La rimozione del carbonio dall’atmosfera può salvarci dalla catastrofe climatica?<|h2>
di Renee Cho/November 27, 2018
Un rendering dell’impianto di rimozione di anidride carbonica su larga scala di Carbon Engineering, che utilizzerà la cattura diretta dell’aria. Foto: Carbon Engineering Ltd.
L’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) afferma che limitare il riscaldamento globale a 1.,5C potrebbe evitare gli effetti più catastrofici del cambiamento climatico. Nella sua recente relazione, ha esposto quattro mezzi per raggiungere questo obiettivo —e tutti si basano sulla rimozione di anidride carbonica dall’atmosfera. Questo perché anche se riducessimo a zero la maggior parte delle nostre emissioni di carbonio, le emissioni derivanti 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 può rimuovere l’anidride carbonica?
Esistono varie strategie CDR, tutte in diverse fasi di sviluppo e variabili in termini di costi, benefici e rischi., Gli approcci CDR che impiegano alberi, piante e suolo per assorbire il carbonio sono stati utilizzati su larga scala per decenni; altre strategie che si basano maggiormente sulla tecnologia sono per lo più nelle fasi di dimostrazione o pilota. Ogni strategia ha pro e contro.
Imboschimento 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 statunitensi assorbono il 13% delle emissioni di carbonio della nazione; a livello globale, le foreste immagazzinano quasi un terzo delle emissioni mondiali.,
Riforestazione nell’Oregon meridionale. Foto: Downtowngal
Piantare alberi aggiuntivi potrebbe rimuovere più carbonio dall’atmosfera e conservarlo per lungo tempo, oltre a migliorare la qualità del suolo ad un costo relativamente basso—da 0 0 a ton 20 per tonnellata di carbonio. Rimboschimento significa piantare alberi dove non c’erano prima; rimboschimento significa ripristinare le foreste in cui gli alberi sono stati danneggiati o esauriti.,
L’imboschimento, tuttavia, potrebbe competere per i terreni utilizzati per l’agricoltura proprio come la produzione alimentare deve aumentare del 70% entro il 2050 per nutrire la crescente popolazione mondiale. Potrebbe anche influire sulla biodiversità e sui servizi ecosistemici.
E sebbene le foreste possano sequestrare il carbonio per decenni, impiegano molti anni per crescere e possono diventare saturi in decenni o secoli. Richiedono anche un’attenta gestione perché sono soggetti a impatti umani e naturali come incendi, siccità e infestazioni di parassiti.,
Sequestro del carbonio del suolo
Il carbonio che le piante assorbono dall’atmosfera nella 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 terreno. La lavorazione minima, le colture di copertura, la rotazione delle colture e il lasciare residui colturali sul campo aiutano i terreni a immagazzinare più carbonio.
Loglio italiano come coltura di copertura dopo la raccolta del mais in S. Africa., Foto: Alan Manson
L’IPCC, che considera il sequestro del carbonio del suolo per avere la capacità di ridurre la CO2 al costo più basso—0 0 a$100 per tonnellata—stima che il sequestro del carbonio del suolo potrebbe rimuovere tra 2 e 5 gigatonnellate di anidride carbonica all’anno entro il 2050. In confronto, le centrali elettriche mondiali hanno rilasciato 32,5 gigatonnellate di CO2 nel 2017.
Il sequestro del carbonio del suolo potrebbe essere implementato immediatamente e migliorerebbe la salute del suolo e aumenterebbe la resa delle colture; inoltre non metterebbe a dura prova le risorse idriche e terrestri., Ma mentre il suolo immagazzina grandi quantità di carbonio all’inizio, può diventare saturo dopo 10-100 anni, a seconda del clima, del tipo di terreno e di come viene gestito.
Bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS)
Se bruciamo gli impianti per ottenere energia in una centrale elettrica e catturiamo e immagazziniamo le emissioni risultanti, la CO2 precedentemente assorbita dagli impianti viene rimossa dall’atmosfera. La CO2 può quindi essere utilizzata per il recupero di petrolio potenziato o iniettata nella terra 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, tuttavia, le colture energetiche dovrebbero essere piantate su un’area di terra fino a tre volte la dimensione dell’India, secondo una stima; e quantità ancora più piccole di BECC sarebbero in concorrenza con la terra necessaria per la produzione alimentare. Uno studio ha concluso che i BECCS su larga scala potrebbero far cadere la copertura forestale globale del 10% e richiedere il doppio dell’acqua attualmente utilizzata a livello globale per l’agricoltura., BECCS potrebbe anche finire per avere un impatto sulla biodiversità e sui servizi ecosistemici e generare emissioni di gas serra attraverso l’agricoltura e l’uso di fertilizzanti.
