenzioni umane progettate per bruciare combustibili fossili, come centrali elettriche e mezzi di trasporto, stanno rilasciando CO2 extra in enormi quantità. E questo non va bene.
Il decennio dal 2011 al 2020 è stato il più caldo mai registrato [fonte:Organizzazione meteorologica mondiale]. Dalla fine del 1800, la temperatura media del nostro pianeta è aumentata di circa 2,12 gradi Fahrenheit (1,18 gradi Celsius) [fonte:NASA]. Di conseguenza, il ghiaccio ai due poli si sta sciogliendo, il livello del mare si sta alzando, gli animali stanno cambiando i loro modelli migratori, e molti luoghi hanno visto un aumento degli eventi meteorologici estremi [fonti:Carrington, NOAA e Bradford].
Quindi qual è la principale forza trainante dietro questa tendenza al riscaldamento? Sfortunatamente, umani. Tra il 1970 e il 2004, le emissioni di anidride carbonica sono aumentate del 90% [fonte:PBL]. E nel 2019, la concentrazione media globale di CO2 all'interno dell'atmosfera terrestre era superiore a quella che era stata in qualsiasi momento nel precedente 800, 000 anni [fonte:Lindsey].
Recentemente, la Commissione economica per l'Europa delle Nazioni Unite (UNECE) ha chiesto l'implementazione su larga scala della tecnologia di cattura del carbonio [fonte:U.N. News].
Cattura del carbonio comporta l'intrappolamento dell'anidride carbonica alla sua fonte di emissione, trasportandolo in un luogo di stoccaggio (di solito in profondità nel sottosuolo) e isolandolo. Ciò significa che potremmo potenzialmente bloccare l'ingresso di CO2 in eccesso nell'atmosfera.
In questo articolo, esamineremo alcuni dei metodi esistenti ed emergenti per la cattura e lo stoccaggio del carbonio.
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Nel 2014, Boundary Dam Power Station vicino a Estevan, Saskatchewan, Canada, è diventata la prima centrale elettrica al mondo a utilizzare con successo la cattura e lo stoccaggio del carbonio. Produce 115 megawatt di potenza, e riduce le sue emissioni di SO2 dal processo del carbone fino al 100 percento e la CO2 fino al 90 percento. SaskPower Ci sono tre passaggi principali per la cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS):
Diamo uno sguardo più dettagliato al processo di intrappolamento e separazione:
Il carbonio viene prelevato da una fonte di energia elettrica in tre modi fondamentali:post-combustione, precombustione e ossicombustione [fonte:National Energy Technology Laboratory].
Una centrale elettrica a combustibili fossili genera energia bruciando combustibili fossili (carbone, petrolio o gas naturale), che genera calore che si trasforma in vapore. Quel vapore fa girare una turbina collegata a un generatore elettrico. Un'altra parola per il processo di combustione è combustione.
Insieme a cattura del carbonio post-combustione , la CO2 viene catturata dopo che il combustibile fossile è stato bruciato. La combustione di combustibili fossili produce qualcosa chiamato gas di combustione, che includono CO2, vapore acqueo, azoto e anidride solforosa.
In un processo di post-combustione, La CO2 viene separata e catturata dai gas di combustione che risultano dalla combustione di combustibili fossili. Questo processo è la tecnica più comunemente utilizzata nella tecnologia di cattura del carbonio. È una strategia conveniente perché può essere implementata in centrali elettriche a carbone sia nuove che preesistenti. Però, ci sono alcuni inconvenienti. Per lavorare, la cattura del carbonio post-combustione richiede alcune attrezzature fisicamente grandi e può rendere le turbine meno efficienti [fonte:Elhenawy].
Insieme a cattura del carbonio precombustione , il carbonio viene intrappolato e rimosso dai combustibili fossili prima della fine del processo di combustione.
Carbone, il petrolio o il gas naturale vengono riscaldati in vapore e ossigeno, risultante in un gas di sintesi, o syngas. Il gas contiene principalmente CO2, idrogeno (H2), e monossido di carbonio (CO). Dopo, una reazione separata converte l'acqua (H2O) in idrogeno. Mentre sta succedendo, parte del monossido di carbonio viene trasformato in anidride carbonica. Il risultato finale è una miscela di gas caricata con H2 e CO2 [fonte:Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti].
