L'impiego di tecnologie di cattura e stoccaggio della CO2 si configura come una opzione indispensabile per far fronte ai cambiamenti climatici globali legati all'aumento della concentrazione dei gas serra in atmosfera. Tali tecnologie vanno rapidamente acquisendo un ruolo essenziale a livello internazionale ed europeo.
Le politiche energetiche dei Paesi del
mondo industrializzato guardano al
futuro sviluppandosi su tre linee di
tendenza date dall'incremento delle
fonti rinnovabili, dalla diffusione del
risparmio energetico e dall'impiego
delle fonti fossili legate a tecnologie
in grado di limitare le emissioni in
atmosfera; in questo quadro, il ricorso
al carbone per la generazione elettrica
nazionale, necessario per soddisfare
la domanda e per accrescere la
competitività del "Sistema Paese",
risulta condizionato, oltre che dall'impiego
di tecnologie pulite sempre
più efficaci nella riduzione delle
emissioni di macro e micro inquinanti,
dall'introduzione di soluzioni in
grado di abbattere radicalmente le
emissioni di anidride carbonica.
Tale obiettivo si può perseguire sia puntando al miglioramento delle efficienze energetiche - legate all'innovazione dei cicli termodinamici e all'utilizzo di materiali innovativi - che allo sviluppo e alla dimostrazione di tecnologie di cattura e confinamento della CO2, oramai sempre più di sovente indicate con l'acronimo anglosassone CCS (Carbon Capture and Storage) o Carbon Sequestration. Per queste tecnologie, oggetto di attività di ricerca in tutto il mondo, è oramai considerata matura e indispensabile la dimostrazione negli impianti a zero emissioni o "near zero emission" con l'obiettivo dichiarato di dimostrare la fattibilità tecnico-economica ed allo stesso tempo la sicurezza e la stabilità dello stoccaggio nel tempo. Una delle constatazioni da più voci ripresa è relativa all'impossibilità di sostituire, almeno per qualche decennio, quote significative di combustibili fossili con fonti alternative a emissioni basse, se non addirittura nulle, rendendo necessaria l'adozione di soluzioni che limitino gli impatti conseguenti al loro utilizzo, e siano compatibili con gli obiettivi di contenere le alterazioni climatiche.
Queste considerazioni valgono in particolare per il carbone che è il principale combustibile impiegato a livello mondiale per la produzione di energia elettrica e allo stesso tempo quello a maggiore intensità di carbonio. Per il nostro Paese, che pure ricorre in misura limitata al carbone, è fondamentale concentrare gli sforzi sulle tecnologie innovative di utilizzo di tale fonte, per consentire al nostro sistema industriale di poter competere sul mercato globale, anche a fronte della perdurante rinuncia al nucleare.
L'obiettivo tecnologico strategico è quello di integrare i diversi concetti relativi a:
- tecnologie "pulite", cioè a bassa emissione di inquinanti;
- soluzioni che assicurino più elevati valori di efficienza;
- tecnologie CCS in grado di catturare e confinare la CO2 in maniera definitiva evitando la sua emissione in atmosfera.
Un uso sostenibile - indispensabile per ogni politica di sviluppo socio economica - dei combustibili fossili richiede la compatibilità con esigenze ambientali di continua riduzione delle emissioni inquinanti e di drastica riduzione delle emissioni di CO2. Tali obiettivi risultano credibili e praticabili grazie alle nuove tecnologie già oggi disponibili ed alle prospettive offerte dalla ricerca e sviluppo.
L'impiego di tecnologie di cattura e stoccaggio della CO2 si configura come una opzione indispensabile per far fronte ai cambiamenti climatici globali legati all'aumento della concentrazione dei gas serra in atmosfera. Gli impianti di generazione elettrica da combustibili fossili non sono chiaramente gli unici produttori di anidride carbonica ma rappresentano un settore importante essendo ad essi imputabile a livello globale l'emissione annuale di circa 1/3 dei 30.000 milioni di tonnellate di CO2. Tali tecnologie vanno rapidamente acquisendo un ruolo essenziale a livello internazionale ed europeo, tanto da essere ormai considerate ai fini del sistema di "emission trading".