A questo punto, BECCS è costoso. Al momento, c’è solo un progetto BECCS funzionante al mondo: un impianto di etanolo a Decatur, IL, che ha catturato e immagazzinato oltre 1,4 milioni di tonnellate di CO2. 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 4 400 per tonnellata di CO2, gli studi progettano che i costi potrebbero scendere a $100 a $200 per tonnellata di carbonio entro il 2050. Tuttavia, BECCS è considerata una delle strategie di rimozione dell’anidride carbonica più potenzialmente efficaci per fornire uno stoccaggio a lungo termine del carbonio.,
I progetti delle Accademie nazionali di Scienze, Ingegneria e Medicina che, dato ciò che sappiamo oggi, rimboschimento e riforestazione, sequestro del carbonio del suolo e BECCS, insieme a pratiche di gestione forestale sostenibile (come il diradamento delle foreste e le ustioni prescritte) potrebbero essere ridimensionati per catturare e immagazzinare 1 gigatonne di carbonio all’anno negli Stati Uniti e 10 gigatonne a livello globale. Tuttavia, ciò richiederebbe enormi cambiamenti nell’agricoltura, nella gestione dei rifiuti forestali e della biomassa.,
Carbon mineralization
Questa strategia sfrutta un processo naturale in cui materiali reattivi come peridotite o lava basaltica si legano chimicamente con CO2, formando minerali carbonati solidi come il calcare che possono immagazzinare CO2 per milioni di anni. I materiali reattivi possono essere combinati con fluido CO2-cuscinetto a stazioni di cattura del carbonio, o il fluido può essere pompato in formazioni rocciose reattive dove si trovano naturalmente.
Calcite, un minerale carbonato, formando in basalto., Foto: Sigrg
Gli scienziati del Lamont-Doherty Earth Observatory dell’Earth Institute hanno lavorato sulla mineralizzazione del carbonio per diversi anni e stanno trovando modi per accelerare la reazione naturale per aumentare l’assorbimento di CO2 e conservarlo in modo permanente. Lamont research professor David Goldberg ei suoi colleghi, per esempio, stanno studiando la fattibilità di immagazzinare 50 milioni di tonnellate o più di CO2 in serbatoi di basalto nel Pacifico nord-occidentale., In 20 anni, il progetto avrebbe iniettato CO2 da fonti industriali, come la produzione e le centrali elettriche a combustibile fossile, in basalto 200 miglia al largo, sul fianco orientale della cresta Juan de Fuca. Lì, sotto 2600 metri di acqua e altri 200 metri di sedimento, il serbatoio di basalto contiene spazi di pori che si riempirebbero man mano che la CO2 si mineralizza in calcare carbonato. 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 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., Consentirebbe ai ricercatori di sperimentare diversi tipi di iniezioni-ad esempio, se dovrebbero essere continue 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 esistono normative. Il Canada e gli Stati Uniti inizierebbero a creare un quadro normativo solo quando hanno 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, cattura il carbonio e lo mineralizza 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 modo economico, non tossico e permanente per immagazzinare enormi quantità di carbonio., Tuttavia, ci sono ancora domande tecniche e ambientali che devono essere risolte-secondo il rapporto delle Accademie nazionali, 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 ventilatori per spostare l’aria su sostanze che si legano specificamente all’anidride carbonica., (Questo concetto si basa sul lavoro “albero artificiale” di Klaus Lackner, direttore del Centro per le emissioni di carbonio negative presso l’Arizona State University, che è stato per molti anni il direttore del Centro Lenfest dell’Earth Institute per l’energia sostenibile.) La tecnologia impiega composti in una soluzione liquida o in un rivestimento su un solido che catturano la CO2 mentre entrano in contatto con esso; quando successivamente esposti a reazioni termiche e chimiche, rilasciano la CO2, che può quindi essere compressa e immagazzinata sottoterra., I vantaggi della cattura diretta dell’aria sono che in realtà è una tecnologia a emissioni negative—può rimuovere il carbonio che è già 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 nel gas di scarico è CO2, ma la CO2 nell’atmosfera è meno concentrata. Solo una molecola su 2.500 è CO2, quindi il processo per rimuovere la CO2 è più costoso rispetto alla cattura del carbonio dalle piante a combustibile fossile., La cattura diretta dell’aria è iniziata a 6 600 per tonnellata di carbonio; attualmente costa 1 100-$200 a tonnellata—ancora costoso, in parte perché non ci sono incentivi economici (come una tassa sul carbonio) o benefici ambientali secondari (come una maggiore 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 ridurre il prezzo. Tre aziende-Climeworks svizzero, canadese Carbon Engineering, e americano Global Thermostat – stanno lavorando su questo.,
Il primo impianto commerciale di Climeworks vicino a Zurigo cattura 1.000 tonnellate di CO2 all’anno, che viene utilizzato in una serra per aumentare i raccolti del 20%. Nel 2017, la società ha installato un’unità di cattura diretta dell’aria come demo nello stabilimento islandese di Reykjavik Energy per catturare una piccola quantità di CO2 che viene poi immagazzinata sottoterra da CarbFix.
