Tirare fuori la CO2 dall’aria e usarla potrebbe essere un business da trilioni di dollari

Questa è la prima parte di una serie in quattro parti sulla cattura e l’utilizzo del carbonio (CCU), l’industria in crescita dedicata all’utilizzo La seconda parte riguarda il recupero dell’olio migliorato come uso della CO2 e la terza riguarda altri usi industriali della CO2. Il quarto post esamina come i responsabili politici dovrebbero avvicinarsi alle tecnologie CCU. Questo pezzo è stato originariamente pubblicato nel mese di settembre.,

Gli scienziati generalmente stimano che per mantenere l’aumento della temperatura media globale a 1,5 gradi Celsius rispetto alla linea di base preindustriale — un livello “sicuro” di riscaldamento — l’umanità deve stabilizzare la concentrazione atmosferica di anidride carbonica a circa 350 parti per milione.

Quest’anno, abbiamo raggiunto circa 410 ppm. C’è già troppa CO2 nell’atmosfera. A questo punto, per garantire veramente un clima sicuro per le generazioni future, non dobbiamo solo ridurre le emissioni; dobbiamo estrarre un po ‘ di CO2 dall’atmosfera.,

Dato che le emissioni globali di carbonio sono ancora in aumento e ci sono centinaia di gigatoni in arrivo dalle infrastrutture esistenti di combustibili fossili, quasi tutti i modelli utilizzati dall’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) che ci mostrano di raggiungere un clima sicuro comporta seppellire gigatoni di CO2, le cosiddette “emissioni negative”.”

Ci sono molte forme di emissioni negative, ma molto probabilmente l’unico modo per rimuovere abbastanza CO2 sarà quello di tirarlo direttamente fuori dall’aria e seppellirlo sottoterra in falde acquifere saline, un processo noto come cattura e sequestro del carbonio (CCS)., Con il CCS, la CO2 viene trattata come un prodotto di scarto che deve essere smaltito correttamente, proprio come trattiamo le acque reflue e tanti altri rischi di inquinamento.

Quanta CO2 dovrà essere sepolta? Ovviamente, è impossibile sapere in anticipo; I modelli IPCC variano in quanto velocemente mostrano le emissioni in calo. Più le emissioni diminuiscono rapidamente e più presto, meno CCS sarà necessario. Più lentamente e più tardi cadono, più sarà necessario.,

Un documento del 2017 su Nature Climate Change stima il “carico di mitigazione” totale, ovvero la quantità totale di emissioni che devono essere evitate da qui al 2050 per rimanere sotto i 2 gradi, a 800 gigatoni. (Anche se l’IPCC dice che 1.5 gradi è l’obiettivo veramente sicuro, molti scienziati ritengono che sia irraggiungibile; 2 gradi rimane un obiettivo estremamente ambizioso.) Il documento stima che, anche se le riduzioni delle emissioni hanno successo, tra 120-160 gigatoni dovranno essere sequestrati durante quel periodo.,

Un altro modo per dirlo è, anche date le ipotesi ottimistiche sulla decarbonizzazione, probabilmente finiremo per emettere molto più del nostro budget di carbonio, quindi dovremo seppellire tra 100 e 200 gigatoni di CO2 per tornare al suo interno. E, naturalmente, dovremo seppellire centinaia di gigatons in più negli anni dopo il 2050.

Per dare un senso di scala, ciò significa che entro il 2030 l’umanità deve comprimere, trasportare e seppellire una quantità di CO2, in volume, che è da due a quattro volte la quantità di fluidi con cui l’industria globale del petrolio e del gas si occupa oggi. Per costruire un settore di tale portata, entro quella data, dobbiamo iniziare oggi, con la ricerca su larga scala e la distribuzione. Il prezzo della cattura di CO2 dall’aria deve essere ridotto rapidamente.

Ma c’è un problema: seppellire CO2 non ha benefici economici a breve termine., In assenza di un prezzo abbastanza rigido sul carbonio, destinato a mettere un valore sui suoi benefici a lungo termine, CCS non penalizza. Non c’è alcun incentivo per le aziende a farlo e quindi nessun incentivo a migliorare la cattura del carbonio.

