Con le emissioni globali che continuano senza sosta, il cambiamento climatico sta procedendo a un ritmo sorprendente. Ma un team di scienziati della UC Santa Barbara e della RWTH Aachen University in Germania ha in mente una nuova e nuova destinazione per tutto il biossido di carbonio che emette nell'atmosfera:i prodotti chimici.

La produzione chimica emette quantità sbalorditive di gas serra attraverso l'energia che consuma e le materie prime a base di carbonio che utilizza. Sangwon Suh, un professore della Bren School of Environmental Science &Management dell'Università di Santa Barbara, e i suoi colleghi ricercatori vedono un'opportunità per deviare miliardi di tonnellate di CO2 dalle ciminiere nella catena di approvvigionamento chimica, se il mondo può creare abbastanza energia rinnovabile per rendere lo sforzo utile. La loro analisi appare nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Secondo i risultati del team, produzione chimica, un'industria che comprende settori diversi come i lubrificanti, vernici e plastica:rappresenta oltre 3,3 miliardi di tonnellate di CO2 all'anno, o l'equivalente in altri gas serra. Suh ha recentemente pubblicato il primo resoconto completo delle emissioni di carbonio dalla plastica, in cui lui e il suo coautore hanno scoperto che la plastica da sola rappresenta l'equivalente di 1,8 miliardi di tonnellate di emissioni di CO2 all'anno.

"Da una parte, questa enorme quantità di plastica e prodotti chimici pone un problema, " ha detto Suh, chi si occupa di ecologia industriale, "perché è necessaria una quantità enorme di energia nella produzione e, una volta utilizzati i prodotti, verrà generata una quantità enorme di rifiuti”.

"D'altra parte, " Lui continuò, "questa è un'opportunità, perché queste materie prime sono in gran parte a base di carbonio. Se possiamo usare l'anidride carbonica come fonte di carbonio per queste materie plastiche e sostanze chimiche, quindi possiamo catturare e immagazzinare una grande quantità di CO2 nella plastica e nei prodotti chimici che altrimenti sarebbero stati emessi, il tutto creando valore."

L'applicazione della cattura e dell'utilizzo del carbonio (CCU) all'industria chimica è un'idea nuova. Fornirebbe una fonte rinnovabile di composti di carbonio e avrebbe l'ulteriore vantaggio di estrarre la CO2 dall'atmosfera. CCU produce anche una grande quantità di acqua pura come sottoprodotto, un potenziale vantaggio in quanto la sicurezza idrica diventa un problema maggiore. Cosa c'è di più, l'utilizzo del carbonio catturato compensa in primo luogo alcuni dei costi della cattura, una grande sfida economica per gli sforzi di sequestro del carbonio.

Ma il team voleva sapere quanto potesse essere pratico. Questo è un nuovo territorio, quindi i ricercatori hanno dovuto per lo più lavorare da zero. Hanno iniziato a testare se la CCU offrisse un'opportunità considerevole per ridurre le emissioni di gas serra, e ha scoperto che lo ha fatto. La tecnica potrebbe eliminare fino a 3,5 miliardi di tonnellate di CO2, o l'equivalente in altri gas serra all'anno.

Però, questo processo aumenterebbe la domanda totale di energia dell'industria principalmente perché ha bisogno anche di idrogeno, che è generalmente prodotta dall'acqua attraverso l'elettrolisi. Queste richieste dovrebbero essere soddisfatte con energia rinnovabile, altrimenti il ​​processo emetterebbe più carbonio rispetto al semplice approvvigionamento di materiale tradizionale, tramite le riserve di combustibili fossili.

La domanda allora è diventata:quanta elettricità rinnovabile è necessaria per raggiungere questo potenziale tecnico di 3,5 gigatonnellate?

La risposta:dal 126 al 222% degli attuali obiettivi mondiali di energia rinnovabile per il 2030. E questi obiettivi sembrano già molto ambiziosi con le politiche e le traiettorie attuali.

"Siamo rimasti sorpresi da quanta elettricità è necessaria per ridurre le emissioni di gas serra attraverso CCU, " Suh ​​ha osservato. "Alcune persone potrebbero pensare che quei numeri di generazione di energia rinnovabile che abbiamo testato non siano realistici. Bene, questo è il punto."

Tempo e fatica

Molti scienziati si sono interessati alla CCU, così come alla cattura e allo stoccaggio del carbonio, poiché erano sempre più preoccupati che varie proposte e strategie per ridurre le emissioni di gas serra potessero risultare insufficienti. Le luci a LED e le auto elettriche producono meno gas serra, ma evitare la catastrofe climatica richiede più della semplice riduzione delle emissioni, Suh ha detto.