È facile isolare, catturare e sequestrare la CO2 da quel mix. Nel frattempo, gli ingegneri possono utilizzare l'idrogeno per altri processi di produzione di energia.
La cattura del carbonio precombustione è solitamente più efficiente della strategia postcombustione. Però, l'attrezzatura ha un prezzo più alto. Oltretutto, le centrali elettriche più vecchie tendono ad essere meno adatte a questa tecnica rispetto ad alcune nuove [fonte:Elhenawy].
Insieme a cattura del carbonio da ossicombustione , la centrale brucia combustibili fossili, ma non nell'aria normale. Anziché, i combustibili vengono bruciati in una miscela di gas contenente tanto, tanto ossigeno puro. Ciò si traduce in un gas di combustione i cui due componenti principali sono CO2 e acqua. in seguito, è possibile separare la CO2 comprimendo e raffreddando l'acqua [fonti:National Energy Technology Laboratory e National Resources of Canada].
Alcuni aspetti della cattura del carbonio da ossicombustione sono economici, ma il processo ha un costo complessivo elevato. (L'ossigeno puro non è economico.) Inoltre, ci sono alcune preoccupazioni circa la sua applicabilità. Una recensione del 2020 pubblicata sulla rivista Catalysts ha sostenuto che la tecnologia pertinente "deve essere dimostrata per operazioni su larga scala" [fonte:Elhenawy].
Sul lato positivo, la cattura dell'ossi-combustione può essere utilizzata sia al vecchio e nuove centrali elettriche a carbone [fonte:Elhenawy].
Ora, ecco una domanda importante:una volta catturato il carbonio, come viene trasportato in un luogo di stoccaggio? Continua a leggere per scoprirlo.
Il terreno gelido tiene lontano il carbonioIl terreno che rimane a una temperatura pari o inferiore a 32 gradi Fahrenheit (0 gradi Celsius) per due anni consecutivi o più è chiamato permafrost. Questo gelido tappeto erboso è entrato nel dibattito sul cambiamento climatico. Nelle regioni ricche di permafrost dell'emisfero settentrionale, circa 1,6 trilioni a 1,7 trilioni di tonnellate (1, 460 miliardi a 1, 600 miliardi di tonnellate) di carbonio è bloccato all'interno dei suoli. Ma mentre il mondo si riscalda e molti di questi sedimenti si scongelano, gli scienziati vogliono saperne di più su come tutto quel carbonio a lungo intrappolato influenzerà il nostro pianeta [fonte:Schurr].
Condutture, come questo alla Boundary Dam Power Station vicino a Estevan, nel Saskatchewan, Canada, sono spesso utilizzati per il trasporto di CO2. Phillip Chin/Shell Canada Limited Dopo la cattura dell'anidride carbonica (CO2), il passo successivo è trasportarlo in un sito di stoccaggio. Il metodo usuale per trasportare la CO2 è attraverso una conduttura.
Le condutture sono in uso da decenni, e grandi volumi di gas, olio e acqua scorrono ogni giorno attraverso le condutture. Le condutture di anidride carbonica sono una parte esistente dell'infrastruttura negli Stati Uniti e in molti altri paesi. Infatti, ora sono più di 4, 039 miglia (6, 500 chilometri) di gasdotti di CO2 distribuiti in Africa, Australia, il Medio Oriente e il Nord America. La maggior parte è stata creata per un processo chiamato Enhanced Oil Recovery (EOR), ma alcuni sono collegati a progetti CCS [fonte:Noothout].
Puoi mettere una pipeline praticamente ovunque, compreso sotterraneo o sott'acqua. Possono essere trovati a correre attraverso ambienti così diversi come deserti, terreni agricoli, catene montuose e oceani. [fonte:Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici].
Le condutture possono essere collegate a impianti di lavorazione o centrali elettriche che si basano su combustibili fossili, così come fonti naturali di CO2. La purezza della fornitura di CO2 di una linea può essere influenzata dal tipo di tecnologia utilizzata alla sua fonte [fonte:Noothout].