Impianto Hellisheidi di Reykjavik Energy in Islanda con cattura diretta dell’aria., Foto: Sigrg
Climeworks ha ora 14 impianti di cattura diretta dell’aria costruiti o in costruzione in Europa; il suo impianto italiano utilizza la CO2 catturata per produrre combustibile a metano per camion.
Carbon Engineering, 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 CO2 per $100 a $150 per tonnellata. Il suo obiettivo è quello di utilizzare la CO2 per produrre combustibili di idrocarburi sintetici carbon-neutral, che ridurrebbe ulteriormente il suo costo., La società sostiene che un impianto che utilizza questo processo “Aria a combustibili”, una volta scalato, potrebbe produrre carburante a meno di dollar 1 dollaro al litro.
Global Thermostat, che sta costruendo il suo primo impianto a Huntsville, AL, mira a ridurre il prezzo a $50 a tonnellata vendendo la CO2 catturata a una società di soda. La società costruirebbe 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, dalla raffinazione, dal trasporto e dallo smaltimento dei rifiuti 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 del Congresso sotto forma di FUTURE Act (the Furthering carbon capture, Utilization, Technology, Underground storage, and Reduced Emissions Act)., L’atto raddoppia i crediti d’imposta per la cattura e la conservazione permanente di anidride carbonica in formazioni geologiche e utilizzarlo per il recupero del petrolio migliorato; per le aziende che convertono il carbonio in altri prodotti come cemento, prodotti chimici, materie plastiche e combustibili; e fornisce un credito d’imposta di $35 per tonnellata di CO2 tramite cattura diretta dell’aria.
Agenti atmosferici potenziati
Le rocce e il suolo vengono alterati reagendo con la CO2 nell’aria o nelle piogge acide, che si verificano naturalmente quando la CO2 nell’aria si dissolve nell’acqua piovana., Le rocce si rompono, creando bicarbonato, un lavandino di carbonio, che viene infine trasportato nell’oceano dove viene immagazzinato. Il miglioramento degli agenti atmosferici accelera questo processo diffondendo rocce polverizzate, come il basalto o l’olivina, su terreni agricoli o sull’oceano. Potrebbe essere schiacciato e diffuso su campi e spiagge e persino utilizzato per sentieri e campi da gioco.
Gli agenti atmosferici migliorati potrebbero migliorare la qualità del suolo e, mentre il bicarbonato alcalino si lava 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. L’estrazione, la macinazione e il trasporto della roccia sarebbero costosi, richiederebbero molta energia e produrrebbero ulteriori emissioni di carbonio e inquinamento atmosferico. A causa delle molte variabili e del fatto che la maggior parte delle valutazioni degli agenti atmosferici migliorati non sono state testate sul campo, le stime dei costi variano ampiamente.,
L’alcalinizzazione dell’oceano, considerata un tipo di alterazione migliorata, comporta l’aggiunta di minerali alcalini, come l’olivina, alla superficie dell’oceano per aumentare l’assorbimento di CO2 e contrastare l’acidificazione dell’oceano. Uno studio ha stimato che questa strategia potrebbe sequestrare tra 100 tonnellate metriche a 10 gigatonnellate di CO2 all’anno, per costi che vanno da $14 a oltre $500 a tonnellata. I suoi impatti ecologici, tuttavia, sono sconosciuti.
