Il sogno di Carbon Air Capture Edges Verso la realtà

0
5

All'inizio di settembre, in un impianto industriale situato a circa 25 miglia a sud-est di Reykjavik, in Islanda, l'azienda svizzera Climeworks segnerà l'apertura di un nuovo progetto chiamato "Orca". Almeno in senso convenzionale, Orca in realtà non fa nulla. È composto da otto scatole allungate che ricordano serbatoi rivestiti in legno. Ognuna di queste scatole – note come "collezionisti" – ha all'incirca le dimensioni di un rimorchio per trattore e ciascuna è decorata con 12 ventole ronzanti che attirano un flusso d'aria all'interno. All'interno dei collettori, un agente chimico noto come assorbente catturerà la CO2 contenuta nell'aria che passa. Periodicamente, la superficie del assorbente si riempie. E a quel punto la CO2 intrappolata al suo interno dovrà essere rilasciata. A Orca, questo compito viene svolto con un'esplosione di calore, che proviene da un vicino sfiato idrotermale. La CO2 estratta verrà quindi convogliata dalle cassette di raccolta a un vicino impianto di lavorazione, dove verrà miscelata con l'acqua e deviata in un profondo pozzo sotterraneo.

E lì riposerà. Metropolitana. Per sempre, presumibilmente. L'anidride carbonica catturata dall'aria islandese reagirà con le rocce basaltiche e inizierà un processo di mineralizzazione che richiederà diversi anni, ma non funzionerà mai più come un gas atmosferico che intrappola il calore.

Climeworks sostiene che Orca, una volta in funzione 24 ore su 24, rimuoverà fino a 4.000 tonnellate di CO2 dall'atmosfera ogni anno. E non ci sono molte ragioni per dubitare che la struttura possa raggiungere questa impresa. Per prima cosa, la tecnologia per l'impianto, nota come cattura diretta dell'aria, o DAC, è una variazione delle idee che sono state utilizzate nel corso di mezzo secolo nei sottomarini e nei veicoli spaziali: utilizzare agenti chimici per "pulire" l'eccesso di CO2 fuori dall'aria; smaltirlo; quindi ripetere. Forse è più pertinente il fatto che Climeworks ha già costruito impianti più piccoli e meno sofisticati nell'Europa continentale, che a loro volta hanno prelevato centinaia di tonnellate di CO2 all'anno dall'aria ambiente.

"Siamo fuori dalla ricerca accademica e dalla fattibilità e siamo nella realtà ingegneristica", afferma un dirigente dell'azienda.

Ciò che sembra più significativo di Orca, quindi, è come rappresenti la possibilità che la cattura diretta dell'aria si sia avvicinata a qualcosa di simile a un'attività commerciale. Climeworks ora ha dozzine di clienti – singoli consumatori che hanno acquistato servizi di rimozione del carbonio direttamente dall'azienda, così come aziende, come il gigante assicurativo Swiss Re – che pagheranno per le compensazioni permanenti di carbonio che saranno sepolte sotto il suolo islandese. Inoltre, l'impianto di Orca sarà il più grande impianto di cattura diretta dell'aria funzionante al mondo fino ad oggi: secondo le stime dell'azienda, rappresenta un "aumento di scala" dei suoi sforzi di rimozione del carbonio di circa ottanta volte nel corso di quattro anni .

Eppure, Climeworks e Orca saranno probabilmente presto eclissati. Piani per impianti DAC ancora più grandi: uno nel sud-ovest degli Stati Uniti, il cui completamento è previsto per la fine del 2024; un altro in Scozia, da terminare circa un anno dopo il progetto americano, sarà costruito da un concorrente, Carbon Engineering, della British Columbia. Impiegando una tecnologia un po' diversa, le strutture di Carbon Engineering, come inizialmente previsto, saranno alimentate da energia rinnovabile e alla fine rimuoveranno ciascuna, in rete, circa un milione di tonnellate di anidride carbonica all'anno dall'atmosfera.