In alcuni casi, la CO2 potrebbe viaggiare il più lontano possibile nel tubo, poi passaggio a un'autocisterna, nave cisterna o bombole pressurizzate per terminare il suo viaggio. Nota che c'è un rischio di asfissia se una quantità enorme di CO2 fuoriesce nell'atmosfera. Come per i serbatoi che trasportano gas naturale e altri materiali pericolosi, una buona costruzione è fondamentale. Quella, e buona guida.
Tornando alle condutture, possono trasportare CO2 in tre stati:gassoso, liquido e solido. La CO2 solida è comunemente nota come ghiaccio secco, e non è conveniente trasportare la CO2 come un solido.
Le condutture trasportano comunemente l'anidride carbonica allo stato gassoso. Detto gas deve essere compresso prima di essere spostato dal punto A al punto B. Secondo il National Energy Technology Laboratory, l'intervallo di pressione ideale è compreso tra 1500 e 2200 PSI (o 10, 342 e 15, 168 KPA).
Gli ingegneri devono stare in guardia contro le impurità nel flusso di CO2, come l'idrogeno solforato e l'acqua. Quest'ultimo è noto per corrodere le condutture, ma questa è solo la punta dell'iceberg. Ad alta pressione e basse temperature, l'acqua in questi tubi può formare idrati di gas naturale, cristalli solidi che possono intasare le tue linee. Gli scienziati stanno ancora escogitando modi per gestire tali impurità [fonti:Onyebuchi e Bai].
Nel mondo delle costruzioni, la sicurezza è una priorità assoluta. Se un tubo si rompe vicino a un'area popolata, l'improvviso rilascio di gas CO2 in grandi quantità potrebbe avere gravi ripercussioni sia sulla salute pubblica che sull'ambiente. Per evitare che le attrezzature di scavo industriali colpiscano accidentalmente i tubi, i pianificatori possono seppellirli in profondità nel sottosuolo. Anche, quando possibile, posare condotte lontano dalle città, città e simili potrebbero essere consigliabili [fonte:Onyebuchi].
DNV, un'importante società di gestione del rischio e assicurazione della qualità con sede in Norvegia, rilasciate nuove procedure di sicurezza per i gasdotti di trasporto della CO2 nel 2021. Nel frattempo, l'Health and Safety Executive del Regno Unito dispone ora di un ampio elenco di linee guida che coprono tutto, dalla corrosione all'utilizzo del suolo.
I costi del gasdotto variano a seconda del percorso del gasdotto (attraverso aree fortemente congestionate, montagne, offshore); la qualità dei materiali; l'attrezzatura coinvolta; quanto lavoro è richiesto; e altre spese.
Creature di carbonioGli atomi di carbonio rappresentano circa il 12% di tutti gli atomi del tuo corpo. Per metterlo in prospettiva, una persona di 176 libbre (80 chilogrammi) contiene circa 31,7 libbre (14,4 chilogrammi) di carbonio. Pensiamo che sarai d'accordo che è una cifra significativa. Di tutti gli elementi necessari per creare un "corpo" umano, " solo l'ossigeno rappresenta più massa corporea. Inoltre, più di 99 atomi su 100 presenti nel nostro corpo sono o ossigeno, carbonio, atomi di idrogeno o azoto [fonte:New Scientist].
Come funziona la cattura e lo stoccaggio del carbonio La Royal Society of Chemistry Dopo aver raccolto e trasportato tutta quell'anidride carbonica (CO2), avremo bisogno di un posto dove metterlo. Ma dove? In una specie di magazzino gigante? Un enorme carro armato nel deserto? Avremo bisogno di più discariche per contenere i nostri rifiuti di CO2?
Non preoccuparti, la risposta a tutte queste domande è "no". Abbiamo trovato alcuni posti per immagazzinare CO2, compresi diversi sotterranei. Infatti, c'è una ricerca che suggerisce che gli Stati Uniti da soli hanno abbastanza spazio sotto la superficie per contenere potenzialmente 1,8 trilioni di tonnellate (1,71 trilioni di tonnellate) di anidride carbonica nelle falde acquifere profonde, rocce permeabili e altri luoghi simili [fonte:Cunliff e Nguyen].
Parliamo della logistica dello stoccaggio sotterraneo. nel profondo sottosuolo, La CO2 può essere mantenuta a pressioni superiori a 1, 057 PSI (72,9 atm) e a temperature superiori a 88 gradi Fahrenheit (31,1 gradi Celsius).
