Il carbonio è il Jekyll e Hyde della tavola periodica: in parte angelo, in parte diavolo. A volte chiamato il “donatore di vita”, il carbonio forma la struttura di ogni cellula del nostro corpo e della maggior parte delle cose che mangiamo, usiamo e facciamo tesoro, dalle vitamine ai violini, dalle ciambelle ai diamanti. Il carbonio è stato fondamentale per l’evoluzione dell’universo 14 miliardi di anni fa, ed è altrettanto vitale per le tecnologie del futuro.

L’anidride carbonica è altrettanto critica per l’atmosfera. Intrappola il calore del sole e senza di esso il nostro pianeta sarebbe incredibilmente freddo. Ma le attività umane – principalmente la combustione di combustibili fossili – hanno aumentato la COXNUMX₂ livelli di circa il 50%, da 270 parti per milione (ppm) agli albori della rivoluzione industriale a 415 ppm oggi. L’ultima volta che la CO atmosferica₂ i livelli erano così alti più di 3 milioni di anni fa. Ciò che preoccupa gli scienziati è l’accelerazione delle emissioni, che negli ultimi 60 anni è stata circa 100 volte più veloce rispetto ai precedenti aumenti naturali, come alla fine dell’ultima era glaciale.

Guidare il pianeta su un percorso di 1.5°C

Dall’accordo di Parigi del 2015, l’idea di un percorso che limiti il ​​riscaldamento globale a 1.5 gradi Celsius rispetto ai livelli preindustriali è diventata fondamentale. Per avere anche solo una possibilità di raggiungere questo obiettivo, i gas serra globali (GHG) Le emissioni devono raggiungere il picco entro il 2025 al più tardi ed essere ridotte del 43% entro il 2030, raggiungendo lo zero netto entro il 2050. La grande maggioranza di queste riduzioni deve provenire dalla decarbonizzazione delle nostre industrie, dell’agricoltura e degli stili di vita. Lo standard net-zero del rispettato Iniziativa su obiettivi scientifici, ad esempio, invita le aziende a decarbonizzare il 90% delle loro catene del valore entro il 2050.

Ma nonostante gli sforzi per decarbonizzare le attività umane, la “rimozione del biossido di carbonio”, o CDR, svolgerà un ruolo vitale, per tre ragioni. In primo luogo, è estremamente difficile decarbonizzare completamente alcuni settori industriali essenziali ma “difficili da abbattere”, come l’aviazione a lungo raggio, il cemento e l’acciaio. In secondo luogo, il sistema Terra stesso sta emettendo più gas serra poiché il riscaldamento globale continua ad aumentare. In terzo luogo, dobbiamo annullare le emissioni legacy del passato, nonché rimuovere le emissioni presenti e future senza sosta per prevenire un altrimenti probabile superamento dell’obiettivo di 1.5 gradi C.

Non possiamo permetterci di aspettare e vedere se il CDR sarà necessario. Dobbiamo iniziare subito a costruire la capacità necessaria per rimuovere attivamente la COXNUMX₂ dall’atmosfera, parallelamente – e non invece di – raddoppiare gli sforzi di decarbonizzazione. Secondo il Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC): Il CDR “è un elemento chiave negli scenari che potrebbero limitare il riscaldamento a 2 [gradi] C o meno, indipendentemente dal fatto che le emissioni globali raggiungano livelli prossimi allo zero, netti zero o netti negativi”.

In parole povere: il modo in cui sta attualmente andando il mondo con la CO₂ mitigazione, è improbabile che raggiungeremo lo zero netto globale entro il 2050 e limiteremo il riscaldamento globale a 1.5 gradi C, senza potenziare le tecnologie CDR per fornire miliardi di tonnellate di rimozione ogni anno.

Tanti modi per rimuovere la CO₂, ma abbiamo bisogno della tecnologia oltre che della natura

L’anidride carbonica può essere rimossa dall’atmosfera mediante processi naturali, tecnologici o ibridi. Piantare miliardi di alberi e ripristinare le torbiere sono soluzioni climatiche naturali che assorbono COXNUMX₂ apportando al contempo numerosi benefici all’ecosistema, come il miglioramento della biodiversità e delle precipitazioni, riducendo al contempo l’inquinamento dell’aria e dell’acqua. Tuttavia, sebbene le soluzioni basate sulla natura siano vitali, gli ecosistemi come le foreste rimangono vulnerabili agli incendi e al degrado, mettendo a rischio la loro capacità di trattenere il carbonio a tempo indeterminato. Anche la scalabilità rappresenta una sfida poiché il rimboschimento, ad esempio, può competere con l’agricoltura e altri usi del suolo.

I processi tecnologici mirano ad affrontare il problema della rimozione permanente del carbonio catturando e immagazzinando la CO₂ indefinitamente, solitamente sotto forma di minerali solidi o in strati rocciosi nelle profondità sotterranee. Le tecnologie leader sono la cattura diretta dell’aria con stoccaggio del carbonio (DACCS) e la bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS).

