L'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) afferma che limitare il riscaldamento globale a 1,5°C potrebbe evitare gli effetti più catastrofici del cambiamento climatico. Nel suo recente rapporto, ha presentato quattro mezzi per raggiungere questo obiettivo, e tutti si basano sulla rimozione dell'anidride carbonica dall'atmosfera. Questo perché anche se riduciamo a zero la maggior parte delle nostre emissioni di carbonio, le emissioni provenienti dall'agricoltura e dai viaggi aerei sarebbero difficili da eliminare del tutto. E poiché l'anidride carbonica già presente nell'atmosfera può influenzare il clima per centinaia o migliaia di anni, l'IPCC sostiene che le tecnologie di rimozione dell'anidride carbonica (CDR) saranno fondamentali per eliminare da 100 a 1000 gigatonnellate di CO2 in questo secolo.

Come si elimina l'anidride carbonica?

Esistono diverse strategie CDR, il tutto in diverse fasi di sviluppo, e di costo variabile, benefici e rischi. Approcci CDR che impiegano alberi, le piante e il suolo per assorbire il carbonio sono stati usati su larga scala per decenni; altre strategie che si basano maggiormente sulla tecnologia sono per lo più in fase di dimostrazione o pilota. Ogni strategia ha pro e contro.

Rimboschimento e riforestazione

Man mano che le piante e gli alberi crescono, prendono l'anidride carbonica dall'atmosfera e la trasformano in zuccheri attraverso la fotosintesi. In questo modo, Le foreste degli Stati Uniti assorbono il 13% delle emissioni di carbonio della nazione; globalmente, le foreste immagazzinano quasi un terzo delle emissioni mondiali.

Piantare alberi aggiuntivi potrebbe rimuovere più carbonio dall'atmosfera e immagazzinarlo per lungo tempo, oltre a migliorare la qualità del suolo a un costo relativamente basso, da $ 0 a $ 20 per tonnellata di carbonio. L'imboschimento consiste nel piantare alberi dove prima non ce n'erano; rimboschimento significa ripristinare le foreste dove gli alberi sono stati danneggiati o impoveriti.

imboschimento, però, potrebbe competere per la terra utilizzata per l'agricoltura proprio come la produzione alimentare deve aumentare del 70% entro il 2050 per sfamare la crescente popolazione mondiale. Potrebbe anche influenzare la biodiversità e i servizi ecosistemici.

E sebbene le foreste possano sequestrare carbonio per decenni, impiegano molti anni per crescere e possono saturarsi in decenni o secoli. Richiedono inoltre un'attenta gestione perché sono soggetti a impatti umani e naturali come incendi, siccità e infestazioni di parassiti.

Sequestro del carbonio nel suolo

Il carbonio che le piante assorbono dall'atmosfera durante la fotosintesi diventa parte del suolo quando muoiono e si decompongono. Può rimanere lì per millenni o può essere rilasciato rapidamente a seconda delle condizioni climatiche e di come viene gestito il suolo. Minima lavorazione, colture di copertura, la rotazione delle colture e il lasciare i residui colturali sul campo aiutano i suoli a immagazzinare più carbonio.

L'IPCC, che ritiene che il sequestro del carbonio nel suolo abbia la capacità di ridurre la CO2 al costo più basso (da $ 0 a $ 100 per tonnellata) stima che il sequestro del carbonio nel suolo potrebbe rimuovere tra 2 e 5 gigatonnellate di anidride carbonica all'anno entro il 2050. In confronto, le centrali elettriche del mondo hanno rilasciato 32,5 gigatonnellate di CO2 nel 2017.

Il sequestro del carbonio nel suolo potrebbe essere implementato immediatamente, e migliorerebbe la salute del suolo e aumenterebbe la resa delle colture; inoltre non stresserebbe la terra e le risorse idriche. Ma mentre il suolo immagazzina grandi quantità di carbonio all'inizio, può saturarsi dopo 10 - 100 anni, a seconda del clima, tipo di terreno e come viene gestito.

Bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS)

Se bruciamo le piante per produrre energia in una centrale elettrica e catturiamo e immagazziniamo le emissioni risultanti, la CO2 precedentemente assorbita dalle piante viene rimossa dall'atmosfera. La CO2 può quindi essere utilizzata per un maggiore recupero del petrolio o iniettata nel terreno dove viene sequestrata in formazioni geologiche.