Fertilizzazione oceanica
Fitoplancton al largo della costa della Finlandia., Foto: Stuart Rankin
La fecondazione oceanica aggiungerebbe sostanze nutritive, spesso ferro, all’oceano per indurre fioriture algali, che assorbirebbero più CO2 attraverso la fotosintesi. Tuttavia, stimolando la crescita del fitoplancton—la base della catena alimentare—la fertilizzazione oceanica potrebbe influenzare la produttività alimentare locale e regionale. Vaste fioriture algali potrebbero anche causare eutrofizzazione e provocare zone morte impoverite di ossigeno. Oltre ai suoi possibili impatti sull’ecosistema, ha anche meno potenziale per sequestrare il carbonio a lungo termine.,
Coastal blue carbon
Saline, mangrovie, erbe marine e altre piante nelle zone umide di marea sono responsabili di più della metà del carbonio sequestrato negli ecosistemi oceanici e costieri. Questo carbonio blu può essere conservato per millenni nelle piante e nei sedimenti. Tuttavia, le zone umide vengono distrutte dal deflusso e dall’inquinamento, dalla siccità e dallo sviluppo costiero: un’area di praterie di dimensioni di campo da calcio viene persa ogni mezz’ora. 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, migliorano la qualità dell’acqua e supportano la vita marina.
Ci sono poche stime del potenziale di rimozione del carbonio del carbonio blu, ma i costi sarebbero bassi a zero.
E alcune idee per il futuro
Y Combinator, un’organizzazione che finanzia promettenti startup, ha lanciato un invito a lavorare su nuovi tipi di tecnologie di rimozione dell’anidride carbonica, nessuna delle quali è stata ancora testata al di fuori di un laboratorio., In particolare, sono alla ricerca di progetti in quattro aree:
- La modifica dei geni del fitoplancton consentirebbe loro di sequestrare il carbonio nelle aree dell’oceano globale che mancano dei nutrienti necessari per la fotosintesi.
- L’elettro-geo-chimica utilizza l’elettricità da fonti rinnovabili per abbattere l’acqua salina per produrre idrogeno (che può essere utilizzato come combustibile) e ossigeno, che, 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 cambiare 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 fitoplancton che assorbirebbe CO2. Fornirebbero anche acqua dolce e sosterrebbero la vegetazione che potrebbe anche aspirare il carbonio.
Che cosa è necessario per promuovere la rimozione dell’anidride carbonica?,
Ogni tecnologia CDR è fattibile a un certo livello, ma presenta incertezze sui costi, sulla tecnologia, sulla velocità di possibile implementazione o sugli impatti ambientali. È chiaro che nessuno fornisce la soluzione definitiva al cambiamento climatico.
“La rimozione dell’anidride carbonica da sola non può farlo”, ha detto Kate Gordon, fellow del Columbia Center on Global Energy Policy., “Se c’è una cosa che il rapporto dell’IPCC sottolinea è che abbiamo bisogno di un portafoglio—abbiamo bisogno di ridurre le emissioni drasticamente, abbiamo bisogno di venire con più energia rinnovabile di opzioni per sostituire i combustibili fossili, abbiamo bisogno di elettrificare un sacco di cose che sono attualmente in esecuzione sul petrolio e quindi abbiamo bisogno di fare una quantità enorme di carbonio di rimozione.” Nel breve termine vorrebbe vedere più distribuzione e dilagare di strategie provate e vere, come piantare alberi e pratiche agricole più sostenibili.,
Grassland conservation in South Dakota Foto: USFWS
In effetti, un nuovo studio ha appena determinato che piantare alberi e migliorare la gestione di praterie, terreni agricoli e zone umide potrebbe sequestrare il 21% delle emissioni annuali di gas serra degli Stati Uniti a costi relativamente bassi.
Sviluppare ulteriormente le altre strategie di rimozione dell’anidride carbonica richiederà ingenti somme di denaro.,
“La comunità di filantropia del clima ha effettivamente bisogno di riconoscerlo come parte della soluzione climatica—è davvero importante che diventi parte di quel portafoglio”, ha affermato Gordon. “Abbiamo anche bisogno di un budget federale R&D dedicato a queste strategie in modo da poter iniziare a migliorare la tecnologia e capire meglio quanto costa fare ognuna di queste cose, quanto sono efficaci e quanto sono sicuri.”
Sarebbe utile stabilire un incentivo finanziario per rimuovere il carbonio come una tassa sul carbonio o sanzioni per l’emissione di carbonio.,
“Questa è la prossima frontiera della conversazione su energia, clima e tecnologia”, ha affermato Gordon. “Dobbiamo essere davanti a questa cosa se vogliamo rimanere competitivi – se vogliamo continuare ad avere la maggior parte dell’energia pulita del mondo e brevetti di energia avanzata Otherwise Altrimenti lo compreremo da qualcun altro, perché qualcuno lo farà.”
