I nostri sistemi energetici e idrici sono indissolubilmente legati. Il cambiamento climatico richiede la transizione verso un'energia senza emissioni di carbonio e anche la conservazione delle risorse idriche poiché diventano contemporaneamente più richieste e meno disponibili. politici, dirigenti d'azienda, e gli scienziati che cercano di affrontare l'urgenza del cambiamento climatico cercano sempre più la cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS) per aiutare a raggiungere gli obiettivi climatici globali. Mentre CCS riduce al minimo le emissioni dalla combustione dei combustibili, il suo impatto sulle risorse idriche globali non è stato ampiamente esplorato. Una nuova ricerca mostra che la CCS potrebbe mettere a dura prova le risorse idriche in circa il 43% delle centrali elettriche mondiali dove la scarsità d'acqua è già un problema. Ulteriore, la tecnologia impiegata in queste regioni con scarsità d'acqua è importante, e le tecnologie CCS emergenti potrebbero mitigare notevolmente la domanda che CCS pone sul consumo di acqua.

Gli impianti per la produzione di energia, come le centrali elettriche a carbone, consumano grandi quantità di acqua di raffreddamento. Il tipo di metodo di raffreddamento utilizzato in una centrale elettrica (torri di raffreddamento a umido, raffreddamento unico, o condensatori ad aria) influisce sul consumo di acqua. L'installazione di CCS in queste strutture richiede la produzione di energia aggiuntiva per compensare l'energia utilizzata dal processo CCS. A ciò si aggiunge un ulteriore consumo di acqua di raffreddamento. Inoltre, lo stesso processo CCS si aggiunge al consumo idrico complessivo in un modo che dipende dalla tecnologia CCS utilizzata.

La maggior parte dei progetti CCS attualmente operativi in ​​tutto il mondo utilizzano tecnologie di assorbimento. Gli assorbenti comuni sono basi acquose contenenti gruppi amminici che si legano all'anidride carbonica, separandolo dagli altri gas della miscela fumi. Il processo di assorbimento della CO ₂ in questi solventi e la successiva rigenerazione dei solventi richiedono il prelievo di energia dalla centrale. La circolazione di grandi quantità di solventi provoca perdite d'acqua per evaporazione. Altre tecnologie CCS all'avanguardia utilizzano molta meno acqua poiché separano l'anidride carbonica dai gas di combustione mediante adsorbimento su materiali solidi, oppure far passare i gas di scarico attraverso le membrane. Queste tecnologie riducono potenzialmente sia il carico energetico che il consumo di acqua.

In questa ricerca, esaminiamo come la CCS può essere implementata in modo sostenibile senza compromettere le risorse idriche. Nello specifico, l'aggiunta di CCS alle centrali elettriche a carbone ha un impatto sul consumo di acqua in qualsiasi regione del mondo abbastanza significativo da indurre o esacerbare la scarsità d'acqua? Abbiamo modellato l'ipotetica implementazione di quattro diverse tecnologie CCS in ogni centrale elettrica a carbone globale di dimensioni significative attualmente in funzione in tutto il mondo e studiato l'impatto sui prelievi e sui consumi idrici regionali. Utilizzando un'analisi idrologica mensile biofisica globale, abbiamo valutato dove, quando, e fino a che punto la scarsità d'acqua potrebbe limitare l'attuazione del CCS.

Un po' sorprendentemente, abbiamo scoperto che nei casi in cui la scarsità d'acqua non esiste già, l'aggiunta di CCS generalmente non indurrà scarsità. Però, abbiamo anche scoperto che il 43% dell'attuale capacità energetica globale a carbone installata si trova in regioni che ora soffrono di scarsità d'acqua per almeno un mese all'anno, e oltre il 30% della capacità globale affronta la scarsità per cinque o più mesi all'anno. In queste regioni, l'adozione di tecnologie CCS peggiora lo stress idrico. Il retrofit delle centrali elettriche con tecnologie di cattura a minore intensità d'acqua potrebbe mitigare la concorrenza per le risorse di acqua dolce, e la scelta dei metodi di raffreddamento diventa sempre più importante.

I nostri risultati consentono una comprensione più completa dell'uso dell'acqua da parte degli impianti a carbone con, e senza, cattura del carbonio. Devono essere considerati attenti compromessi, e la scelta della tecnologia di cattura del carbonio è molto rilevante. Riteniamo che questo lavoro servirà da guida per i responsabili politici mentre acceleriamo l'implementazione del CCS in tutto il mondo.