La UE si appresta a varare direttive che impongono l'adozione di tali tecnologie negli impianti da realizzare dopo il 2020, e a tal fine promuove - nell'ambito di FP7 - la realizzazione di 10-12 impianti dimostrativi in Europa entro il 2015. A livello internazionale sono in corso numerose iniziative volte ad intensificare la collaborazione fra i diversi Paesi per lo sviluppo e dimostrazione delle tecnologie CCS, e per la definizione di accordi politici sui limiti delle emissioni di CO2. L'Italia è presente nel Carbon Sequestration Leadership Forum (CSLF), nella piattaforma europea sugli impianti alimentati a combustibili fossili a emissioni zero (ZEP), nei gruppi di lavoro della IEA. Nel nostro Paese sono diversi i protagonisti del mondo dell'Industria e della Ricerca operanti nel campo delle tecnologie CCS. L'interesse maggiore è espresso dai settori della generazione elettrica e dell'industria di produzione e trasformazione di combustibili fossili, ma anche dall'industria chimica e di processo, dai costruttori di impianti e componenti e dalle aziende del settore ingegneria.
Molte delle tecnologie necessarie per la cattura ed il sequestro della CO2, come ad esempio quelle relative ai processi di estrazione di gas acidi da miscele di gas, di gassificazione di carbone e tar, di gas shift, di produzione di ossigeno, sono già disponibili ed inoltre i programmi di ricerca e sviluppo a livello internazionale hanno già prodotto risultati incoraggianti. Tali tecnologie possono quindi già oggi essere integrate con le moderne tecnologie già applicate per ridurre drasticamente le emissioni di inquinanti ed incrementare l'efficienza energetica, al fine di iniziare la fase di dimostrazione industriale di produzione di elettricità da combustibili fossili con emissioni di CO2 prossime allo zero.
La modernizzazione del parco di centrali a carbone attualmente operative nell'UE deve prevedere la possibilità di installare tecnologie CCS andando così a rappresentare un altro passo tempestivo per la diffusione dei combustibili fossili sostenibili in Europa. In base alle stime disponibili, più di un terzo della capacità a carbone esistente dovrebbe giungere al termine del ciclo di vita tecnico nei prossimi 10- 15 anni. In Italia si è concretizzata una ipotesi simile, consistente nella proposta di sostituire vecchie centrali a olio combustibile con nuove centrali a carbone. Se sia per la sostituzione degli impianti esistenti che per gli impianti nuovi, si investe nelle migliori tecnologie di conversione disponibili e in quelle più efficienti sotto il profilo energetico, è già possibile ottenere una prima riduzione delle emissioni di CO2 prodotte dagli impianti di generazione dell'elettricità a carbone pari al 20% entro il 2020. La Commissione Europea auspica che le nuove centrali elettriche alimentate con combustibili fossili utilizzino le migliori tecniche disponibili per quanto riguarda l'efficienza e che, non disponendo di tecnologie CCS, siano per lo meno progettate secondo la logica del "capture ready" cioè tali da consentire un'installazione successiva dell'impiantistica di cattura dell'anidride carbonica.
Il processo globale di cattura e stoccaggio della CO2 si attua in tre diverse fasi che prevedono:
1. la cattura dell'anidride carbonica (p.es. dagli impianti di generazione elettrica);
2. il trasporto, in genere via pipeline, fino al sito di stoccaggio;
3. il confinamento definitivo, in siti geologici oppure mediante trattamenti chimici.
La cattura.
Nei processi di generazione elettrica la CO2 può essere separata dagli altri effluenti sia con metodi di cattura pre-combustione, grazie ad un trattamento del combustibile di origine fossile a monte della combustione, che con metodi di cattura post-combustione che si applicano sui fumi. Esiste poi una terza possibilità, che è rappresentata dall'utilizzo di sistemi a oxy-combustione, che impiegano come comburente ossigeno invece che aria, e che dà luogo ad un flusso di CO2 molto concentrata. Tutte le tecnologie proposte sono attualmente a differenti stadi di maturazione. La cattura effettuata a monte della combustione, in sistemi alimentati a carbone e a gas, attuata rispettivamente nei processi di gassificazione del carbone e di reforming del metano, seguiti dalla reazione di CO-shift e della cattura della CO2, di solito praticata per assorbimento fisico, sono attualmente opzioni molto promettenti che potrebbero essere impiegate in sistemi integrati con la gassificazione del carbone (i cosiddetti impianti IGCC) o in cicli combinati a gas.
L'opzione cattura a valle della combustione implica l'utilizzo di sistemi di assorbimento chimico della CO2 dai gas esausti provenienti da impianti operanti con cicli a vapore in condizioni super-critiche alimentati a polverino di carbone o da impianti a ciclo combinato alimentati a gas. Un'ulteriore opzione è quella data dalla ossi-combustione di combustibili fossili, che impiega ossigeno più o meno puro come comburente e produce gas esausti con un'altissima percentuale di CO2, che può essere facilmente separata. Altri metodi di separazione come le membrane sono stati considerati, sia da soli che in combinazione con altre tecniche di assorbimento, come opzioni a lungo termine per entrambe le applicazioni di cattura pre e post combustione.