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Un rendering dell’impianto di rimozione di anidride carbonica su larga scala di Carbon Engineering, che utilizzerà la cattura diretta dell’aria. Foto: Carbon Engineering Ltd.
L’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) afferma che limitare il riscaldamento globale a 1.,5C potrebbe evitare gli effetti più catastrofici del cambiamento climatico. Nella sua recente relazione, ha esposto quattro mezzi per raggiungere questo obiettivo —e tutti si basano sulla rimozione di anidride carbonica dall’atmosfera. Questo perché anche se riducessimo a zero la maggior parte delle nostre emissioni di carbonio, le emissioni derivanti 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 può rimuovere l’anidride carbonica?
Esistono varie strategie CDR, tutte in diverse fasi di sviluppo e variabili in termini di costi, benefici e rischi., Gli approcci CDR che impiegano alberi, piante e suolo per assorbire il carbonio sono stati utilizzati su larga scala per decenni; altre strategie che si basano maggiormente sulla tecnologia sono per lo più nelle fasi di dimostrazione o pilota. Ogni strategia ha pro e contro.
Imboschimento 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 statunitensi assorbono il 13% delle emissioni di carbonio della nazione; a livello globale, le foreste immagazzinano quasi un terzo delle emissioni mondiali.,
Riforestazione nell’Oregon meridionale. Foto: Downtowngal
Piantare alberi aggiuntivi potrebbe rimuovere più carbonio dall’atmosfera e conservarlo per lungo tempo, oltre a migliorare la qualità del suolo ad un costo relativamente basso—da 0 0 a ton 20 per tonnellata di carbonio. Rimboschimento significa piantare alberi dove non c’erano prima; rimboschimento significa ripristinare le foreste in cui gli alberi sono stati danneggiati o esauriti.,
L’imboschimento, tuttavia, potrebbe competere per i terreni utilizzati per l’agricoltura proprio come la produzione alimentare deve aumentare del 70% entro il 2050 per nutrire la crescente popolazione mondiale. Potrebbe anche influire sulla biodiversità e sui servizi ecosistemici.
E sebbene le foreste possano sequestrare il carbonio per decenni, impiegano molti anni per crescere e possono diventare saturi in decenni o secoli. Richiedono anche un’attenta gestione perché sono soggetti a impatti umani e naturali come incendi, siccità e infestazioni di parassiti.,
Sequestro del carbonio del suolo
Il carbonio che le piante assorbono dall’atmosfera nella 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 terreno. La lavorazione minima, le colture di copertura, la rotazione delle colture e il lasciare residui colturali sul campo aiutano i terreni a immagazzinare più carbonio.
Loglio italiano come coltura di copertura dopo la raccolta del mais in S. Africa., Foto: Alan Manson
L’IPCC, che considera il sequestro del carbonio del suolo per avere la capacità di ridurre la CO2 al costo più basso—0 0 a$100 per tonnellata—stima che il sequestro del carbonio del suolo potrebbe rimuovere tra 2 e 5 gigatonnellate di anidride carbonica all’anno entro il 2050. In confronto, le centrali elettriche mondiali hanno rilasciato 32,5 gigatonnellate di CO2 nel 2017.
Il sequestro del carbonio del suolo potrebbe essere implementato immediatamente e migliorerebbe la salute del suolo e aumenterebbe la resa delle colture; inoltre non metterebbe a dura prova le risorse idriche e terrestri., Ma mentre il suolo immagazzina grandi quantità di carbonio all’inizio, può diventare saturo dopo 10-100 anni, a seconda del clima, del tipo di terreno e di come viene gestito.
Bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS)
Se bruciamo gli impianti per ottenere energia in una centrale elettrica e catturiamo e immagazziniamo le emissioni risultanti, la CO2 precedentemente assorbita dagli impianti viene rimossa dall’atmosfera. La CO2 può quindi essere utilizzata per il recupero di petrolio potenziato o iniettata nella terra 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, tuttavia, le colture energetiche dovrebbero essere piantate su un’area di terra fino a tre volte la dimensione dell’India, secondo una stima; e quantità ancora più piccole di BECC sarebbero in concorrenza con la terra necessaria per la produzione alimentare. Uno studio ha concluso che i BECCS su larga scala potrebbero far cadere la copertura forestale globale del 10% e richiedere il doppio dell’acqua attualmente utilizzata a livello globale per l’agricoltura., BECCS potrebbe anche finire per avere un impatto sulla biodiversità e sui servizi ecosistemici e generare emissioni di gas serra attraverso l’agricoltura e l’uso di fertilizzanti.