Il DACCS utilizza banchi di ventilatori (alimentati da energia priva di fossili, ovviamente) per aspirare aria nelle strutture industriali dove è possibile utilizzare una serie di filtri chimici per intrappolare la CO₂ molecole. Il materiale filtrante viene quindi rigenerato per rilasciare CO pura₂ che può essere sepolto in profondità nel sottosuolo. Un pioniere del DACCS, Ingegneria del carbonio, sta costruendo un impianto nel bacino del Permiano, ricco di petrolio e gas, nel Texas occidentale, che dovrebbe catturare 1 milione di tonnellate di CO₂ un anno – più o meno equivalente alla capacità di assorbimento di 40 milioni di alberi – quando diventerà operativo nel 2024.

BECCS è un processo che cattura e immagazzina CO₂ emessi dalle centrali elettriche che convertono la biomassa in calore, elettricità o combustibili liquidi o gassosi. Il BECCS può trattare molti tipi di “materie prime”, compresi i residui della silvicoltura e dell’agricoltura, le alghe e le colture energetiche. Il processo di cattura della CO₂ dall'aria è già avvenuta attraverso la fotosintesi necessaria alla crescita della biomassa. Ma per avere un impatto negativo sul carbonio, è fondamentale che l’impronta di carbonio derivante dalla coltivazione, raccolta, trasporto e lavorazione di queste materie prime non superi il volume di carbonio che la biomassa stessa ha rimosso durante la sua vita di crescita. Ci sono anche altre preoccupazioni riguardo al BECCS: coltivare grandi quantità di colture bioenergetiche potrebbe convertire le foreste e i terreni agricoli esistenti, il che a sua volta potrebbe minacciare la sicurezza alimentare e idrica, sfollare comunità, rilasciare carbonio immagazzinato negli alberi e nel suolo e minacciare la biodiversità.

Un nuovo stabilimento BECCS in Svezia, progettato da Stoccolma Exergi, è progettato per risolvere alcuni degli inconvenienti della tecnologia e dimostrare che è possibile fornire a una città riscaldamento ed elettricità rimuovendo al tempo stesso la COXNUMX₂ dall'atmosfera. Per creare calore ed elettricità, l’impianto brucerà i residui della silvicoltura, delle segherie e della produzione di pasta di legno e carta. La biomassa è di provenienza locale, riducendo al minimo l’impronta di carbonio. Il CO₂ emesso durante la combustione verrà catturato, compresso e raffreddato in forma liquida, quindi iniettato negli strati rocciosi profondi sotto il Mare del Nord dove si stabilizzerà ulteriormente nel tempo. Carbon Engineering ritiene che l’impianto abbia il potenziale per catturare 800,000 tonnellate di CO₂ all'anno: più delle emissioni annuali del traffico stradale di Stoccolma.

Le tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio offrono anche la prospettiva allettante di un “carbonio sostenibile”. Prendiamo ad esempio l'aviazione. Al momento non è possibile evitare di bruciare idrocarburi per ottenere la densità di potenza necessaria per il volo a lunga distanza. Ma un impianto DACCS o BECCS può creare un circuito chiuso estraendo il carbonio dall’aria per riutilizzarlo come materia prima per produrre cherosene sintetico. Questo processo, noto come Carburante per aviazione sostenibile “power-to-liquids” (PtL SAF), potrebbe ridurre le emissioni del trasporto aereo fino al 90%. Un processo simile potrebbe essere utilizzato per produrre e-metanolo a basse emissioni di carbonio per la spedizione.

Diverse tecnologie CDR ibride – in parte natura, in parte tecnologia – si dimostrano promettenti. Il “miglioramento degli agenti atmosferici”, ad esempio, comporta la diffusione di roccia silicatica finemente macinata su superfici terrestri o marine per migliorare l’assorbimento del carbonio. Un altro processo utilizza il biochar, un tipo di carbonio ottenuto da qualsiasi materia organica riscaldata in assenza di ossigeno. Quando aggiunto al suolo, il biochar può immagazzinare carbonio per periodi che vanno da decenni a millenni. Porta ulteriori vantaggi, pure: Migliorando la capacità del terreno di trattenere i nutrienti e l'umidità, il biochar aiuta a ridurre la necessità di fertilizzanti e previene il deflusso dell'acqua, ripristinando così la produttività agricola nei terreni marginali.

La scala conta, così come la permanenza

Il Forum economico mondiale La prima coalizione dei motori, che mira ad accelerare la decarbonizzazione di sette settori industriali “difficili da abbattere” che rappresentano il 30% delle emissioni globali, include il CDR come uno dei suoi obiettivi principali. La First Mover Coalition invita i suoi membri a impegnarsi a rimuovere almeno 50,000 tonnellate, ovvero 25 milioni di dollari, di rimozione del carbonio entro il 2030, “oltre ai massimi sforzi di riduzione delle emissioni dirette”.