"A nostro avviso, questo risponderà in modo decisivo alla domanda: la cattura diretta dell'aria è fattibile su larga scala e a costi accessibili", mi ha detto di recente Steve Oldham, CEO di Carbon Engineering. "Per come la vedo io, siamo fuori dalla ricerca accademica e dalla fattibilità e ora siamo nella realtà ingegneristica".

Lo stabilimento Orca di Climeworks in costruzione vicino a Reykjavik, Islanda.
Climeworks

Un modo per considerare il valore globale di questi sforzi è collocarli all'interno dell'umiliante matematica del cambiamento climatico. Nel più recente rapporto dell'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), sono stati utilizzati numerosi modelli per tracciare possibili scenari di emissioni future e per dare un senso a come potremmo sperimentare un aumento di, diciamo, 1,8 gradi C o 2,5 gradi C (da 3,2 gradi F a 4,5 gradi F) entro l'anno 2100. L'anno scorso sono stati rilasciati nell'atmosfera circa 31 miliardi di tonnellate di anidride carbonica. Probabilmente quel numero aumenterà ancora quest'anno, poiché l'economia globale inizia a riprendersi dalla pandemia di Covid-19. Ma per avere la possibilità di limitare il riscaldamento a 2 gradi C dovremmo effettivamente portare le nostre emissioni vicino allo zero entro la metà di questo secolo.

Senza dubbio, il modo migliore per iniziare a farlo è trasformare drasticamente i nostri sistemi elettrici, di trasporto e industriali in fonti e processi energetici privi di emissioni. Tuttavia, potrebbe essere necessario compensare attivamente i settori economici, ad esempio i viaggi aerei o la produzione di acciaio, che si rivelano troppo difficili da decarbonizzare rapidamente. Ciò significherebbe che dovremmo allo stesso tempo eliminare attivamente la CO2 dall'atmosfera. I nostri sforzi per la rimozione del carbonio potrebbero coinvolgere mezzi naturali, come il sequestro della CO2 atmosferica nel suolo o in nuove foreste. Ma potremmo anche utilizzare approcci più tecnologici, come il DAC o la bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio – noto con l'acronimo BECCS – che prevede la coltivazione di piante, la combustione o la fermentazione per produrre energia, quindi la cattura delle emissioni di CO2 e l'interramento.

E qui i numeri si fanno scoraggianti. Zeke Hausfather, uno scienziato del clima presso l'organizzazione no-profit Berkeley Earth coinvolto nel tracciare possibili percorsi di emissione per il rapporto IPCC, mi ha detto che in uno degli scenari più ottimistici, che limita l'aumento della temperatura a 1,5 gradi C entro il 2100, le condizioni richiedono enormi sforzi di mitigazione oltre a circa 17 gigatonnellate, ovvero miliardi di tonnellate, di rimozione di CO2 all'anno entro la fine del secolo. E per quanto piantare alberi possa sembrare una soluzione ideale per aiutarci a raggiungere tale obiettivo, le nuove foreste probabilmente non sono una soluzione sufficiente o duratura per la rimozione del carbonio, specialmente sulla scia degli enormi incendi in Siberia e nell'ovest americano. "I modi naturali per rimuovere la CO2 sono generalmente meno desiderabili rispetto allo stoccaggio geologico a lungo termine attraverso BECCS o DAC", afferma Hausfather, aggiungendo che ciò è dovuto al fatto che lo stoccaggio del carbonio fuori terra nella biomassa è molto probabilmente temporaneo.

Il fatto che la cattura diretta dell'aria si "amplifichi" e abbia un impatto significativo sul clima dipende principalmente dalle sue spese.

Se DAC può dare un contributo significativo agli obiettivi di rimozione del carbonio rimane una domanda persistente. Ma i nuovi stabilimenti Climeworks e Carbon Engineering suggeriscono progressi significativi, non solo clamore. "Ci sono queste due società che sono pronte per partire oggi", mi ha detto Jennifer Wilcox, un funzionario del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ed esperta in tecnologie di cattura del carbonio. "Ma la domanda è: come passano da migliaia di tonnellate a milioni di tonnellate?" Dopodiché, ovviamente, arriva una domanda ancora più grande: potrebbero effettivamente arrivare a miliardi?