La soluzione facile a questo dilemma sarebbe un prezzo globale sul carbonio, ma ciò non sembra accadere. Così come, in assenza di un prezzo del carbonio, può l’industria di cattura del carbonio andare avanti?

Ecco un’idea: almeno per un po’, piuttosto che seppellire il carbonio, le aziende che lo catturavano potrebbero venderlo.,

Utilizzando CO2 potrebbe fornire una spinta per la cattura di carbonio

L’anidride carbonica è una merce con un certo valore. Viene utilizzato, sia direttamente che come materia prima, da una serie di industrie ed è stato per oltre un secolo.

La maggior parte della CO2 utilizzata dalle industrie oggi è un sottoprodotto dei processi di combustibili fossili, spesso da gas naturale o da impianti alimentati a carbone che producono ammoniaca; cioè proviene da sotto la superficie terrestre. Proprio come bruciare combustibili fossili, trasferisce CO2 dalla geosfera all’atmosfera.,

Ma se la CO2 estratta dall’aria diventasse più abbondante e più economica, potrebbe iniziare a competere con la CO2 terrestre. In teoria, qualsiasi industria che utilizza carbonio da sotto terra – per carburante, bevande, direttamente nei processi industriali, come materia prima per creare altri prodotti, o qualsiasi altra cosa — potrebbe passare alla CO2 catturata dall’aria.

L’utilizzo di CO2 dall’aria per prodotti e servizi è noto come cattura e utilizzo del carbonio (CCU). Secondo alcune stime, è un mercato potenzialmente da trillion 1 trilione entro il 2030. E potrebbe avere due ampi vantaggi.,

In primo luogo, potrebbe ridurre le emissioni di CO2, in parte sequestrando parte del carbonio in modo permanente in prodotti durevoli e in parte sostituendo processi ad alta intensità di carbonio, evitando così emissioni che altrimenti si sarebbero verificate.

Per essere chiari, la CCU non ridurrà mai abbastanza CO2 da evitare la necessità di CCS (cioè seppellire il carbonio). Neanche lontanamente. Il tonnellaggio di CO2 che l’umanità emette semplicemente sminuisce il tonnellaggio dei prodotti a base di carbonio che consuma.

Ma CCU potrebbe essere uno strumento utile nella cintura degli strumenti di decarbonizzazione., Come ha detto un recente articolo, ” Ogni atomo di C che possiamo riciclare è un atomo di carbonio fossile lasciato nel sottosuolo per le prossime generazioni che non raggiungeranno l’atmosfera oggi.”Secondo una stima ottimistica, la CCU potrebbe ridurre fino al 10% delle emissioni globali totali entro il 2030.

In secondo luogo, la domanda di CO2 guidata dalla CCU potrebbe fornire una spinta iniziale del mercato, contribuendo a far aumentare la tecnologia di cattura del carbonio e i suoi costi ridotti, in modo che sia pronta quando i responsabili politici finalmente si orientano a sostenere seriamente la CCS. Potrebbe servire da “rampa” per CCS.,

Una guida al mondo complesso e confuso dell’utilizzo del carbonio

Questa è un’area calda e in rapido sviluppo nel mondo climatico ed energetico. Ci sono tutti i tipi di ricerca in corso in nuovi usi di CO2, tutti i tipi di progetti pilota in corso, tutti i tipi di start-up spuntando, e tutti i tipi di informazioni confuse e hype galleggianti intorno. Vediamo se riusciamo a risolvere la cosa.

Ecco come andrà questa serie di post., In questo post, daremo una breve occhiata alle due principali fonti di cattura del carbonio industriale e ai modi di base in cui la CO2 è attualmente utilizzata dall’industria, solo per orientarsi.

Nel secondo post, discuteremo l’argomento vessato di enhanced Oil Recovery (EOR), che è di gran lunga il più grande uso industriale attuale di CO2.