L'utilizzo di tecnologie CCS può ridurre le emissioni di CO2 causate dagli impianti di potenza dell'80% - 90%, con una riduzione di efficienza energetica pari a circa 8-12 punti percentuali. Secondo la IEA, la CCS applicata alla generazione elettrica e alla produzione industriale può contribuire per il 20-28% alla riduzione delle emissioni globali entro il 2050. Importanti opportunità esistono nei paesi consumatori di carbone, e si prevede di includere la CCS nei meccanismi di "emission trading". Poiché gli impianti di generazione elettrica hanno una vita abbastanza lunga (25- 50 anni), una rapida espansione delle tecnologie CCS implica nel breve periodo il retrofitting su impianti esistenti, opzione in genere più costosa rispetto al costruire da zero un impianto equipaggiato con CCS. Contemporaneamente alla valutazione e all'accertamento della fattibilità tecnico-economica della CCS, la costruzione di impianti "capture ready" rappresenta una soluzione nel breve-medio termine, e potrebbe essere resa obbligatoria per gli impianti da realizzare nel prossimo decennio.
Il trasporto.
Le tecnologie di trasporto della CO2 dai punti di produzione a quelli di stoccaggio sono abbastanza affidabili e testate, ma è necessario sperimentare sistemi integrati di scala commerciale, accelerando i tempi per verificare nei prossimi anni gli aspetti relativi alla sicurezza.
Negli USA sono state acquisite esperienze significative sul trasporto di CO2 tramite pipelines (1600 km) per applicazioni in campo petrolifero con tecniche di EOR (Enhanced Oil Recovery) con l'utilizzo di sistemi sia a bassa pressione che ad alta pressione.
Il trasporto in navi cisterna non è al momento sperimentato commercialmente, anche se Giappone e Norvegia hanno già allo studio progetti per la realizzazione di navi cisterna in grado di trasportare la CO2 allo stato liquido. I costi di trasporto sono relativamente modesti e stimabili in circa un intervallo variabile tra 1 e 4 euro/tonCO2 ogni 100 km di pipeline.
Il confinamento.
Il destino relativo alle CO2 catturata prevede diverse possibilità. Si và dal suo utilizzo a fini produttivi, alla biofissazione e a diverse possibilità di stoccaggio che si possono ripartire in: confinamento geologico, confinamento marino e minerale/ chimico.
Per quanto riguarda l'utilizzo a fini produttivi le applicazioni più degne di nota sono quelle relative alle tecniche di estrazione aumentata, note con l'acronimo EOR e EGR (Enhanced Gas Recovery), che sfruttano l'iniezione di CO2 in pozzi operativi di petrolio o gas per aumentarne la produttività.
Per biofissazione si intendono i processi di produzione di biomassa ove viene fissata la CO2 grazie all'energia solare. Il confinamento geologico invece può essere attuato in formazioni saline profonde, in pozzi esauriti di petrolio-gas, in giacimenti di carbone profondi o in campi geotermici non sfruttabili.
I molti progetti, avviati in varie parti del mondo, mirano da un lato a validare i metodi per la scelta dei siti e la stima dei rischi in una pluralità di contesti geologici anche molto diversificati e dall'altro a ottimizzare le tecniche di controllo dalla superficie dell'evoluzione negli strati geologici profondi della CO2 iniettata. Il fine ultimo è quello di sviluppare delle "best practice" e "standard" per tutte le fasi operative connesse, che servano da base nella definizione delle procedure autorizzative e delle responsabilità correlate alla scelta dei siti, all'esecuzione del confinamento, al controllo a breve e lungo termine, all'abbandono dei siti di confinamento. Naturalmente l'adozione di nuovi sistemi di produzione e gestione dell'energia comporta l'emergere di nuove problematiche di gestione del territorio.
Da un lato si rendono necessari adeguamenti e innovazioni nell'ambito amministrativo-legislativo, dall'altro nasce l'esigenza di far conoscere ed accettare le nuove tecnologie e i vantaggi che esse procurano, per assicurarsi la collaborazione dei cittadini e delle istituzioni territoriali. Ciò vale in modo particolare per le tecnologie CCS. Il settore dell'impiantistica per produzione di energia elettrica, eventualmente combinata con la produzione di idrogeno, è quello che necessita del maggiore impegno tecnologico: nel breve-medio periodo per la dimostrazione delle tecnologie disponibili, e nel lungo periodo per lo sviluppo e dimostrazione di tecnologie ancora più efficienti e meno costose.