In diversi casi negli ultimi anni, nel corso dei rapporti sulle soluzioni climatiche e sulle strategie di rimozione del carbonio, mi è stato detto da venture capitalist – investitori che rispetto per la loro conoscenza della tecnologia e che hanno una profonda comprensione del cambiamento climatico – che la cattura diretta dell'aria potrebbe rivelarsi tra le più grandi industrie del mondo entro la metà del secolo. Non sarei scioccato se questo risultasse essere vero. D'altra parte, anche una crescita modesta dell'industria DAC sembra del tutto condizionata. La riduzione delle emissioni – un compito titanico per i governi e le industrie del mondo mentre iniziano a eliminare gradualmente i combustibili fossili – rimane la sfida principale. E oltre a ciò, se DAC "si espande" e produce un impatto significativo sul clima dipende principalmente dalle sue spese. O per dirla in un altro modo: quanto costerà alla fine separare una metrica di tonnellata di CO2 dall'aria e metterla nel terreno, o in un prodotto di lunga durata come il cemento o la fibra di carbonio? Sembra una questione di consenso che se può avvicinarsi a $ 100 per tonnellata, la cattura diretta dell'aria potrebbe diventare una tecnologia essenziale e utile.

Ma non siamo ancora sicuri. Alcuni anni fa, i dirigenti di Climeworks mi dissero che il loro costo per la cattura diretta dell'aria era compreso tra $ 500 e $ 600 per tonnellata. La società non sta stimando pubblicamente – e in effetti potrebbe non sapere ancora – quanto migliorerà lo stabilimento di Orca su tale misurazione. Tuttavia, ci sono limiti fisici e termodinamici, secondo Wilcox del DOE, che possono aiutare a fungere da limite inferiore. Wilcox ipotizza che i vincoli scientifici possano rendere difficile per gli impianti Climeworks o Carbon Engineering ottenere molto meno di $ 100 per tonnellata per rimuovere il carbonio dall'aria. E questo potrebbe rimanere così, non importa quanto duramente lavorino gli ingegneri in futuro per ridurre le spese attraverso materiali più economici e l'industrializzazione della catena di montaggio. Una recente analisi del settore, scritta da scienziati di Carbon Engineering, prevede un risultato simile: un'eventuale fascia di costo per DAC compresa tra $ 94 e $ 232 per tonnellata. Potrebbero volerci decenni o potrebbe non accadere mai.

Un rendering dell'impianto di cattura diretta dell'aria di Carbon Engineering pianificato nel Texas occidentale, che sarebbe il più grande impianto di questo tipo al mondo.

Ingegneria del carbonio Ltd.

Il punto di nuovi impianti come Orca o il gigantesco progetto di Carbon Engineering nel sud-ovest, tuttavia, non è perfezionare il processo di rimozione del carbonio. Il punto è fare un grande passo avanti tecnologico e commerciale. Possiamo solo speculare su ciò che la tecnologia DAC potrebbe ottenere in futuro sulla base degli obiettivi futuri dei dirigenti delle società di rimozione del carbonio. Ma se i costi raggiungono, diciamo, $ 400 o $ 350 per tonnellata nei prossimi anni, suggerirebbe che questo rimane uno strumento promettente che necessita di ulteriori perfezionamenti. Potrebbe indicare che questa potrebbe rivelarsi un'opzione praticabile per aziende come compagnie aeree, ad esempio, o produttori di fertilizzanti (o anche per enti governativi) che potrebbero eventualmente essere costrette ad acquistare compensazioni per compensare le loro emissioni di carbonio.

Soluzioni per il clima: è possibile rimuovere abbastanza CO2 dall'aria? Per saperne di più.