L'IPCC stima che BECCS potrebbe rimuovere tra 0,5 e 5 gigatonnellate di carbonio all'anno entro il 2050. Per assorbire abbastanza carbonio per mantenere il mondo a 2˚, però, le colture energetiche dovrebbero essere piantate su un'area di terra fino a tre volte più grande dell'India, secondo una stima; e quantità ancora più piccole di BECCS competerebbero con la terra necessaria per la produzione alimentare. Uno studio ha concluso che il BECCS su larga scala potrebbe far diminuire la copertura forestale globale del 10% e richiedere il doppio dell'acqua attualmente utilizzata a livello globale per l'agricoltura. Il BECCS potrebbe anche finire per avere un impatto sulla biodiversità e sui servizi ecosistemici, e la generazione di emissioni di gas serra attraverso l'agricoltura e l'uso di fertilizzanti.

A questo punto, BECCS è costoso. Proprio adesso, esiste un solo progetto BECCS funzionante al mondo:un impianto di etanolo a Decatur, IL che ha catturato e stoccato oltre 1,4 milioni di tonnellate di C02. Poiché ci sono così pochi progetti di ricerca e BECCS non è testato su larga scala, è ancora in una fase iniziale di sviluppo. Mentre le attuali stime dei costi per BECCS variano tra $ 30 e $ 400 per tonnellata di CO2, studi progetto che i costi potrebbero scendere da $ 100 a $ 200 per tonnellata di carbonio entro il 2050. Tuttavia, Il BECCS è considerato una delle strategie di rimozione dell'anidride carbonica potenzialmente più efficaci per fornire stoccaggio del carbonio a lungo termine.

Le Accademie Nazionali delle Scienze, Progetti di Ingegneria e Medicina che, dato quello che sappiamo oggi, imboschimento e rimboschimento, sequestro del carbonio nel suolo, e BECC, insieme a pratiche di gestione forestale sostenibile (come il diradamento delle foreste e le ustioni prescritte) potrebbero essere aumentate per catturare e immagazzinare 1 gigatonnellata di carbonio all'anno negli Stati Uniti e 10 gigatonnellate a livello globale. Però, ciò richiederebbe enormi cambiamenti in agricoltura, gestione dei rifiuti forestali e delle biomasse.

Mineralizzazione del carbonio

Questa strategia sfrutta un processo naturale in cui materiali reattivi come la peridotite o la lava basaltica si legano chimicamente alla CO2, formando minerali di carbonato solido come il calcare che può immagazzinare CO2 per milioni di anni. I materiali reattivi possono essere combinati con fluidi portatori di CO2 nelle stazioni di cattura del carbonio, oppure il fluido può essere pompato in formazioni rocciose reattive dove si trovano naturalmente.

Gli scienziati dell'Earth Institute's Lamont-Doherty Earth Observatory hanno lavorato per diversi anni sulla mineralizzazione del carbonio, e stanno trovando modi per accelerare la reazione naturale per aumentare l'assorbimento di CO2 e immagazzinarla in modo permanente. Il professore di ricerca Lamont David Goldberg e i suoi colleghi, Per esempio, stanno studiando la fattibilità di immagazzinare 50 milioni di tonnellate o più di CO2 in giacimenti di basalto nel nord-ovest del Pacifico. Oltre 20 anni, il progetto inietterebbe CO2 da fonti industriali, come la produzione e le centrali elettriche a combustibili fossili, nel basalto 200 miglia al largo, sul fianco orientale della Cresta Juan de Fuca. Là, sotto 2600 metri d'acqua e altri 200 metri di sedimenti, il serbatoio di basalto contiene spazi porosi che si riempirebbero man mano che la CO2 si mineralizza in calcare carbonatico. In quest 'area, il basalto reagisce rapidamente e la mineralizzazione potrebbe richiedere solo due anni o meno. Il team di Goldberg ha analizzato fattori tra cui come trasportare la CO2, come reagirebbe chimicamente, e come il sito potrebbe essere monitorato nel tempo.

Il prossimo passo è lanciare un progetto pilota lì per immagazzinare 10, 000 tonnellate di CO2. "Un progetto pilota è fondamentale per spostare la palla in avanti per la mineralizzazione del carbonio offshore di basalto, sia per motivi tecnici che normativi, " ha affermato Goldberg. Ciò consentirebbe ai ricercatori di sperimentare diversi tipi di iniezioni, ad esempio se dovrebbero essere continui o intermittenti e rispondere a domande come "quanto velocemente si riempie lo spazio dei pori?" che può essere testato solo sul campo. Inoltre, un progetto pilota è la chiave per comprendere le implicazioni normative della mineralizzazione del carbonio, poiché attualmente non esiste alcuna normativa. Il Canada e gli Stati Uniti inizierebbero a creare un quadro normativo solo quando avranno un progetto pilota. Goldberg dice che stanno ancora cercando finanziamenti per un progetto pilota, ma "C'è molto interesse".

