Il cambiamento climatico causato dalle emissioni di gas a effetto serra, principalmente anidride carbonica (CO₂), sta progredendo rapidamente e ha raggiunto livelli pericolosi. Lo scorso 3 luglio è passato alla storia come il giorno più caldo mai registrato: 17,01 °C di temperatura media mondiale. La prima volta dal 1976, quando è iniziato il monitoraggio, che viene superato questo limite. Un record che, purtroppo, è destinato a essere superato molto presto.

Gli effetti della crisi climatica, sempre più dirompenti per i sistemi umani e naturali, rendono urgente la decarbonizzazione dell'economia e l'adozione di tecnologie a emissioni negative. Dato che nessuna tecnologia ad emissione negativa può raggiungere la scala richiesta entro questo secolo, è indispensabile utilizzare vari percorsi per rallentare il fenomeno del riscaldamento globale. Un contributo in questa direzione può arrivare dalla tecnologia "direct air capture" (Dac).

Ma cosa significa “cattura diretta dall’aria”?

L'acronimo Dac si riferisce a una gamma di soluzioni tecnologiche in grado di estrarre la CO₂ dall'aria in qualsiasi luogo del pianeta, attraverso una serie di reazioni fisiche e chimiche. Questo è possibile perché nell'aria la CO₂ è distribuita quasi uniformemente in tutto il mondo a concentrazioni medie di 415.7 parti per milione. Un dato del 2021, ripreso dal report “State of the Global Climate 2022” dell’Organizzazione meteorologica mondiale, destinato ad aumentare.

Nonostante ad oggi vi siano sistemi pienamente funzionanti, che rimuovono migliaia di tonnellate di CO₂ all'anno, alcuni problemi ne rendono difficile la diffusione. La CO₂ estratta può essere catturata in formazioni geologiche o utilizzata per produrre combustibili rinnovabili o materiali di lunga durata come cemento o plastica.

Purtroppo, catturare la CO₂ dall'aria è più energivoro che catturarla da una fonte puntuale. Questo perché la CO₂ nell'atmosfera è molto più diluita che, ad esempio, nei fumi di una centrale elettrica o di un cementificio. Costi e fabbisogno energetico, oltreché potenziale di inquinamento, pongono i sistemi Dac in una posizione di svantaggio rispetto ad altre strategie di mitigazione come i sistemi di cattura e stoccaggio del carbonio (Ccs). Tuttavia, l'urgenza di soluzioni efficaci al riscaldamento atmosferico e la possibilità di progressi tecnologici per migliorarne l'efficienza potrebbero rendere la cattura diretta dall’aria un'utile soluzione a lungo termine. Le tecnologie di cattura della CO₂ direttamente dall’aria acquisiscono particolare importanza anche per la produzione dei cosiddetti e-fuels.

Gli e-fuels sono combustibili liquidi o gassosi, di origine sintetica, che consentono di trasformare l’energia elettrica rinnovabile in energia chimica. Essi possiedono caratteristiche del tutto simili a quelle dei corrispondenti combustibili tradizionali e questo li rende compatibili sia con l’esistente infrastruttura di trasporto, distribuzione e stoccaggio, sia con gli attuali sistemi di utilizzo finale. Per tale ragione sono particolarmente adatti alla decarbonizzazione dei settori cosiddetti hard-to-abate, quali numerosi processi industriali e i trasporti pesanti. Inoltre, grazie alla loro elevata densità energetica, possono bilanciare l’intermittenza della produzione di energia rinnovabile, integrando così i sistemi tradizionali di accumulo dell’energia ed incrementando la resilienza e la sicurezza del sistema energetico. Affinché questi combustibili possano essere considerati completamente rinnovabili, dovranno essere sintetizzati a partire da idrogeno verde e CO₂ catturata dall’aria.

Attualmente gli approcci utilizzati per catturare la CO₂ dall'aria sono due: quello solido (solid-Dac) e quello liquido (liquid-Dac). La tecnologia solid-Dac fa uso di filtri assorbenti solidi che si legano chimicamente con la CO₂. Quando i filtri vengono riscaldati, rilasciano la CO₂ concentrata, che può essere catturata per lo stoccaggio o l'uso. I sistemi liquidi fanno passare l'aria attraverso soluzioni chimiche (ad esempio una soluzione di idrossido), che rimuove la CO₂ restituendo il resto dell'aria all'ambiente. Approcci emergenti a livello di prototipo includono l'adsorbimento a oscillazione elettrica e la separazione basata su membrana.