A questo punto, BECCS è costoso. Al momento, c’è solo un progetto BECCS funzionante al mondo: un impianto di etanolo a Decatur, IL, che ha catturato e immagazzinato oltre 1,4 milioni di tonnellate di CO2. 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 4 400 per tonnellata di CO2, gli studi progettano che i costi potrebbero scendere a $100 a $200 per tonnellata di carbonio entro il 2050. Tuttavia, BECCS è considerata una delle strategie di rimozione dell’anidride carbonica più potenzialmente efficaci per fornire uno stoccaggio a lungo termine del carbonio.,
I progetti delle Accademie nazionali di Scienze, Ingegneria e Medicina che, dato ciò che sappiamo oggi, rimboschimento e riforestazione, sequestro del carbonio del suolo e BECCS, insieme a pratiche di gestione forestale sostenibile (come il diradamento delle foreste e le ustioni prescritte) potrebbero essere ridimensionati per catturare e immagazzinare 1 gigatonne di carbonio all’anno negli Stati Uniti e 10 gigatonne a livello globale. Tuttavia, ciò richiederebbe enormi cambiamenti nell’agricoltura, nella gestione dei rifiuti forestali e della biomassa.,
Carbon mineralization
Questa strategia sfrutta un processo naturale in cui materiali reattivi come peridotite o lava basaltica si legano chimicamente con CO2, formando minerali carbonati solidi come il calcare che possono immagazzinare CO2 per milioni di anni. I materiali reattivi possono essere combinati con fluido CO2-cuscinetto a stazioni di cattura del carbonio, o il fluido può essere pompato in formazioni rocciose reattive dove si trovano naturalmente.
Calcite, un minerale carbonato, formando in basalto., Foto: Sigrg
Gli scienziati del Lamont-Doherty Earth Observatory dell’Earth Institute hanno lavorato sulla mineralizzazione del carbonio per diversi anni e stanno trovando modi per accelerare la reazione naturale per aumentare l’assorbimento di CO2 e conservarlo in modo permanente. Lamont research professor David Goldberg ei suoi colleghi, per esempio, stanno studiando la fattibilità di immagazzinare 50 milioni di tonnellate o più di CO2 in serbatoi di basalto nel Pacifico nord-occidentale., In 20 anni, il progetto avrebbe iniettato CO2 da fonti industriali, come la produzione e le centrali elettriche a combustibile fossile, in basalto 200 miglia al largo, sul fianco orientale della cresta Juan de Fuca. Lì, sotto 2600 metri di acqua e altri 200 metri di sedimento, il serbatoio di basalto contiene spazi di pori che si riempirebbero man mano che la CO2 si mineralizza in calcare carbonato. 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 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., Consentirebbe ai ricercatori di sperimentare diversi tipi di iniezioni-ad esempio, se dovrebbero essere continue 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 esistono normative. Il Canada e gli Stati Uniti inizierebbero a creare un quadro normativo solo quando hanno 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, cattura il carbonio e lo mineralizza 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 modo economico, non tossico e permanente per immagazzinare enormi quantità di carbonio., Tuttavia, ci sono ancora domande tecniche e ambientali che devono essere risolte-secondo il rapporto delle Accademie nazionali, 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 ventilatori per spostare l’aria su sostanze che si legano specificamente all’anidride carbonica., (Questo concetto si basa sul lavoro “albero artificiale” di Klaus Lackner, direttore del Centro per le emissioni di carbonio negative presso l’Arizona State University, che è stato per molti anni il direttore del Centro Lenfest dell’Earth Institute per l’energia sostenibile.) La tecnologia impiega composti in una soluzione liquida o in un rivestimento su un solido che catturano la CO2 mentre entrano in contatto con esso; quando successivamente esposti a reazioni termiche e chimiche, rilasciano la CO2, che può quindi essere compressa e immagazzinata sottoterra., I vantaggi della cattura diretta dell’aria sono che in realtà è una tecnologia a emissioni negative—può rimuovere il carbonio che è già 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 nel gas di scarico è CO2, ma la CO2 nell’atmosfera è meno concentrata. Solo una molecola su 2.500 è CO2, quindi il processo per rimuovere la CO2 è più costoso rispetto alla cattura del carbonio dalle piante a combustibile fossile., La cattura diretta dell’aria è iniziata a 6 600 per tonnellata di carbonio; attualmente costa 1 100-$200 a tonnellata—ancora costoso, in parte perché non ci sono incentivi economici (come una tassa sul carbonio) o benefici ambientali secondari (come una maggiore 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 ridurre il prezzo. Tre aziende-Climeworks svizzero, canadese Carbon Engineering, e americano Global Thermostat – stanno lavorando su questo.,
Il primo impianto commerciale di Climeworks vicino a Zurigo cattura 1.000 tonnellate di CO2 all’anno, che viene utilizzato in una serra per aumentare i raccolti del 20%. Nel 2017, la società ha installato un’unità di cattura diretta dell’aria come demo nello stabilimento islandese di Reykjavik Energy per catturare una piccola quantità di CO2 che viene poi immagazzinata sottoterra da CarbFix.