Dal 2012, CarbFix, un progetto islandese a cui ha lavorato anche Goldberg, ha catturato il carbonio e lo ha mineralizzato nella più grande centrale geotermica del paese gestita da Reykjavik Energy. Mentre l'impianto funziona con energia rinnovabile geotermica, emette ancora una piccola quantità di CO2; CarbFix inietta 12, 000 tonnellate di CO2 all'anno nel terreno per $ 30 per tonnellata.

Poiché la mineralizzazione del carbonio sfrutta i processi chimici naturali, ha il potenziale per fornire un economico, modo non tossico e permanente per immagazzinare enormi quantità di carbonio. Però, ci sono ancora questioni tecniche e ambientali che devono essere risolte, secondo il rapporto delle National Academies, la mineralizzazione del carbonio potrebbe contaminare le risorse idriche o innescare terremoti.

Cattura diretta dell'aria

La cattura diretta dell'aria aspira l'anidride carbonica dall'aria utilizzando i ventilatori per spostare l'aria su sostanze che si legano specificamente all'anidride carbonica. (Questo concetto si basa sul lavoro di "albero artificiale" di Klaus Lackner, direttore del Center for Negative Carbon Emissions presso l'Arizona State University, che è stato per molti anni direttore del Lenfest Center for Sustainable Energy dell'Earth Institute.) La tecnologia impiega composti in una soluzione liquida o in un rivestimento su un solido che catturano la CO2 quando entrano in contatto con esso; quando successivamente esposto a calore e reazioni chimiche, rilasciano la CO2, che possono poi essere compressi e immagazzinati nel sottosuolo. I vantaggi della cattura diretta dell'aria sono che si tratta in realtà di una tecnologia a emissioni negative:può rimuovere il carbonio già presente nell'atmosfera, invece di catturare nuove emissioni generate e i sistemi potrebbero essere posizionati quasi ovunque.

In una centrale a carbone, circa una molecola su dieci nei gas di scarico è CO2, ma la CO2 nell'atmosfera è meno concentrata. Solo uno su 2, 500 molecole sono CO2, quindi il processo per rimuovere la CO2 è più costoso rispetto alla cattura del carbonio dagli impianti a combustibili fossili. La cattura diretta dell'aria è iniziata a $ 600 per tonnellata di carbonio; attualmente costa $ 100- $ 200 a tonnellata, ancora costoso, in parte perché non ci sono incentivi economici (come una tassa sul carbonio) o benefici ambientali secondari (come una migliore qualità del suolo) per rimuovere la CO2 dall'aria. Migliorare la tecnologia in modo che la CO2 possa essere catturata in modo più efficiente, e/o vendere la CO2 catturata può far scendere il prezzo. Tre società:Swiss Climeworks, Ingegneria canadese del carbonio, e American Global Thermostat—ci stanno lavorando.

Il primo stabilimento commerciale di Climeworks vicino a Zurigo acquisisce 1, 000 tonnellate di CO2 all'anno, che viene utilizzato in una serra per aumentare i raccolti del 20 percento. Nel 2017, l'azienda ha installato un'unità di cattura dell'aria diretta come demo presso lo stabilimento islandese di Reykjavik Energy per catturare una piccola quantità di CO2 che viene poi immagazzinata nel sottosuolo da CarbFix.

Climeworks ha ora 14 impianti di cattura diretta dell'aria costruiti o in costruzione in Europa; il suo stabilimento italiano utilizza la CO2 catturata per produrre carburante metano per autocarri.

Ingegneria del carbonio, che vanta Bill Gates come investitore, ha un impianto nel Canada occidentale in grado di catturare un milione di tonnellate di CO2 all'anno. Proietta che su larga scala, potrebbe rimuovere la CO2 da $ 100 a $ 150 per tonnellata. Il suo obiettivo è utilizzare la CO2 per produrre idrocarburi sintetici a emissioni zero, che ne abbasserebbe ulteriormente il costo. L'azienda sostiene che un impianto che utilizza questo processo "Air to Fuels", una volta ingrandito, potrebbe produrre carburante a meno di 1 dollaro al litro.