Quando queste condizioni specifiche sono soddisfatte, La CO2 diventa supercritica. In quello stato, l'anidride carbonica assume proprietà normalmente associate sia ai gas che ai liquidi. La CO2 supercritica ha una bassa viscosità, proprio come un gas. Ma allo stesso tempo, ha anche l'alta densità di un liquido [fonti:National Energy Technology Laboratory e Imaging Technology Group].
Perché può penetrare negli spazi delle rocce porose, una grande quantità di CO2 può essere immagazzinata in un'area relativamente piccola. I giacimenti di petrolio e gas sono adatti per immagazzinare CO2 poiché sono costituiti da strati di formazioni rocciose porose che hanno intrappolato petrolio e gas per anni [fonte:Center for Science Education].
La CO2 viene iniettata artificialmente nelle formazioni rocciose sotterranee sotto la superficie terrestre. Questi serbatoi naturali hanno rocce sovrastanti che formano un sigillo, mantenendo il gas contenuto. Ci possono essere rischi per lo stoccaggio sotterraneo, anche se, e ne discuteremo un po' più tardi.
Anche le formazioni rocciose basaltiche sono interessanti punti di stoccaggio della CO2. Di origine vulcanica, il basalto è uno dei tipi di roccia più comuni nella crosta terrestre. I ricercatori hanno scoperto che quando la CO2 reagisce con il magnesio e il calcio che il basalto contiene naturalmente, può essere trasformati in minerali solidi , in particolare dolomia, calcite e magnesite [fonte:Cartier].
Poi abbiamo i giacimenti di carbone. Qualche volta, quelli che sono stati cancellati come "non estraibili" possono contenere quantità molto grandi di CO2 catturata. Dentro, è possibile immagazzinare il gas a pressioni più basse e quindi risparmiare denaro [fonte:Talapatra].
Oltre al deposito sotterraneo, stiamo anche esaminando l'oceano per lo stoccaggio permanente di CO2. Storicamente, si è discusso molto sul potenziale scarico di CO2 direttamente nell'oceano, a profondità superiori a 9, 842 piedi (3, 000 metri). Tanto al di sotto della superficie, l'anidride carbonica è in realtà più densa dell'acqua. Quindi si spera, la CO2 scaricata sarebbe rimasta intrappolata sul posto per qualche tempo [fonte:Center for Science Education].
Lo stoccaggio del carbonio oceanico è in gran parte non testato, e ci sono molte preoccupazioni per la sicurezza della vita marina e la possibilità che l'anidride carbonica alla fine ritorni nell'ambiente.
Prossimo, esamineremo alcune di queste preoccupazioni in modo più dettagliato e scopriremo se la cattura e lo stoccaggio del carbonio sono una soluzione praticabile per il nostro futuro.
Arruolare i mariUn ipotetico metodo di rimozione della CO2 è stato recentemente proposto da scienziati dell'Università della California, Los Angeles. Il piano comporterebbe l'estrazione di CO2 dall'acqua di mare e la sua conversione artificiale in calcare e magnesio per lo stoccaggio. L'acqua dei nostri oceani contiene naturalmente circa 150 volte più anidride carbonica dell'atmosfera terrestre. Rimuovendo la CO2 esistente potremmo teoricamente convincere l'acqua di mare a estrarre più gas serra dalla nostra atmosfera. Chiamato "sequestro e stoccaggio del carbonio in un'unica fase, " o sCS 2 , il processo richiederebbe molto probabilmente un enorme investimento finanziario. (Pensare trilioni di dollari.) [fonte:Lewis].
La struttura di Petra Nova, una centrale elettrica a carbone situata vicino a Houston, Texas, è l'unico impianto di cattura e stoccaggio del carbonio negli Stati Uniti. Secondo quanto riferito, cattura e riutilizza oltre il 90% delle proprie emissioni di CO2. Luke Sharrett/Bloomberg via Getty Images Sebbene la cattura e lo stoccaggio del carbonio possano sembrare una soluzione miracolosa, non è senza preoccupazioni o polemiche.
