L'attività industriale è uno dei principali emettitori di CO₂. Credito:Shutterstock
Riconosciuto dalla comunità scientifica come la principale causa del riscaldamento globale, CO 2 i livelli nell'atmosfera continuano a salire, come confermato dal rapporto di novembre 2019 dell'Organizzazione meteorologica mondiale.
La causa principale di questo aumento è l'attività industriale ed economica indotta dall'uomo, emettendo circa 35 miliardi di tonnellate (35 Gt) di CO 2 all'anno in tutto il mondo, a cui vanno aggiunti gli effetti della deforestazione e dell'urbanizzazione del suolo (6 Gt all'anno).
La vegetazione e gli oceani svolgono il loro ruolo di pozzi naturali assorbendo più della metà di queste quantità, ma l'eccedenza continua ad accumularsi nell'atmosfera anno dopo anno e sta provocando un aumento inesorabile di CO 2 livelli.
Stoccaggio geologico di CO₂
La soluzione ovvia e obbligata è abbassare la nostra CO 2 emissioni. Ciò significa una drastica riduzione del nostro uso di combustibili fossili (petrolio, gas, carbone), parallelamente allo sviluppo di fonti e vettori energetici alternativi (solare, vento, geotermico, biomassa, idroelettrico, idrogeno, eccetera.).
Però, questo cambiamento non avverrà dall'oggi al domani e richiede misure di accompagnamento, uno dei quali è catturare la CO . atmosferica 2 e conservarlo in profondità nel sottosuolo, da dove proveniva originariamente il carbonio. Questa tecnologia è nota come CO 2 cattura e memorizzazione (CCS).
CCS consiste nel catturare la CO 2 contenuto nei fumi di impianti industriali, quindi iniettandolo in profondità nel sottosuolo (1, 000 metri o più) tramite un pozzo dedicato. La CO . gassosa 2 viene compresso prima dell'iniezione in uno stato più denso (ma ancora più leggero dell'acqua), consentendo così la sua iniezione in grandi quantità. Il sito di stoccaggio è accuratamente selezionato in modo che la CO 2 rimane intrappolato in modo permanente e tipicamente è costituito da una roccia serbatoio porosa con spazi tra i grani (pori) contenenti acqua salata (non potabile). È ricoperto da una roccia di copertura impermeabile che impedisce qualsiasi risalita verso la superficie della porzione di CO 2 non intrappolato nei pori della roccia o disciolto nell'acqua salata.
La tecnologia CCS è collaudata e pronta per l'implementazione su larga scala. Ad oggi, 19 strutture CCS su larga scala sono operative in tutto il mondo, prevenire l'emissione di circa 40 milioni di tonnellate (40 Mt) di CO 2 per anno. Ciò nonostante, La CCS si sta dimostrando troppo lenta per decollare al livello necessario per raggiungere gli obiettivi globali di riduzione delle emissioni, e questo nonostante oltre 40 anni di esperienza operativa e il fatto allarmante che gli esperti di modellazione climatica contano sulla CCS per contribuire con il 14% al pacchetto globale di soluzioni climatiche (OCSE/IEA ETP 2017, P. 31). Il costo delle operazioni e le infrastrutture relativamente pesanti da installare spiegano in parte questa situazione, così come la mancanza di sostegno politico, ma dobbiamo trovare il modo di sbloccare questo punto morto.
BRGM è stato coinvolto in diversi progetti di ricerca sulla CCS negli ultimi 25 anni. Dal 2013, invece, BRGM e i suoi partner hanno lavorato su una nuova opzione CCS più semplice da implementare, meno costoso e adatto al downscaling quindi può essere applicato localmente per ridurre la CO 2 emissioni dei "piccoli" impianti industriali.