Impianto Hellisheidi di Reykjavik Energy in Islanda con cattura diretta dell’aria., Foto: Sigrg
Climeworks ha ora 14 impianti di cattura diretta dell’aria costruiti o in costruzione in Europa; il suo impianto italiano utilizza la CO2 catturata per produrre combustibile a metano per camion.
Carbon Engineering, 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 CO2 per $100 a $150 per tonnellata. Il suo obiettivo è quello di utilizzare la CO2 per produrre combustibili di idrocarburi sintetici carbon-neutral, che ridurrebbe ulteriormente il suo costo., La società sostiene che un impianto che utilizza questo processo “Aria a combustibili”, una volta scalato, potrebbe produrre carburante a meno di dollar 1 dollaro al litro.
Global Thermostat, che sta costruendo il suo primo impianto a Huntsville, AL, mira a ridurre il prezzo a $50 a tonnellata vendendo la CO2 catturata a una società di soda. La società costruirebbe 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, dalla raffinazione, dal trasporto e dallo smaltimento dei rifiuti 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 del Congresso sotto forma di FUTURE Act (the Furthering carbon capture, Utilization, Technology, Underground storage, and Reduced Emissions Act)., L’atto raddoppia i crediti d’imposta per la cattura e la conservazione permanente di anidride carbonica in formazioni geologiche e utilizzarlo per il recupero del petrolio migliorato; per le aziende che convertono il carbonio in altri prodotti come cemento, prodotti chimici, materie plastiche e combustibili; e fornisce un credito d’imposta di $35 per tonnellata di CO2 tramite cattura diretta dell’aria.
Agenti atmosferici potenziati
Le rocce e il suolo vengono alterati reagendo con la CO2 nell’aria o nelle piogge acide, che si verificano naturalmente quando la CO2 nell’aria si dissolve nell’acqua piovana., Le rocce si rompono, creando bicarbonato, un lavandino di carbonio, che viene infine trasportato nell’oceano dove viene immagazzinato. Il miglioramento degli agenti atmosferici accelera questo processo diffondendo rocce polverizzate, come il basalto o l’olivina, su terreni agricoli o sull’oceano. Potrebbe essere schiacciato e diffuso su campi e spiagge e persino utilizzato per sentieri e campi da gioco.
Gli agenti atmosferici migliorati potrebbero migliorare la qualità del suolo e, mentre il bicarbonato alcalino si lava 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. L’estrazione, la macinazione e il trasporto della roccia sarebbero costosi, richiederebbero molta energia e produrrebbero ulteriori emissioni di carbonio e inquinamento atmosferico. A causa delle molte variabili e del fatto che la maggior parte delle valutazioni degli agenti atmosferici migliorati non sono state testate sul campo, le stime dei costi variano ampiamente.,
L’alcalinizzazione dell’oceano, considerata un tipo di alterazione migliorata, comporta l’aggiunta di minerali alcalini, come l’olivina, alla superficie dell’oceano per aumentare l’assorbimento di CO2 e contrastare l’acidificazione dell’oceano. Uno studio ha stimato che questa strategia potrebbe sequestrare tra 100 tonnellate metriche a 10 gigatonnellate di CO2 all’anno, per costi che vanno da $14 a oltre $500 a tonnellata. I suoi impatti ecologici, tuttavia, sono sconosciuti.