Il settore del trasporto della CO2 è considerato sostanzialmente maturo, e richiede essenzialmente attività di ottimizzazione.
Il settore del confinamento della CO2, anche se per alcune applicazioni è maturo da tempo
- come nel caso dell'iniezione di anidride carbonica in pozzi petroliferi a produttività aumentata - necessita di attività di messa a punto e dimostrazione, specialmente al fine di accrescere il livello di "confidenza" e quindi la accettabilità sociale. In generale, per le tecnologie CCS vi è unanime consenso sul fatto che non si può indicare la migliore tecnologia di cattura oggi disponibile oppure quella più promettente: è dunque necessario continuare a studiare le tre alternative; altresì è necessario realizzare impianti dimostrativi entro il 2015 in modo da verificare la possibilità di passare alla fase commerciale dal 2020; è necessario continuare le attività di ricerca per ulteriori sviluppi dopo il 2020, con l'obiettivo di ridurre ulteriormente i costi di cattura ed incrementare l'efficienza complessiva.
Risulta invece indispensabile effettuare una mappatura accurata dei siti geologici atti allo storage della CO2 e avviare programmi dimostrativi sulle potenzialità delle tecnologie di storage geologico, verificando l'efficienza e la sicurezza, pur rimanendo opportuno sondare altre metodologie di storage diverse da quelle geologiche.
Gli obiettivi delle attività nei prossimi anni si possono così sintetizzare:
- abbassare il costo della CO2 evitata a valori < 20 ?/tCO2; - ridurre i costi di investimento degli impianti CCS;
- ridurre i costi di esercizio degli impianti CCS;
- ridurre l'energia aggiuntiva richiesta per l'applicazione delle tecnologie CCS;
- ottenere elevata disponibilità in termini di ore/anno di esercizio.
Puntare allo studio delle tre tecnologie non deve apparire dispersivo: infatti non esiste oggi una tecnologia giudicata migliore delle altre, e vi sono ampie prospettive di applicazioni diversificate in vari settori ed in vari contesti geografici e socio-politici; inoltre tale approccio risponde alle esigenze diversificate di aziende diverse che pensano di competere sul mercato globale sviluppando il proprio know-how. In questo contesto si inseriscono le attività dei maggiori stakeholders nazionali tra cui aziende come ENEL, ENI, Ansaldo, Carbosulcis, ITEA, Techint, Foster Wheeler, Sotacarbo, enti di ricerca come ENEA, CESI Ricerca, INGV, OGS, Sardegna Ricerche, oltre che i rappresentanti del Ministero dello Sviluppo Economico, delle Università e di diverse associazioni. Enel in particolare ha in fase di realizzazione diversi progetti pilota e dimostrativi su differenti opzioni tecnologiche di cattura della CO2 (post combustione e oxyfuel in collaborazione). Sotacarbo ha di recente ultimato la realizzazione di un impianto prova di massificazione del carbone equipaggiato con cattura sul syngas prodotto. Sulla stessa linea si concentrano altri operatori come sintetizzato nella tabella riportata nella pagina seguente.
Una attenzione particolare merita il tema del confinamento della CO2. Non vi sono dubbi sulle enormi potenzialità offerte dallo storage geologico, specialmente in acquiferi salini profondi, anche se non sarebbero da escludere a priori metodologie basate su trattamenti chimici. Si è già detto sulla necessità di operare per confermare la fattibilità tecnica e nello stesso tempo dimostrare la assenza di rischi per l'ambiente e per gli esseri viventi legati ad eventuali fughe di CO2 precedentemente iniettata nel sottosuolo. A tal fine sono direttamente coinvolti tutti gli operatori. Nel nostro Paese, inoltre, risulta essenziale avviare un programma di survey geologico volto alla identificazione e caratterizzazione di possibili siti in territorio italiano per il pompaggio della CO2.
Un ruolo importante viene in questo campo svolto da Cesi Ricerca, incaricato specificamente dal MSE nell'ambito dell'accordo di programma, ma allo stesso tempo risulta essenziale l'apporto che può fornire l'ENI mettendo a disposizione il data base realizzato nel corso degli anni, e quello di enti leader come INGV e OGS. Anche in questo caso non si può assolutamente prescindere dalla presenza forte di un piano di finanziamenti pubblici e dalla assunzione di responsabilità politiche. Per le riconosciute competenze tecnico scientifiche e capacità di analisi e sperimentazione, ENEA sta svolgendo un ruolo da catalizzatore di attività variamente sviluppate in Italia e nello stesso tempo opera per dare credibilità alle proposte di finanziamento avanzate al Governo.