"Gli scienziati stanno iniziando a percepire che questi sforzi non saranno in grado di mantenerci a un aumento della temperatura media globale di 1,5-2 gradi Celsius, Questi gli obiettivi fissati dalle Nazioni Unite a seguito del rapporto dell'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) al fine di prevenire i disastri climatici. Rispettare questi obiettivi richiede di ridurre a zero le emissioni nette entro la seconda metà del secolo. , ha detto Suh, che ha servito come autore principale coordinatore su parte del rapporto 2014 del pannello.

Questo porta al concetto di bilancio del carbonio, vale a dire una quantità totale massima di gas serra che gli esseri umani possono emettere e continuare a riscaldarsi al di sotto dei 2 gradi Celsius. Gli scienziati hanno prodotto molte stime di questo budget, ma uno dei più influenti produce una cifra di 763 miliardi di tonnellate di CO2, o l'equivalente in altri gas. Proprio adesso, emettiamo circa 50 miliardi di tonnellate di CO2 all'anno, Suh ha detto. Questo non lascia molto margine di manovra con cui lavorare, o molto tempo per risolvere il problema.

"Dobbiamo ridurre drasticamente le nostre emissioni di gas serra immediatamente, "Suh ha detto.

Però, ritiene che anche avere una visione troppo rosea del potenziale della cattura del carbonio sia pericoloso. "Il nostro studio rappresenta la prima valutazione globale del potenziale che CCU detiene per la mitigazione del carbonio, e abbiamo scoperto che ci vuole molto per la CCU per salvare il mondo, " Ha detto Suh. Gli esseri umani non possono continuare a fare affari come al solito partendo dal presupposto che la cattura del carbonio risolva il problema anche se manchiamo i nostri obiettivi.

"Più di qualsiasi altra cosa, questo studio mostra l'enorme quantità di energia rinnovabile necessaria affinché la CCU abbia un senso, " ha detto Suh. Sospetta che coloro che leggono lo studio esiteranno ai requisiti, dicendo che non possiamo indirizzare tutta quell'elettricità rinnovabile esclusivamente alla CCU.

"Sono d'accordo, " ha detto. "Questo è il punto."

Il miglior rapporto qualità-prezzo

Se aggiungiamo l'enorme quantità di elettricità rinnovabile descritta nello studio, ci si chiede se la CCU sia la migliore applicazione di questo potere aggiuntivo. Quindi il team ha confrontato la CCU con alternative che potrebbero rivelarsi più efficienti.

Si scopre che la CCU non è attualmente l'uso più efficiente dell'elettricità rinnovabile per la mitigazione del carbonio. Investire questa energia nelle pompe di calore, piuttosto che fare affidamento sul gas naturale per il riscaldamento, fornirebbe la più grande riduzione delle emissioni per chilowattora, seguite da cose come l'elettrificazione dei mezzi di trasporto e gli scaldabagni. Infatti, il team ha calcolato che potremmo investire circa 5 petawattora (5 trilioni di kilowattora) di energia rinnovabile aggiuntiva nelle pompe di calore prima che raggiungano la saturazione. Solo dopo tutti questi altri, si esauriscono gli usi più efficienti dell'elettricità rinnovabile, allora avrebbe senso investire energia verde nella cattura e nell'utilizzo del carbonio.

Però, se viene generata una capacità aggiuntiva, La CCU potrebbe rivelarsi uno strumento prezioso per ridurre le emissioni di gas serra, secondo gli scienziati. L'enorme quantità di composti a base di carbonio che fluiscono attraverso l'industria chimica offre alla CCU il potenziale per avere un effetto smisurato sulla riduzione delle emissioni.

"Non abbiamo trovato la CCU come un salvatore dell'ambiente globale, "Suh ha detto, "sebbene possa avere un potenziale locale, dove c'è un eccesso di offerta di elettricità rinnovabile senza usi apparenti."

In quel caso, però, la plastica ingombrante e i prodotti chimici prodotti dovrebbero essere spediti al mercato, generando così più emissioni. Anziché, l'elettricità in eccesso potrebbe essere utilizzata per l'elaborazione dei dati, che è molto più efficiente da trasmettere in tutto il mondo, Suh ha detto. Lui e i suoi colleghi stanno ora esaminando il ruolo che i data center e l'elaborazione in outsourcing potrebbero avere nella riduzione delle emissioni facendo l'uso più efficiente delle fonti energetiche disponibili.