Nel terzo post, esamineremo più da vicino i principali mercati non EOR per la CO2, come i materiali da costruzione e i combustibili, e il loro potenziale totale, sia in termini economici che di carbonio.,

E nel post finale, contempleremo la strada da seguire per la CCU, quali tipi di politiche di supporto richiede e, facendo un passo indietro, il modo giusto per vederlo nel contesto generale della lotta al clima.

Sarà divertente! Non vedrai mai più CO2 allo stesso modo.

Varietà di cattura del carbonio

Per prima cosa, chiariamo cosa intendo quando parlo di difendere un’industria di cattura del carbonio industriale.,

Un’ampia varietà di processi “naturali” assorbe e sequestra il carbonio, sulla terra (foreste e suolo), sulle coste (zone umide e mangrovie) e nell’oceano. La capacità di assorbimento del carbonio di questi processi può essere migliorata con una gestione umana intelligente — ad esempio, il programma LandCarbon del Servizio geologico degli Stati Uniti-e possono svolgere un ruolo importante nella lotta al clima.

Ma in questi post, parleremo invece della cattura industriale del carbonio, macchine costruite per assorbire CO2 dall’aria attraverso reazioni chimiche., Non entreremo nelle varie chimiche e tecnologie coinvolte (ce ne sono molte e sono complicate), ma vale la pena tenere a mente una distinzione.

La CO2 può essere estratta dai gas di scarico — flussi di rifiuti prodotti dalla generazione di energia o da altri processi industriali — oppure può essere estratta dall’aria ambiente attraverso un processo noto come Direct Air Capture (DAC). Ognuno ha i suoi vantaggi e svantaggi.

Il grande vantaggio di attingere dai gas di scarico è che la CO2 è concentrata, circa una molecola ogni 10, mentre nell’aria ambiente, è una molecola ogni 2.500. Con le leggi della chimica che sono ciò che sono, richiederà sempre meno energia per disegnare un materiale da una fonte già concentrata. In base al prezzo delle materie prime, la CO2 dei gas di combustione sarà probabilmente sempre più economica della CO2 prodotta dal DAC.

Ma DAC ha vantaggi propri. Innanzitutto, è geograficamente agnostico., Non ha bisogno di essere collegato a nulla o costruito in un luogo particolare. La CO2 è ugualmente concentrata nell’aria ovunque nel mondo, quindi il DAC può essere costruito ovunque nel mondo, ovunque sia necessaria la CO2, eliminando i costi di trasporto. È più piccolo, più modulare e più adattabile.

In secondo luogo, a differenza di ogni altra forma di cattura del carbonio, terrestre o industriale, il DAC è limitato solo dai costi. Può scalare fino a qualsiasi dimensione, a seconda solo della nostra volontà di spendere soldi su di esso., Ecco perché molti nel campo credono che il DAC sia la tecnologia a emissioni negative più promettente a lungo termine.

(NB: ci sono aziende come Global Thermostat con tecnologie che affermano in grado di catturare il carbonio da entrambe le fonti.)

Come vedremo, varie opzioni per CCU potrebbero essere più adatte a una forma di cattura o all’altra.

L’uso della CO2 e il suo potenziale

Con tutto questo background, diamo un’occhiata ai modi in cui la CO2 viene attualmente utilizzata.,

Ecco un grafico della Royal Society del Regno Unito che espone le opzioni di base:

Partendo dal basso: la CO2 può essere utilizzata direttamente, in serra, per carbonare bevande, o per un maggiore recupero di petrolio (il più grande uso corrente), oppure può essere trasformata, attraverso un’ampia varietà di processi chimici, in materiali o materie prime. Una delle conversioni chimiche con il più grande potenziale, in alto, è la combinazione di CO2 con idrogeno per produrre combustibili di idrocarburi sintetici.,

Questo grafico dell’Iniziativa globale CO2 dell’Università del Michigan diventa un po ‘ più granulare sui prodotti risultanti:

Alcuni di questi processi e prodotti sono più avanti nello sviluppo del mercato rispetto ad altri; alcuni hanno un potenziale di mitigazione del carbonio più grande di altri; alcuni hanno un potenziale di mercato totale più grande di altri. (Vedremo tutto ciò più da vicino nel terzo post.)