In questa prospettiva sono in fase di definizione tre tipologie di progetti dimostrativi di impianti dotati di tecnologie di cattura della CO2, rispettivamente per oxy-combustione, cattura a monte e cattura a valle, condotti in collaborazione con i più importanti attori dell'industria e del mondo della ricerca italiana.
Tale obiettivo si può perseguire sia puntando al miglioramento delle efficienze energetiche - legate all'innovazione dei cicli termodinamici e all'utilizzo di materiali innovativi - che allo sviluppo e alla dimostrazione di tecnologie di cattura e confinamento della CO2, oramai sempre più di sovente indicate con l'acronimo anglosassone CCS (Carbon Capture and Storage) o Carbon Sequestration. Per queste tecnologie, oggetto di attività di ricerca in tutto il mondo, è oramai considerata matura e indispensabile la dimostrazione negli impianti a zero emissioni o "near zero emission" con l'obiettivo dichiarato di dimostrare la fattibilità tecnico-economica ed allo stesso tempo la sicurezza e la stabilità dello stoccaggio nel tempo. Una delle constatazioni da più voci ripresa è relativa all'impossibilità di sostituire, almeno per qualche decennio, quote significative di combustibili fossili con fonti alternative a emissioni basse, se non addirittura nulle, rendendo necessaria l'adozione di soluzioni che limitino gli impatti conseguenti al loro utilizzo, e siano compatibili con gli obiettivi di contenere le alterazioni climatiche.
Queste considerazioni valgono in particolare per il carbone che è il principale combustibile impiegato a livello mondiale per la produzione di energia elettrica e allo stesso tempo quello a maggiore intensità di carbonio. Per il nostro Paese, che pure ricorre in misura limitata al carbone, è fondamentale concentrare gli sforzi sulle tecnologie innovative di utilizzo di tale fonte, per consentire al nostro sistema industriale di poter competere sul mercato globale, anche a fronte della perdurante rinuncia al nucleare.
L'obiettivo tecnologico strategico è quello di integrare i diversi concetti relativi a:
- tecnologie "pulite", cioè a bassa emissione di inquinanti;
- soluzioni che assicurino più elevati valori di efficienza;
- tecnologie CCS in grado di catturare e confinare la CO2 in maniera definitiva evitando la sua emissione in atmosfera.
Un uso sostenibile - indispensabile per ogni politica di sviluppo socio economica - dei combustibili fossili richiede la compatibilità con esigenze ambientali di continua riduzione delle emissioni inquinanti e di drastica riduzione delle emissioni di CO2. Tali obiettivi risultano credibili e praticabili grazie alle nuove tecnologie già oggi disponibili ed alle prospettive offerte dalla ricerca e sviluppo.
L'impiego di tecnologie di cattura e stoccaggio della CO2 si configura come una opzione indispensabile per far fronte ai cambiamenti climatici globali legati all'aumento della concentrazione dei gas serra in atmosfera. Gli impianti di generazione elettrica da combustibili fossili non sono chiaramente gli unici produttori di anidride carbonica ma rappresentano un settore importante essendo ad essi imputabile a livello globale l'emissione annuale di circa 1/3 dei 30.000 milioni di tonnellate di CO2. Tali tecnologie vanno rapidamente acquisendo un ruolo essenziale a livello internazionale ed europeo, tanto da essere ormai considerate ai fini del sistema di "emission trading".
La UE si appresta a varare direttive che impongono l'adozione di tali tecnologie negli impianti da realizzare dopo il 2020, e a tal fine promuove - nell'ambito di FP7 - la realizzazione di 10-12 impianti dimostrativi in Europa entro il 2015. A livello internazionale sono in corso numerose iniziative volte ad intensificare la collaborazione fra i diversi Paesi per lo sviluppo e dimostrazione delle tecnologie CCS, e per la definizione di accordi politici sui limiti delle emissioni di CO2. L'Italia è presente nel Carbon Sequestration Leadership Forum (CSLF), nella piattaforma europea sugli impianti alimentati a combustibili fossili a emissioni zero (ZEP), nei gruppi di lavoro della IEA. Nel nostro Paese sono diversi i protagonisti del mondo dell'Industria e della Ricerca operanti nel campo delle tecnologie CCS. L'interesse maggiore è espresso dai settori della generazione elettrica e dell'industria di produzione e trasformazione di combustibili fossili, ma anche dall'industria chimica e di processo, dai costruttori di impianti e componenti e dalle aziende del settore ingegneria.