Iniziare, è importante ricordare che la cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS) non è una licenza per continuare a emettere CO2 nell'atmosfera. Qualunque sia il futuro per CCS, saranno ancora necessari altri sforzi per la riduzione delle emissioni. Però, CCS fornisce un modo per ripulire alcune delle nostre centrali elettriche esistenti.
Secondo un rapporto del 2020 del Global CCS Institute, ora ci sono "65 strutture commerciali CCS in varie fasi di sviluppo a livello globale".
Eppure alcuni critici si preoccupano dell'economia del CCS. Le auto elettriche e i pannelli solari sono merci che possono essere commercializzate e vendute a privati e organizzazioni private. Ma al contrario, trovare modi per monetizzare la CO2 catturata si è rivelato difficile.
Un altro inconveniente? Le attuali tecnologie CCS richiedono effettivamente molta energia per essere implementate ed eseguite. Oltretutto, dipendono dall'acqua — e tanta — per il raffreddamento e la lavorazione [fonti:Magneschi e Rosa].
Data questa necessità di H2O, ci sono stati dibattiti su come la CCS potrebbe (o non potrebbe) contribuire alla scarsità d'acqua. Nel 2020, un team guidato da Lorenzo Rosa dell'Università della California, Berkeley ha simulato gli effetti dell'adeguamento di ogni grande centrale elettrica a carbone del mondo con quattro diversi tipi di tecnologia CCS.
Per citare il loro articolo, che la rivista Nature Sustainability ha pubblicato il 4 maggio, 2020, "alcune aree geografiche non dispongono di risorse idriche sufficienti per soddisfare le richieste idriche aggiuntive delle tecnologie CCS".
E questa è solo una delle preoccupazioni ambientali che la gente ha sollevato riguardo alla cattura e allo stoccaggio del carbonio.
Cosa succede se l'anidride carbonica fuoriesce nel sottosuolo? È difficile prevedere cosa riserva il futuro lontano per la CO2 che abbiamo già intrappolato sotto la superficie terrestre. L'implementazione di buone normative e la scelta di siti di archiviazione di qualità potrebbero fare un'enorme differenza lungo la strada.
Ci sono alcuni potenziali modi in cui la CO2 recuperata può fuoriuscire in superficie. Ironia della sorte, i pozzi costruiti per iniettarlo nel sottosuolo in un primo momento potrebbero diventare una possibile via di fuga in seguito. Così potrebbero essere abbandonati i pozzi di petrolio e di gas - o guasti naturali [fonte:Dunne].
Una proiezione del 2018 afferma che le perdite sono improbabili se viene messo in atto uno "stoccaggio realisticamente ben regolamentato". Ciò contraddice alcune ricerche precedenti sulla questione [fonti:Dunne e Alcalde].
Alcuni oppositori del CCS credono che, fattibile o meno, la messa a fuoco è tutta sbagliata. Dicono che dovremmo concentrarci sui modi per liberarci dai combustibili fossili, ma CCS prolunga la vita delle centrali elettriche che si basano su di esse.
Dall'altra parte della divisione, I sostenitori del CCS credono che le rinnovabili siano solo una parte della soluzione. A loro avviso, probabilmente dovremo combinarli con la tecnologia di cattura del carbonio per avere qualche seria speranza di contrastare il catastrofico cambiamento climatico.
Ci sono ancora molte domande sul ruolo che la cattura e lo stoccaggio del carbonio avranno in definitiva nell'aiutarci ad alleviare l'effetto serra e a combattere il cambiamento climatico. Ma una cosa è certa:le emissioni di anidride carbonica sono un problema mondiale.
Gli alberi non ci salverannoGli alberi sono sicuramente i nostri alleati nella crociata contro il riscaldamento globale e il cambiamento climatico. La fotosintesi consente loro di assorbire e immagazzinare anidride carbonica, quindi le piante si comportano un po' come dispositivi CCS completamente naturali. Sfortunatamente, gli scienziati dicono che non c'è modo di piantare abbastanza alberi per contrastare tutta l'eccesso di CO2 che abbiamo pompato nella nostra atmosfera bruciando combustibili fossili. Oltretutto, le foreste più vecchie popolate da una varietà di specie arboree bloccano meglio la CO2 rispetto a quelle più giovani, quelli più omogenei [fonte:Tso].
Pubblicato originariamente:9 luglio 2008