Probabilmente è meglio interpretare l'apertura dei nuovi stabilimenti come l'inizio di un processo di distribuzione globale complesso, pluridecennale, che segue anni di ricerca e sviluppo. "Siamo fiduciosi che i nostri costi continueranno a diminuire", ha affermato Oldham, CEO di Carbon Engineering. “Ma solo se ci schieriamo. Se non distribuisci mai, i tuoi costi non diminuiscono mai.”

L'opinione di Oldham, inoltre, è che il mondo potrebbe, attraverso sforzi epici di mitigazione, essere in grado di eliminare dal 70 all'80 percento delle emissioni entro il 2050. “Ma questo lascerebbe dal 20 al 30 percento circa dell'impronta di carbonio che avremo rimuovere", dice, probabilmente l'equivalente di circa 10-12 miliardi di tonnellate all'anno di CO2. Come esperimento mentale, ciò richiederebbe 10.000 impianti di Carbon Engineering come quelli che l'azienda sta pianificando ora. "Penso che se il mondo si impegna a farlo, possiamo produrre molte di queste piante", ha detto. “E lo abbiamo fatto in passato. Guarda come ci siamo arrampicati per i vaccini contro il Covid. Oppure guarda il modo in cui abbiamo lottato per le guerre e siamo entrati nella produzione di massa di aerei”.

Una domanda chiave è se la cattura diretta dell'aria alla fine imita la sorprendente diminuzione dei costi dei pannelli solari fotovoltaici.

Una preoccupazione è che il DAC potrebbe rivelarsi sempre più controverso se erode gli sforzi globali di mitigazione. Se il carbonio può essere rimosso dall'aria in modo efficace e conveniente, in altre parole, potrebbe rallentare la corsa all'eliminazione dei combustibili fossili. Per ora, almeno, questo rimane un rischio ipotetico. E Oldham e colleghi nel suo campo mi hanno detto che credono che le nuove politiche statali e governative stiano muovendo la sua industria nella giusta direzione. Un credito d'imposta statunitense per le società chiamato 45Q, ad esempio, sta aiutando a sovvenzionare alcuni degli alti costi della cattura e del sequestro del carbonio. Il possibile passaggio di un disegno di legge federale sulle infrastrutture nei prossimi mesi potrebbe allo stesso modo stanziare fino a 3,5 miliardi di dollari per aiutare a costruire grandi impianti DAC. Nel frattempo, una spinta dal settore privato è stata una manna per le nascenti aziende DAC. Una sfilza di aziende tecnologiche interessate a diventare carbon neutral o carbon negative – Microsoft, Stripe e Shopify sono le più importanti – hanno investito ingenti somme in Climeworks e Carbon Engineering. I loro impegni, a loro volta, hanno aiutato le aziende ad andare avanti con la progettazione e la costruzione.

Allo stesso tempo, i dollari di investimento stanno iniziando a fluire nelle idee DAC di "prossima generazione". Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha recentemente investito oltre 12 milioni di dollari in una serie di approcci in fase iniziale e tecnologie dei componenti. Un certo numero di società di venture capital, in particolare Breakthrough Energy e LowerCarbon Capital, hanno investito decine di milioni in più nelle startup. Una nuova azienda, la Noya con sede a San Francisco, utilizza le torri di raffreddamento delle centrali elettriche esistenti per creare un sistema "distribuito" di stazioni di cattura dell'aria diretta che l'azienda spera si rivelerà più economico rispetto alla costruzione di impianti DAC da zero; un'altra, una startup con sede a Detroit nota come Remora, installa la tecnologia assorbente che cattura il carbonio sugli impianti di autotrasporto per aspirare la CO2 sui lunghi viaggi. Come dolcificante, un nuovo X-premio da $ 100 milioni, sponsorizzato da Elon Musk, prevede una competizione globale di quattro anni che premierà le giovani aziende più promettenti per la rimozione del carbonio per idee che possono essere scalate fino a gigatonnellate all'anno.