Tecnologia relativamente nuova e innovativa, la Dac è ancora in una fase iniziale di commercializzazione. Ad oggi sono poche le aziende attive in questo campo.

Carbon Engineering è la prima società commerciale a scegliere la tecnologia liquid-Dac. L'approccio è basato su solvente di idrossido di potassio accoppiato con un circuito di recupero caustico di calcio. Nel 2015 Carbon Engineering ha costruito il primo impianto Dac su scala pilota, in Canada. Di recente ha firmato un accordo di licenza con 1Point5 per finanziare e implementare il più grande impianto Dac del mondo, che dovrebbe entrare in funzione entro il 2024. Ha inoltre avviato il pre-FEED (ingegneria e progettazione front-end) con Pale Blue Dot Energy (una società del gruppo Storegga) sullo sviluppo di un impianto Dac in Scozia, Regno Unito. Infine, ha avviato la progettazione di un impianto aria-carburante che dovrebbe diventare operativo in Canada nel 2026.

Global Thermostat (GT) ha sede negli Stati Uniti. Fondata nel 2010, ha sviluppato un sistema basato sull'utilizzo del calore di processo per rigenerare il sorbente dopo la cattura. Il processo di cattura è seguito da un sistema di raccolta di CO₂ che può essere sequestrata geologicamente o utilizzata per produrre biocarburanti o prodotti non combustibili come fertilizzanti o materiali da costruzione. GT ha attualmente due impianti Dac di taglia pilota e sta collaborando con ExxonMobil per far progredire ed ampliare la sua tecnologia. Nell'aprile 2021 ha firmato un accordo con Hif per fornire apparecchiature Dac all'impianto pilota Haru Oni eFuels in Cile, che utilizzerà la CO₂ catturata miscelata con idrogeno elettrolitico per produrre benzina sintetica. Il recente annuncio di collaborazione con Baker Hughes prevede di testare le unità pilota della tecnologia Dac Mosaic di Baker Hughes con l'obiettivo di accelerare l'implementazione del Dac su scala commerciale.

Climeworks è stata fondata in Svizzera nel 2009 e ha sviluppato il primo prototipo funzionante della loro tecnologia Dac nel 2013. Questa tecnologia si basa su un processo di adsorbimento/desorbimento su adsorbenti funzionalizzati alcalini. A seconda delle condizioni ambientali, in particolare dell'umidità relativa, l'attuale processo può anche estrarre H₂O dall'aria come sottoprodotto. Ad oggi la società ha commissionato 15 impianti in tutto il mondo. Dal 2021 è in funzione il primo e più grande impianto di cattura e stoccaggio diretto dell'aria di anidride carbonica su larga scala. Orca, così è stato denominato, è costituito da otto container di raccolta, con una capacità di cattura annua di 500 tonnellate ciascuno. Il calore e l'elettricità necessari per eseguire il processo di cattura diretta dell'aria sono forniti dalla centrale geotermica di Hellisheidi, in Islanda. Le collaborazioni attive includono un accordo di sviluppo congiunto con Svante Inc. sulla cattura di CO₂ e la partecipazione al consorzio Norsk e-Fuel AS con l'obiettivo di convertire le risorse elettriche rinnovabili e la CO₂ catturata in combustibili sintetici rinnovabili.

Di recente, un'altra società, la CarbonCapture Inc. sta pensando di realizzare un impianto di depurazione dell'aria sul suo territorio, utilizzando setacci molecolari. Se così dovesse essere, Bison Project sarà il più grande impianto del mondo per la rimozione dell'anidride carbonica, fino 5 milioni di tonnellate di CO₂ all'anno entro il 2030, superando l'islandese Orca. AMasili

Questo lavoro è stato finanziato dal Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica attraverso la Ricerca di Sistema Elettrico Nazionale (RdS)

Piano Triennale di Realizzazione 2022-2024

Progetto integrato 1.3: Tecnologie dell’Idrogeno