La coalizione ha fissato un livello molto alto. Innanzitutto, qualsiasi approccio CDR deve essere permanente: catturare e immagazzinare il carbonio per oltre 1,000 anni. In secondo luogo, deve essere scalabile: soluzioni in grado di immagazzinare potenzialmente almeno 1 milione di tonnellate (1 megatonne o 1 Mt) di carbonio entro il 2030 e 1 miliardo di tonnellate (1 gigatonne o 1 Gt) entro il 2050. Altri due criteri critici sono i costi. e verifica.

La scala conta. Un recente rapporto della Commissione per le transizioni energetiche su come il CDR può aiutare a mantenere in vita l’1.5°C ha stimato approssimativamente la quantità di CDR che potrebbe essere necessaria: “Per neutralizzare l’impatto del probabile superamento del budget di carbonio prima della metà del secolo, i nostri scenari suggeriscono la necessità di almeno 70-225 Gt di CO₂ di rimozioni cumulative da qui al 2050”. Si tratta di una quantità compresa tra 2.5 e 8 miliardi di tonnellate di CDR ogni anno.

Quindi, come si confrontano le attuali tecnologie CDR con questi severi standard?

DACCS e BECCS hanno ciascuno il potenziale per catturare 5 miliardi di tonnellate (5 Gt) di carbonio all’anno e immagazzinarlo per oltre 1,000 anni, inoltre sono processi facili da verificare. Ma sono molto costosi, costano 110-270 dollari per tonnellata per il BECCS e 600 dollari o più per tonnellata per il DACCS.

Il biochar e l’invecchiamento migliorato, sebbene meno maturi come tecnologie, potrebbero potenzialmente fornire ciascuno 3-4 Gt all’anno al costo attuale di soli 50-160 dollari al metro. Ma mentre l’invecchiamento accelerato probabilmente supererà il test di permanenza, la maggior parte degli attuali metodi di biochar possono garantire solo la conservazione fino a 500 anni. Tuttavia, la First Mover Coalition sta incoraggiando i suoi membri a sostenere tutte e quattro le tecnologie CDR emergenti.

Rilanciare la domanda di mercato per CDR

Come per molte innovazioni, il progresso si riduce al denaro contante. Il CDR non ha un mercato per portarlo avanti. Apparentemente non ha senso pagare un impianto DACCS 600 dollari per rimuovere una tonnellata di COXNUMX₂ quando puoi spendere $ 30 per tonnellata per un’alternativa basata sulla natura. Tuttavia, nel medio e lungo termine, abbiamo un disperato bisogno di queste tecnologie emergenti per rimuovere la COXNUMX₂ alla scala e alla permanenza che il nostro pianeta richiede. Quindi, qualcuno deve fare la prima mossa e rilanciare il mercato.

Il riassicuratore globale Swiss Re ha contribuito a dare forma alla sfida lanciata dalla First Movers Coalition affinché ciascun membro si impegnasse a rimuovere almeno 50,000 tonnellate, ovvero 25 milioni di dollari, di rimozione netta di carbonio durevole e scalabile entro il 2030. Swiss Re è uno dei cinque fondatori della NextGen CDR Facility, un club di acquirenti impegnato nell'acquisto di oltre 1 milione di tonnellate di CO verificata₂ rimozioni di carbonio entro il 2025. L’obiettivo è potenziare notevolmente le tecnologie CDR come DACCS e BECCS e catalizzare il mercato per le rimozioni di carbonio di alta qualità.

Dimostrare la domanda del mercato invia un segnale vitale agli innovatori per passare al livello successivo. Ogni iterazione della loro nascente tecnologia aumenta l’offerta di circa dieci volte, creando il rischio che la domanda non tenga il passo. Quindi l’obiettivo della First Mover Coalition è trovare un numero sufficiente di acquirenti di CDR per rendere bancabili le tecnologie. In previsione delle future economie di scala, NextGen ha promesso ai suoi partecipanti di limitare il costo medio della CO₂ rimosso attraverso l'impianto a $ 200 per tonnellata.

Anche così, questo è un prezzo elevato. Un certo incremento avverrà attraverso i mercati volontari del carbonio, ma è improbabile che riusciremo a raggiungere gigatonnellate di rimozione del carbonio entro il 2050 senza un intervento normativo. Il presidente Joe Biden ha dato un grande impulso al settore con il suo recente Inflation Reduction Act. Parte di 369 miliardi di dollari di denaro pubblico impegnati per il clima include un modulo sussidio di 130-180 dollari per tonnellata di laser CO₂ rimozione. Questo è uno dei tanti passi che i governi possono intraprendere per motivare l’industria dei combustibili fossili da trilioni di dollari a passare a un’industria da trilioni di dollari di gestione del carbonio, in linea con gli obiettivi globali di protezione del clima.