Una distinzione da tenere a mente per ora ha a che fare con quanto tempo ciascuna di queste opzioni sequestra CO2.

Per la maggior parte di essi, è un tempo relativamente breve., Ad esempio, se la CO2 catturata viene utilizzata per produrre combustibili sintetici, i combustibili vengono poi bruciati, a quel punto la CO2 viene rilasciata nell’atmosfera. È il riciclaggio del carbonio (o upcycling), non il sequestro del carbonio.

Il recupero dell’olio potenziato può essere fatto di concerto con il sequestro geologico permanente del carbonio, ma raramente lo è oggi. (Lo vedremo più da vicino nel secondo post.)

Delle varie altre categorie di CCU, solo i materiali da costruzione (e possibilmente nuovi materiali come la fibra di carbonio) possono pretendere di sequestrare la CO2 in modo semi-permanente., Quando si inietta CO2 nel calcestruzzo, il calcestruzzo viene quindi utilizzato in un edificio che potrebbe durare fino a un secolo; quindi, se l’edificio scende, il calcestruzzo può essere rotto e riutilizzato. La CO2 rimane ferma, legata chimicamente.

Questa distinzione è importante per contemplare il potenziale di mitigazione totale della CCU. Solo una piccola parte di esso può mai affermare di essere carbon-negativo; il suo potenziale di sequestro è limitato. Per la maggior parte, il suo beneficio verrà dalla sostituzione dei processi ad alta intensità di carbonio con quelli a zero emissioni di carbonio, evitando le emissioni di carbonio., (E anche quel potenziale può essere limitato; più su questo nel quarto post.)

Tutto ciò significa, ancora una volta, che CCU non sostituirà mai CCS. Nella migliore delle ipotesi aiuterà a gettare le basi per CCS.

Nella sua storica roadmap 2016 per le industrie CCU, l’iniziativa globale di CO2 è stata estremamente rialzista sul potenziale di mitigazione della CCU, sostenendo che potrebbe sostanzialmente aiutare a raggiungere gli obiettivi climatici di Parigi.,

Vale la pena notare che queste proiezioni ottimistiche non sono universalmente condivise; la stima del potenziale di mitigazione della roadmap è alla fine alta degli studi recenti. Una valutazione dell’IPCC del 2005 ha concluso tristemente che “la scala dell’uso della CO2 catturata nei processi industriali è troppo piccola, i tempi di stoccaggio troppo brevi e il bilancio energetico troppo sfavorevole per gli usi industriali della CO2 per diventare significativo come mezzo per mitigare il cambiamento climatico.”

Ancora, molto è cambiato dal 2005. L’energia rinnovabile è diventata più economica e la conversione di CO2 è migliorata., Per lo meno, la CCU è una delle tante tecnologie potenzialmente in grado di ridurre il carbonio che merita molta più attenzione e supporto di quanto non stia attualmente ricevendo dai responsabili politici.

La politica non incoraggia esattamente il pensiero a lungo termine, ma il 2050 non è così lontano e il 2030 è ancora più vicino. Mantenere la temperatura “ben al di sotto” dei 2 gradi, l’obiettivo delle Nazioni Unite, non significa solo raggiungere le emissioni nette zero entro il 2050, come ora sostiene la maggior parte dei candidati democratici alla presidenza. Significa anche costruire la capacità di seppellire centinaia di gigatoni di carbonio., Nella misura in cui CCU può aiutare a ottenere che andare-una questione aperta, per ora-vale la pena perseguire.

Nella seconda parte, daremo un’occhiata più da vicino al recupero dell’olio migliorato, l’uso corrente dominante di CO2. Da un lato, utilizza infrastrutture che potrebbero essere facilmente riutilizzate per il sequestro del carbonio in aree che tendono ad essere adatte al sequestro del carbonio. D’altra parte, autorizza le compagnie petrolifere. Dobbiamo affrontare questo dilemma.,