Termostato globale, che sta costruendo il suo primo stabilimento a Huntsville, AL, punta a ridurre il prezzo a 50 dollari la tonnellata vendendo la CO2 catturata a una società di bibite. La società costruirà piccoli "impianti di cattura" in loco presso le strutture del produttore di soda, riducendo così i costi per l'energia e il trasporto.

Uno studio ha previsto che la cattura diretta dell'aria potrebbe aspirare da 0,5 a 5 gigatonnellate di CO2 all'anno entro il 2050 con forse 40 gigatonnellate entro il 2100. Tuttavia, la cattura diretta dell'aria su larga scala potrebbe eventualmente avere impatti ambientali derivanti dall'estrazione, raffinamento, trasporto e smaltimento dei minerali che catturano le emissioni di carbonio.

Mentre la cattura diretta dell'aria ha un grande potenziale per la rimozione dell'anidride carbonica, è ancora in una fase iniziale di sviluppo. Fortunatamente, sta ottenendo un certo sostegno dal Congresso sotto forma del FUTURE Act (il Promuovere la cattura del carbonio, Utilizzo, Tecnologia, Deposito sotterraneo, e legge sulle emissioni ridotte). L'atto raddoppia i crediti d'imposta per la cattura e lo stoccaggio permanente di anidride carbonica in formazioni geologiche e l'utilizzo per il recupero rafforzato del petrolio; per le aziende che convertono il carbonio in altri prodotti come il cemento, sostanze chimiche, materie plastiche e combustibili; e fornisce un credito d'imposta di $ 35 per tonnellata di CO2 tramite cattura diretta dell'aria.

Resistenza agli agenti atmosferici migliorata

Le rocce e il suolo si alterano reagendo con la CO2 nell'aria o sotto le piogge acide, che si verifica naturalmente quando la CO2 nell'aria si dissolve nell'acqua piovana. Le rocce si rompono, creazione di bicarbonato, un pozzo di carbonio, che alla fine viene trasportato nell'oceano dove viene immagazzinato. L'invecchiamento accelerato accelera questo processo diffondendo roccia polverizzata, come basalto o olivina, su terreni agricoli o sull'oceano. Potrebbe essere schiacciato e sparso su campi e spiagge, e persino utilizzato per percorsi e parchi giochi.

L'aumento degli agenti atmosferici potrebbe migliorare la qualità del suolo, e mentre il bicarbonato alcalino si riversa nell'oceano, potrebbe aiutare a neutralizzare l'acidificazione degli oceani. Ma potrebbe anche potenzialmente alterare il pH del suolo e le proprietà chimiche, e influenzare gli ecosistemi e le acque sotterranee. Estrazione, macinare e trasportare la roccia sarebbe costoso, richiedono molta energia e producono ulteriori emissioni di carbonio e inquinamento atmosferico. A causa delle numerose variabili e del fatto che la maggior parte delle valutazioni di maggiore invecchiamento non sono state testate sul campo, le stime dei costi variano ampiamente.

alcalinizzazione oceanica, considerato un tipo di invecchiamento potenziato, comporta l'aggiunta di minerali alcalini, come l'olivina, alla superficie dell'oceano per aumentare l'assorbimento di CO2 e contrastare l'acidificazione degli oceani. Uno studio ha stimato che questa strategia potrebbe sequestrare da 100 tonnellate a 10 gigatonnellate di CO2 all'anno, per costi che vanno da $ 14 a oltre $ 500 a tonnellata. I suoi impatti ecologici, però, sono sconosciuti.

Concimazione oceanica

La fertilizzazione dell'oceano aggiungerebbe nutrienti, spesso ferro, all'oceano per stimolare la fioritura delle alghe, che assorbirebbe più CO2 attraverso la fotosintesi. Però, stimolando la crescita del fitoplancton, la base della catena alimentare, la fertilizzazione degli oceani potrebbe influenzare la produttività alimentare locale e regionale. Vaste fioriture algali potrebbero anche causare eutrofizzazione e provocare zone morte prive di ossigeno. Oltre ai suoi possibili impatti sull'ecosistema, ha anche meno potenziale per sequestrare il carbonio a lungo termine.