Quindi all'interno del settore ci sono molti soldi e molto entusiasmo. Ciò che è in breve abbondanza, alla luce del mese più caldo mai registrato e delle proiezioni a breve termine per le future temperature globali, è un sacco di tempo.

In questa fase dell'evoluzione del DAC, vale la pena ricordare che può essere notoriamente difficile prevedere quanto tempo impiega la tecnologia a maturare. A metà degli anni '50, subito dopo l'invenzione della prima cella solare fotovoltaica pratica presso i Bell Labs nel New Jersey, uno dei suoi inventori, Daryl Chapin, calcolò che sarebbe costato circa $ 1,5 milioni per implementare i dispositivi come fonte di elettricità su un tipico americano Casa. Oggigiorno, secondo la Solar Energy Industries Association, è possibile dotare una casa di pannelli solari per circa $ 20.000, e questo investimento si ripaga nel tempo grazie a bollette elettriche più economiche. In alcune località, il solare fotovoltaico è ora la fonte di energia più economica del pianeta.

L'impianto pilota di cattura diretta dell'aria di Carbon Engineering nella Columbia Britannica.
Ingegneria del carbonio Ltd.

La sfida futura per le tecnologie di cattura diretta dell'aria – l'arco incerto e discendente del suo costo – è quindi familiare. Un possibile futuro è che l'industria DAC continuerà a ridurre le spese ma potrebbe non avvicinarsi abbastanza a una struttura di prezzo, come $ 100 per tonnellata, che la rende economicamente interessante come compensazione. Per Klaus Lackner, un pioniere nel campo della cattura diretta dell'aria che gestisce il Center for Negative Carbon Emissions presso l'Arizona State University, una domanda essenziale è se il DAC, mentre si evolve, imita l'incredibile calo dei costi dei pannelli solari fotovoltaici e delle turbine eoliche, o se rimane una tecnologia boutique che si scontra con limiti economici intrinseci.

"La mia opinione è che se si comporta come molte altre tecnologie prodotte in serie, non è irragionevole presumere che crescendo di circa 300 volte, dovremmo aggirare $ 100 per tonnellata per la rimozione del carbonio", afferma Lackner. “A parte questo, la mia sfera di cristallo è un po' torbida. Ma se questo continua a crescere di mille volte, dovremmo essere a $ 50, o forse $ 70 o $ 80 per tonnellata.

Lackner ritiene che il DAC potrebbe effettivamente essere in una fase migliore rispetto al solare fotovoltaico durante, ad esempio, gli anni '70, quando i prezzi erano proibitivi. Per un'adozione diffusa, la tecnologia solare doveva ridurre i costi di circa 100 volte, afferma. DAC deve solo ridurre i costi di 10 volte per renderlo desiderabile. Riconosce che non vi è alcuna garanzia che DAC avrà successo nello stesso modo in cui si espande. E avverte che anche se i costi di cattura diretta dell'aria diminuissero drasticamente, il mondo avrà comunque bisogno di un quadro normativo per la sua applicazione, in modo da avere un impatto significativo sul clima. Per quanto cruciale possa essere migliorare la tecnologia, sarà altrettanto importante costringere le industrie e i governi a "trattare la CO2 come un prodotto di scarto", afferma, e quindi pagare per ripulirla.

Perché i gruppi ecologisti sono divisi nel sovvenzionare la tecnologia di cattura del carbonio. Per saperne di più.

Alla luce di ciò, i prossimi anni dovrebbero dirlo. Potremmo presto sapere se DAC è una scelta o se la tecnologia, spesso vista dai suoi critici come donchisciottesca, colpirà un muro di inefficienza. Se è il primo, avremo uno strumento utile nella cassetta degli attrezzi per il clima. Ma se è quest'ultimo, quasi sicuramente renderà più complicato l'obiettivo di raggiungere un mondo vivibile. Il lavoro davanti a noi, già monumentale nelle sue sfide politiche, tecnologiche ed economiche, diventerebbe ancora più difficile.

LASCIA UN COMMENTO

Per favore inserisci il tuo commento!
Per favore inserisci il tuo nome qui