Molte delle tecnologie necessarie per la cattura ed il sequestro della CO2, come ad esempio quelle relative ai processi di estrazione di gas acidi da miscele di gas, di gassificazione di carbone e tar, di gas shift, di produzione di ossigeno, sono già disponibili ed inoltre i programmi di ricerca e sviluppo a livello internazionale hanno già prodotto risultati incoraggianti. Tali tecnologie possono quindi già oggi essere integrate con le moderne tecnologie già applicate per ridurre drasticamente le emissioni di inquinanti ed incrementare l'efficienza energetica, al fine di iniziare la fase di dimostrazione industriale di produzione di elettricità da combustibili fossili con emissioni di CO2 prossime allo zero.
La modernizzazione del parco di centrali a carbone attualmente operative nell'UE deve prevedere la possibilità di installare tecnologie CCS andando così a rappresentare un altro passo tempestivo per la diffusione dei combustibili fossili sostenibili in Europa. In base alle stime disponibili, più di un terzo della capacità a carbone esistente dovrebbe giungere al termine del ciclo di vita tecnico nei prossimi 10- 15 anni. In Italia si è concretizzata una ipotesi simile, consistente nella proposta di sostituire vecchie centrali a olio combustibile con nuove centrali a carbone. Se sia per la sostituzione degli impianti esistenti che per gli impianti nuovi, si investe nelle migliori tecnologie di conversione disponibili e in quelle più efficienti sotto il profilo energetico, è già possibile ottenere una prima riduzione delle emissioni di CO2 prodotte dagli impianti di generazione dell'elettricità a carbone pari al 20% entro il 2020. La Commissione Europea auspica che le nuove centrali elettriche alimentate con combustibili fossili utilizzino le migliori tecniche disponibili per quanto riguarda l'efficienza e che, non disponendo di tecnologie CCS, siano per lo meno progettate secondo la logica del "capture ready" cioè tali da consentire un'installazione successiva dell'impiantistica di cattura dell'anidride carbonica.
Il processo globale di cattura e stoccaggio della CO2 si attua in tre diverse fasi che prevedono:
1. la cattura dell'anidride carbonica (p.es. dagli impianti di generazione elettrica);
2. il trasporto, in genere via pipeline, fino al sito di stoccaggio;
3. il confinamento definitivo, in siti geologici oppure mediante trattamenti chimici.
La cattura.
Nei processi di generazione elettrica la CO2 può essere separata dagli altri effluenti sia con metodi di cattura pre-combustione, grazie ad un trattamento del combustibile di origine fossile a monte della combustione, che con metodi di cattura post-combustione che si applicano sui fumi. Esiste poi una terza possibilità, che è rappresentata dall'utilizzo di sistemi a oxy-combustione, che impiegano come comburente ossigeno invece che aria, e che dà luogo ad un flusso di CO2 molto concentrata. Tutte le tecnologie proposte sono attualmente a differenti stadi di maturazione. La cattura effettuata a monte della combustione, in sistemi alimentati a carbone e a gas, attuata rispettivamente nei processi di gassificazione del carbone e di reforming del metano, seguiti dalla reazione di CO-shift e della cattura della CO2, di solito praticata per assorbimento fisico, sono attualmente opzioni molto promettenti che potrebbero essere impiegate in sistemi integrati con la gassificazione del carbone (i cosiddetti impianti IGCC) o in cicli combinati a gas.
L'opzione cattura a valle della combustione implica l'utilizzo di sistemi di assorbimento chimico della CO2 dai gas esausti provenienti da impianti operanti con cicli a vapore in condizioni super-critiche alimentati a polverino di carbone o da impianti a ciclo combinato alimentati a gas. Un'ulteriore opzione è quella data dalla ossi-combustione di combustibili fossili, che impiega ossigeno più o meno puro come comburente e produce gas esausti con un'altissima percentuale di CO2, che può essere facilmente separata. Altri metodi di separazione come le membrane sono stati considerati, sia da soli che in combinazione con altre tecniche di assorbimento, come opzioni a lungo termine per entrambe le applicazioni di cattura pre e post combustione.