Fertilizzazione oceanica
Fitoplancton al largo della costa della Finlandia., Foto: Stuart Rankin
La fecondazione oceanica aggiungerebbe sostanze nutritive, spesso ferro, all’oceano per indurre fioriture algali, che assorbirebbero più CO2 attraverso la fotosintesi. Tuttavia, stimolando la crescita del fitoplancton—la base della catena alimentare—la fertilizzazione oceanica potrebbe influenzare la produttività alimentare locale e regionale. Vaste fioriture algali potrebbero anche causare eutrofizzazione e provocare zone morte impoverite di ossigeno. Oltre ai suoi possibili impatti sull’ecosistema, ha anche meno potenziale per sequestrare il carbonio a lungo termine.,
Coastal blue carbon
Saline, mangrovie, erbe marine e altre piante nelle zone umide di marea sono responsabili di più della metà del carbonio sequestrato negli ecosistemi oceanici e costieri. Questo carbonio blu può essere conservato per millenni nelle piante e nei sedimenti. Tuttavia, le zone umide vengono distrutte dal deflusso e dall’inquinamento, dalla siccità e dallo sviluppo costiero: un’area di praterie di dimensioni di campo da calcio viene persa ogni mezz’ora. 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, migliorano la qualità dell’acqua e supportano la vita marina.
Ci sono poche stime del potenziale di rimozione del carbonio del carbonio blu, ma i costi sarebbero bassi a zero.
E alcune idee per il futuro
Y Combinator, un’organizzazione che finanzia promettenti startup, ha lanciato un invito a lavorare su nuovi tipi di tecnologie di rimozione dell’anidride carbonica, nessuna delle quali è stata ancora testata al di fuori di un laboratorio., In particolare, sono alla ricerca di progetti in quattro aree:
- La modifica dei geni del fitoplancton consentirebbe loro di sequestrare il carbonio nelle aree dell’oceano globale che mancano dei nutrienti necessari per la fotosintesi.
- L’elettro-geo-chimica utilizza l’elettricità da fonti rinnovabili per abbattere l’acqua salina per produrre idrogeno (che può essere utilizzato come combustibile) e ossigeno, che, 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 cambiare 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 fitoplancton che assorbirebbe CO2. Fornirebbero anche acqua dolce e sosterrebbero la vegetazione che potrebbe anche aspirare il carbonio.
Che cosa è necessario per promuovere la rimozione dell’anidride carbonica?,
Ogni tecnologia CDR è fattibile a un certo livello, ma presenta incertezze sui costi, sulla tecnologia, sulla velocità di possibile implementazione o sugli impatti ambientali. È chiaro che nessuno fornisce la soluzione definitiva al cambiamento climatico.
“La rimozione dell’anidride carbonica da sola non può farlo”, ha detto Kate Gordon, fellow del Columbia Center on Global Energy Policy., “Se c’è una cosa che il rapporto dell’IPCC sottolinea è che abbiamo bisogno di un portafoglio—abbiamo bisogno di ridurre le emissioni drasticamente, abbiamo bisogno di venire con più energia rinnovabile di opzioni per sostituire i combustibili fossili, abbiamo bisogno di elettrificare un sacco di cose che sono attualmente in esecuzione sul petrolio e quindi abbiamo bisogno di fare una quantità enorme di carbonio di rimozione.” Nel breve termine vorrebbe vedere più distribuzione e dilagare di strategie provate e vere, come piantare alberi e pratiche agricole più sostenibili.,
Grassland conservation in South Dakota Foto: USFWS
In effetti, un nuovo studio ha appena determinato che piantare alberi e migliorare la gestione di praterie, terreni agricoli e zone umide potrebbe sequestrare il 21% delle emissioni annuali di gas serra degli Stati Uniti a costi relativamente bassi.
Sviluppare ulteriormente le altre strategie di rimozione dell’anidride carbonica richiederà ingenti somme di denaro.,
“La comunità di filantropia del clima ha effettivamente bisogno di riconoscerlo come parte della soluzione climatica—è davvero importante che diventi parte di quel portafoglio”, ha affermato Gordon. “Abbiamo anche bisogno di un budget federale R&D dedicato a queste strategie in modo da poter iniziare a migliorare la tecnologia e capire meglio quanto costa fare ognuna di queste cose, quanto sono efficaci e quanto sono sicuri.”
Sarebbe utile stabilire un incentivo finanziario per rimuovere il carbonio come una tassa sul carbonio o sanzioni per l’emissione di carbonio.,
“Questa è la prossima frontiera della conversazione su energia, clima e tecnologia”, ha affermato Gordon. “Dobbiamo essere davanti a questa cosa se vogliamo rimanere competitivi – se vogliamo continuare ad avere la maggior parte dell’energia pulita del mondo e brevetti di energia avanzata Otherwise Altrimenti lo compreremo da qualcun altro, perché qualcuno lo farà.”