Portare una soluzione ai "piccoli" inquinatori industriali
Per raggiungere gli obiettivi dell'Accordo di Parigi, abbiamo bisogno dell'intera gamma di azioni di riduzione delle emissioni, e questo indipendentemente dalla scala. In Francia, CO 2 emissioni oggi rappresentano poco meno dell'1 per cento delle emissioni globali (cioè, 2 -emissioni"> 338 Mt di CO₂ all'anno), suddiviso in 31 per cento per l'industria, trasformazione energetica e sprechi (le fonti che possono essere affrontate da CCS), 31 per cento per il trasporto, 19 per cento per l'agricoltura e 19 per cento per l'edilizia abitativa.
Però, quasi l'84 per cento degli emettitori industriali francesi sono "piccoli, " cioè emettendo meno di 150, 000 tonnellate (150 kt) di CO 2 per anno, la media è di 38 kt di CO 2 per anno. Ciò nonostante, quando tutto sommato, questi piccoli o piccolissimi emettitori pesano complessivamente quasi 32 Mt di CO 2 per anno, che non c'è niente di cui scrollarsi di dosso.
Però, questi siti sono sparsi su tutto il territorio nazionale, rendendo loro inaccessibile la soluzione CCS convenzionale; è impossibile mettere in comune più unità di cattura piccole e costose per trasportare quantità significative di CO 2 ad un unico e necessariamente remoto sito di stoccaggio. CCS, come dispiegato oggi nel mondo, immagazzina quantità dell'ordine di un milione di tonnellate di CO 2 per anno e per sito, che è almeno 25 volte superiore alle emissioni medie di piccoli impianti come quelli francesi.
Rappresentazione 3D di un sito di CO₂ disciolto. Credito:BRGM
Stoccaggio CO₂ abbinato al riscaldamento:un anello mancante
La soluzione CO₂-disciolta, sviluppato da BRGM, propone un nuovo approccio al CCS che si adatta perfettamente a questi piccoli emettitori industriali. Una delle principali differenze è che la CO 2 viene immagazzinato completamente sciolto nell'acqua salata di una profonda falda acquifera, in contrasto con l'approccio convenzionale in cui CO 2 è compresso in uno stato denso.
Per fare questo, l'acqua viene pompata dal serbatoio profondo tramite un pozzo di produzione prima di essere reiniettata nel sottosuolo tramite un secondo pozzo di iniezione, dopo la dissoluzione della CO 2 catturato nello stabilimento industriale. Insieme questi due pozzi costituiscono quello che viene chiamato un "doppietto, " identici ai doppietti utilizzati nello sfruttamento geotermico profondo. Questa somiglianza di infrastrutture consente di estrarre contemporaneamente il calore contenuto nell'acqua pompata dal serbatoio.
Questa sinergia sotterranea:immagazzinamento di CO 2 e l'estrazione di calore:migliora l'economia della CO 2 -Operazione disciolta rispetto al CCS convenzionale, a condizione che l'energia recuperata possa essere sfruttata localmente. Fornitura di una rete di riscaldamento agli edifici, che si tratti di alloggi collettivi o individuali, edifici di servizio o aziendali, è un buon esempio di utilizzo del calore prodotto. In questo modo, potremmo immagazzinare CO . industriale 2 mentre riscaldiamo le nostre case, e tutto grazie a una fonte di energia quasi priva di carbonio che sostituisce forme di riscaldamento più convenzionali e meno rispettose dell'ambiente (il riscaldamento rappresenta quasi il 20 percento di CO 2 emissioni in Francia).
Come funziona la CO₂ disciolta
il CO 2 -Il concetto sciolto è emerso inizialmente a causa dei vantaggi che offre per la gestione di un sito di stoccaggio. Infatti, con l'approccio CCS convenzionale, l'aumento della pressione di giacimento indotto dalla massiccia iniezione di CO 2 richiede un monitoraggio continuo del sito per garantire che non superi determinati limiti. il CO 2 - L'approccio disciolto evita qualsiasi aumento di pressione estraendo e reiniettando la stessa quantità di acqua dal/nel giacimento.