L'utilizzo di tecnologie CCS può ridurre le emissioni di CO2 causate dagli impianti di potenza dell'80% - 90%, con una riduzione di efficienza energetica pari a circa 8-12 punti percentuali. Secondo la IEA, la CCS applicata alla generazione elettrica e alla produzione industriale può contribuire per il 20-28% alla riduzione delle emissioni globali entro il 2050. Importanti opportunità esistono nei paesi consumatori di carbone, e si prevede di includere la CCS nei meccanismi di "emission trading". Poiché gli impianti di generazione elettrica hanno una vita abbastanza lunga (25- 50 anni), una rapida espansione delle tecnologie CCS implica nel breve periodo il retrofitting su impianti esistenti, opzione in genere più costosa rispetto al costruire da zero un impianto equipaggiato con CCS. Contemporaneamente alla valutazione e all'accertamento della fattibilità tecnico-economica della CCS, la costruzione di impianti "capture ready" rappresenta una soluzione nel breve-medio termine, e potrebbe essere resa obbligatoria per gli impianti da realizzare nel prossimo decennio.
Il trasporto.
Le tecnologie di trasporto della CO2 dai punti di produzione a quelli di stoccaggio sono abbastanza affidabili e testate, ma è necessario sperimentare sistemi integrati di scala commerciale, accelerando i tempi per verificare nei prossimi anni gli aspetti relativi alla sicurezza.
Negli USA sono state acquisite esperienze significative sul trasporto di CO2 tramite pipelines (1600 km) per applicazioni in campo petrolifero con tecniche di EOR (Enhanced Oil Recovery) con l'utilizzo di sistemi sia a bassa pressione che ad alta pressione.
Il trasporto in navi cisterna non è al momento sperimentato commercialmente, anche se Giappone e Norvegia hanno già allo studio progetti per la realizzazione di navi cisterna in grado di trasportare la CO2 allo stato liquido. I costi di trasporto sono relativamente modesti e stimabili in circa un intervallo variabile tra 1 e 4 euro/tonCO2 ogni 100 km di pipeline.
Il confinamento.
Il destino relativo alle CO2 catturata prevede diverse possibilità. Si và dal suo utilizzo a fini produttivi, alla biofissazione e a diverse possibilità di stoccaggio che si possono ripartire in: confinamento geologico, confinamento marino e minerale/ chimico.
Per quanto riguarda l'utilizzo a fini produttivi le applicazioni più degne di nota sono quelle relative alle tecniche di estrazione aumentata, note con l'acronimo EOR e EGR (Enhanced Gas Recovery), che sfruttano l'iniezione di CO2 in pozzi operativi di petrolio o gas per aumentarne la produttività.
Per biofissazione si intendono i processi di produzione di biomassa ove viene fissata la CO2 grazie all'energia solare. Il confinamento geologico invece può essere attuato in formazioni saline profonde, in pozzi esauriti di petrolio-gas, in giacimenti di carbone profondi o in campi geotermici non sfruttabili.
I molti progetti, avviati in varie parti del mondo, mirano da un lato a validare i metodi per la scelta dei siti e la stima dei rischi in una pluralità di contesti geologici anche molto diversificati e dall'altro a ottimizzare le tecniche di controllo dalla superficie dell'evoluzione negli strati geologici profondi della CO2 iniettata. Il fine ultimo è quello di sviluppare delle "best practice" e "standard" per tutte le fasi operative connesse, che servano da base nella definizione delle procedure autorizzative e delle responsabilità correlate alla scelta dei siti, all'esecuzione del confinamento, al controllo a breve e lungo termine, all'abbandono dei siti di confinamento. Naturalmente l'adozione di nuovi sistemi di produzione e gestione dell'energia comporta l'emergere di nuove problematiche di gestione del territorio.
Da un lato si rendono necessari adeguamenti e innovazioni nell'ambito amministrativo-legislativo, dall'altro nasce l'esigenza di far conoscere ed accettare le nuove tecnologie e i vantaggi che esse procurano, per assicurarsi la collaborazione dei cittadini e delle istituzioni territoriali. Ciò vale in modo particolare per le tecnologie CCS. Il settore dell'impiantistica per produzione di energia elettrica, eventualmente combinata con la produzione di idrogeno, è quello che necessita del maggiore impegno tecnologico: nel breve-medio periodo per la dimostrazione delle tecnologie disponibili, e nel lungo periodo per lo sviluppo e dimostrazione di tecnologie ancora più efficienti e meno costose.
Il settore del trasporto della CO2 è considerato sostanzialmente maturo, e richiede essenzialmente attività di ottimizzazione.