Carbone blu costiero

Saline, mangrovie, le alghe e altre piante nelle zone umide di marea sono responsabili di oltre la metà del carbonio sequestrato negli ecosistemi oceanici e costieri. Questo carbonio blu può essere immagazzinato per millenni nelle piante e nei sedimenti. Però, le zone umide vengono distrutte dal deflusso e dall'inquinamento, siccità e sviluppo costiero:ogni mezz'ora si perde un'area di alghe delle dimensioni di un campo da calcio. Ripristinare e creare zone umide e gestirle meglio potrebbe potenzialmente raddoppiare il loro stoccaggio di carbonio. Le zone umide sane forniscono anche protezione dalle tempeste, migliorare la qualità dell'acqua e sostenere la vita marina.

Ci sono poche stime del potenziale di rimozione del carbonio del carbonio blu, ma i costi sarebbero bassi a zero.

E qualche idea per il futuro

Y Combinatore, un'organizzazione che finanzia startup promettenti, ha lanciato un appello per qualsiasi lavoro su nuovi tipi di tecnologie di rimozione dell'anidride carbonica, nessuno dei quali è stato ancora testato al di fuori di un laboratorio. Nello specifico, stanno cercando progetti in quattro aree:

• La modifica dei geni del fitoplancton consentirebbe loro di sequestrare il carbonio in aree dell'oceano globale prive dei nutrienti necessari per la fotosintesi.
• L'elettro-geochimica utilizza l'elettricità da fonti rinnovabili per scomporre l'acqua salina per produrre idrogeno (che può essere utilizzato come combustibile) e ossigeno, quale, in presenza di minerali, produce una soluzione altamente reattiva. Questa soluzione assorbe l'anidride carbonica dall'atmosfera e la trasforma in bicarbonato.
• I sistemi enzimatici accelerano le reazioni chimiche che potrebbero trasformare l'anidride carbonica in altri composti organici utili. Y Combinator vorrebbe creare sistemi enzimatici in grado di farlo al di fuori delle cellule viventi per semplificare la fissazione del carbonio.
• L'ultima idea prevede la creazione di 4,5 milioni di piccole oasi nei deserti per ospitare il fitoplancton che assorbirebbe CO2. Fornirebbero anche acqua dolce e sosterrebbero la vegetazione che potrebbe anche assorbire carbonio.

Cosa è necessario per far avanzare la rimozione dell'anidride carbonica?

Ogni tecnologia CDR è fattibile a un certo livello, ma ha incertezze sui costi, tecnologia, la velocità di possibile attuazione, o impatti ambientali. È chiaro che nessuno fornisce la soluzione definitiva al cambiamento climatico.

"La sola rimozione dell'anidride carbonica non può farcela, " ha detto Kate Gordon, un borsista presso il Columbia Center on Global Energy Policy. "Se c'è una cosa che il rapporto dell'IPCC sottolinea davvero è che abbiamo bisogno di un portafoglio:dobbiamo ridurre drasticamente le emissioni, dobbiamo trovare più opzioni di energia rinnovabile per sostituire i combustibili fossili, dobbiamo elettrificare molte cose che attualmente funzionano a petrolio e poi dobbiamo fare un'enorme quantità di rimozione del carbonio." A breve termine vorrebbe vedere più dispiegamento e aumento di strategie provate e vere, come piantare alberi e pratiche agricole più sostenibili.

Infatti, un nuovo studio ha appena stabilito che piantare alberi e migliorare la gestione delle praterie, i terreni agricoli e le zone umide potrebbero sequestrare il 21% delle emissioni annuali di gas serra degli Stati Uniti a un costo relativamente basso.

Sviluppare ulteriormente le altre strategie di rimozione dell'anidride carbonica richiederà notevoli somme di denaro.

"La comunità della filantropia climatica deve effettivamente riconoscere questo come parte della soluzione climatica:è davvero importante che [CDR] diventi parte di quel portafoglio, " ha detto Gordon. "Abbiamo anche bisogno di un budget federale per la ricerca e lo sviluppo piuttosto significativo dedicato a queste strategie in modo da poter iniziare a migliorare la tecnologia e avere una migliore comprensione di quanto costa fare ciascuna di queste cose, quanto sono efficaci e quanto sono sicuri."

Sarebbe utile anche istituire un incentivo finanziario per rimuovere il carbonio, come una tassa sul carbonio o sanzioni per l'emissione di carbonio.

"Questa è la prossima frontiera dell'energia, conversazione su clima e tecnologia, " ha detto Gordon. "Dobbiamo essere all'avanguardia se vogliamo rimanere competitivi, se vogliamo continuare ad avere la maggior parte dell'energia pulita del mondo e dei brevetti sull'energia avanzata... Altrimenti la compreremo da qualcun altro, perché qualcuno lo farà".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu. L'articolo originale è qui.