Allo stesso modo, con iniezione nel serbatoio della CO 2 allo stato disciolto anziché gassoso, evitiamo ogni tendenza della CO 2 alzarsi naturalmente, e quindi ogni potenziale rischio di fuoriuscita di CO 2 verso la superficie e la contaminazione delle falde acquifere poco profonde utilizzate per l'approvvigionamento di acqua potabile. L'acqua contenente la CO . disciolta 2 è infatti leggermente più densa dell'acqua del serbatoio e tende ad affondare sul fondo del serbatoio. Ciò a sua volta riduce la necessità di un controllo rigoroso delle potenziali vie di fuga preferenziali, vale a dire i pozzi e la copertura rocciosa impermeabile.
Un ulteriore vantaggio, rispetto al CCS convenzionale, risiede nell'infrastruttura semplificata e nella sua idoneità all'applicazione locale, evitando così la necessità di realizzare reti di gasdotti per il trasporto della CO 2 dai siti industriali di emissione al sito di stoccaggio.
Localizzazione dei siti industriali a bassa emissione di CO₂ sovrapposti alle aree geotermiche più favorevoli (in blu) in Francia. Credito:BRGM
Caso di studio:vero potenziale in Francia
Affinché la CO 2 -Tecnologia disciolta da applicare ad un impianto, devono essere soddisfatte due condizioni fondamentali.
in primo luogo, il sottosuolo sottostante l'impianto industriale deve avere le caratteristiche idrogeologiche e termiche necessarie per consentire lo sfruttamento geotermico; tipicamente, portate di pompaggio/iniezione dell'ordine di 200 a 350 m 3 /he temperatura dell'acqua compresa tra 40 e 90°C.
In secondo luogo, il limite di solubilità della CO . disciolta 2 concentrazione (dell'ordine di 50 kg CO 2 /m 3 di acqua) non deve essere superato, per garantire che la CO 2 rimane immagazzinato in forma completamente disciolta (cioè senza bolle di gas). Questi vincoli tecnici significano che la quantità di CO 2 iniettato deve essere mantenuto al di sotto di 10-17 tonnellate all'ora, con valori di portata d'acqua come quelli sopra citati, che corrisponde ad una capacità massima di stoccaggio di circa 150 kt CO 2 per anno. Questo spiega perché questa tecnologia è adatta a piccoli emettitori, come menzionato sopra, e quindi offre una prospettiva low carbon a un settore industriale che attualmente ha poche o nessuna altra alternativa.
Per comprendere meglio le potenzialità della distribuzione della CO 2 -Tecnologia dissolta in tutta la Francia, siti industriali a bassa CO 2 le emissioni (inferiori a 150 kt all'anno) sono state mappate e sovrapposte a zone di giacimenti profondi aventi potenziale geotermico (in blu, vedi mappa). Tra questi siti, ampiamente distribuito in tutta la Francia, 437 si trovano nelle zone blu e sono quindi potenzialmente compatibili con la CO 2 -Approccio sciolto. Insieme questi siti emettono circa 17 Mt di CO 2 annualmente, che è più del 12% delle emissioni industriali francesi. Piccole azioni quando unite insieme possono dare risultati significativi.
Non solo lo stoccaggio di queste emissioni migliorerebbe sostanzialmente l'impronta di carbonio di queste industrie, ma il vantaggio aggiuntivo di utilizzare l'energia geotermica come mezzo di riscaldamento e quindi di sostituire le energie da combustibili fossili ridurrebbe ulteriormente la bolletta ambientale.
Il lavoro in corso è finalizzato alla preparazione della prima CO 2 prove di iniezione in un doppietto geotermico esistente. Questo convaliderà l'essenza della CO 2 -Concetto sciolto, testando in particolare il dispositivo di iniezione e le modalità di monitoraggio continuo della CO 2 dissoluzione nell'acqua del pozzo di iniezione. Il prossimo passo sarà quello di implementare, in un sito industriale, un primo dimostratore della tecnologia completa.
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale. 