Il settore del confinamento della CO2, anche se per alcune applicazioni è maturo da tempo
- come nel caso dell'iniezione di anidride carbonica in pozzi petroliferi a produttività aumentata - necessita di attività di messa a punto e dimostrazione, specialmente al fine di accrescere il livello di "confidenza" e quindi la accettabilità sociale. In generale, per le tecnologie CCS vi è unanime consenso sul fatto che non si può indicare la migliore tecnologia di cattura oggi disponibile oppure quella più promettente: è dunque necessario continuare a studiare le tre alternative; altresì è necessario realizzare impianti dimostrativi entro il 2015 in modo da verificare la possibilità di passare alla fase commerciale dal 2020; è necessario continuare le attività di ricerca per ulteriori sviluppi dopo il 2020, con l'obiettivo di ridurre ulteriormente i costi di cattura ed incrementare l'efficienza complessiva.
Risulta invece indispensabile effettuare una mappatura accurata dei siti geologici atti allo storage della CO2 e avviare programmi dimostrativi sulle potenzialità delle tecnologie di storage geologico, verificando l'efficienza e la sicurezza, pur rimanendo opportuno sondare altre metodologie di storage diverse da quelle geologiche.
Gli obiettivi delle attività nei prossimi anni si possono così sintetizzare:
- abbassare il costo della CO2 evitata a valori < 20 ?/tCO2; - ridurre i costi di investimento degli impianti CCS;
- ridurre i costi di esercizio degli impianti CCS;
- ridurre l'energia aggiuntiva richiesta per l'applicazione delle tecnologie CCS;
- ottenere elevata disponibilità in termini di ore/anno di esercizio.
Puntare allo studio delle tre tecnologie non deve apparire dispersivo: infatti non esiste oggi una tecnologia giudicata migliore delle altre, e vi sono ampie prospettive di applicazioni diversificate in vari settori ed in vari contesti geografici e socio-politici; inoltre tale approccio risponde alle esigenze diversificate di aziende diverse che pensano di competere sul mercato globale sviluppando il proprio know-how. In questo contesto si inseriscono le attività dei maggiori stakeholders nazionali tra cui aziende come ENEL, ENI, Ansaldo, Carbosulcis, ITEA, Techint, Foster Wheeler, Sotacarbo, enti di ricerca come ENEA, CESI Ricerca, INGV, OGS, Sardegna Ricerche, oltre che i rappresentanti del Ministero dello Sviluppo Economico, delle Università e di diverse associazioni. Enel in particolare ha in fase di realizzazione diversi progetti pilota e dimostrativi su differenti opzioni tecnologiche di cattura della CO2 (post combustione e oxyfuel in collaborazione). Sotacarbo ha di recente ultimato la realizzazione di un impianto prova di massificazione del carbone equipaggiato con cattura sul syngas prodotto. Sulla stessa linea si concentrano altri operatori come sintetizzato nella tabella riportata nella pagina seguente.
Una attenzione particolare merita il tema del confinamento della CO2. Non vi sono dubbi sulle enormi potenzialità offerte dallo storage geologico, specialmente in acquiferi salini profondi, anche se non sarebbero da escludere a priori metodologie basate su trattamenti chimici. Si è già detto sulla necessità di operare per confermare la fattibilità tecnica e nello stesso tempo dimostrare la assenza di rischi per l'ambiente e per gli esseri viventi legati ad eventuali fughe di CO2 precedentemente iniettata nel sottosuolo. A tal fine sono direttamente coinvolti tutti gli operatori. Nel nostro Paese, inoltre, risulta essenziale avviare un programma di survey geologico volto alla identificazione e caratterizzazione di possibili siti in territorio italiano per il pompaggio della CO2.
Un ruolo importante viene in questo campo svolto da Cesi Ricerca, incaricato specificamente dal MSE nell'ambito dell'accordo di programma, ma allo stesso tempo risulta essenziale l'apporto che può fornire l'ENI mettendo a disposizione il data base realizzato nel corso degli anni, e quello di enti leader come INGV e OGS. Anche in questo caso non si può assolutamente prescindere dalla presenza forte di un piano di finanziamenti pubblici e dalla assunzione di responsabilità politiche. Per le riconosciute competenze tecnico scientifiche e capacità di analisi e sperimentazione, ENEA sta svolgendo un ruolo da catalizzatore di attività variamente sviluppate in Italia e nello stesso tempo opera per dare credibilità alle proposte di finanziamento avanzate al Governo.
In questa prospettiva sono in fase di definizione tre tipologie di progetti dimostrativi di impianti dotati di tecnologie di cattura della CO2, rispettivamente per oxy-combustione, cattura a monte e cattura a valle, condotti in collaborazione con i più importanti attori dell'industria e del mondo della ricerca italiana.