Un impianto per la produzione di idrogeno in California rappresenterà un importante banco di prova di una tecnologia che secondo i ricercatori avrà un ruolo fondamentale per ripulire l’atmosfera. Ma il cammino è irto di ostacoli
di James Temple
Una startup californiana, Mote, prevede di costruire un nuovo tipo di impianto per la produzione di carburante nella fertile Central Valley della California che, se funziona come sperato, catturerebbe e seppellirebbe l’anidride carbonica. La struttura farebbe affidamento sui cumuli di rifiuti agricoli prodotti non solo dai vasti frutteti di mandorle dello stato, ma anche da altri tipi di fattorie e riscalderebbe gli avanzi come potature di alberi e noccioli di frutta a temperature superiori agli 800 °C, abbastanza calde da convertire la biomassa in idrogeno e anidride carbonica.
Mote prevede di separare l’anidride carbonica e pomparla in profondità nelle falde acquifere saline o nei pozzi petroliferi in disuso vicino all’impianto. L’idrogeno verrebbe venduto per servire le flotte statali in crescita di autobus e camion a emissioni zero. Il processo dovrebbe immagazzinare permanentemente il carbonio catturato dalle piante mentre crescono. L’idrogeno dovrebbe sostenere gli alti costi del processo.
Mote afferma che la sua struttura sarebbe la prima a convertire la biomassa in idrogeno catturando le emissioni di carbonio. Tuttavia, è innegabile che rientri in un numero crescente di iniziative per commercializzare la bioenergia con cattura e sequestro del carbonio, o BECCS, una tecnologia proposta per la prima volta due decenni fa per la lotta al cambiamento climatico.
Tali operazioni potrebbero rimuovere i gas serra dall’atmosfera nel tempo, anche se non garantiscono alternative a basse o zero emissioni per i combustibili fossili. Ma le difficoltà legate ai costi sono serie e anche le garanzie di abbattere in modo affidabile i livelli di anidride carbonica sono al momento limitate.
Dan Sanchez, che gestisce il Carbon Removal Lab dell’Università della California, a Berkeley, afferma che il processo che Mote intende utilizzare, noto come gassificazione della biomassa, è tecnicamente difficile e costoso. La raccolta di combustibili da fattorie o foreste sparse sarà complicato così come l’attento pretrattamento dei rifiuti e la minuziosa pulizia dei gas risultanti.
Inoltre, le prospettive a lungo termine dell’azienda potrebbero essere limitate dalla mancanza di infrastrutture per spostarsi e immagazzinare i gas risultanti, nonché dalla domanda limitata per la varietà di idrogeno ad alto costo che intende produrre.
Ma l’impianto di Mote potrebbe rivelarsi un approccio particolarmente efficace al BECCS perché il carburante risultante è privo di emissioni di carbonio, mentre altri tipi di impianti producono combustibili che alla fine ne rilasciano una certa quantità.
Mac Kennedy, amministratore delegato dell’azienda, afferma che la struttura potrebbe diventare redditizia in pochi anni sfruttando i sussidi statali per i combustibili a basse emissioni di carbonio e i crediti d’imposta federali per lo stoccaggio del carbonio. Spera, inoltre, di costruire altri impianti in tutta la California e oltre, attingendo ad altre fonti di carburante come alberi rimossi dalle foreste, sia a seguito di incendi che a scopo preventivo.
Alcune domande difficili
BECCS è una tecnologia definita a grandi linee che può includere strutture che funzionano con trucioli di legno, panico verga o rifiuti urbani e che producono elettricità, etanolo o cosiddetti combustibili sintetici in grado di alimentare automobili, camion e aerei. L’idea ha raccolto consensi nel mondo della ricerca e in quello politico poiché i modelli climatici convengono sul fatto che l’unico modo per evitare livelli di riscaldamento molto pericolosi in questo secolo è aspirare grandi quantità di gas serra dall’atmosfera.
Le piante e gli alberi già fanno un ottimo lavoro, ma quando muoiono, marciscono o bruciano, gran parte del carbonio viene restituito all’aria. Vari schemi BECCS promettono di “assicurarsi che sia permanentemente eliminato dall’atmosfera”, afferma Roger Aines, che guida la Carbon Initiative del Lawrence Livermore National Laboratory. La speranza è che queste operazioni possano essere almeno a impatto zero, senza aggiungere più gas serra di quelli che rimuovono. Ma alcuni promettono di sottrarre molto più di quanto viene generato, ottenendo le cosiddette emissioni negative.
Nel 2018, il panel delle Nazioni Unite sul clima è arrivato alla conclusione che limitare il riscaldamento a 1,5 °C rispetto ai livelli preindustriali potrebbe richiedere la rimozione di fino a 8 miliardi di tonnellate di anidride carbonica all’anno attraverso il BECCS entro il 2050. Le stime per la capacità di rimozione del carbonio della tecnologia variano ampiamente, da 1 miliardo a 15 miliardi di tonnellate all’anno a livello globale entro la metà del secolo, secondo una revisione di gennaio della letteratura scientifica proposta dall’Energy Futures Initiative.
Le stime dei costi variano ampiamente a seconda delle tecnologie, delle fonti di carburante e dei risultati. Ma uno studio del 2020, condotto dai ricercatori dell’Oak Ridge National Laboratory, ha scoperto che i costi per l’utilizzo della biomassa per catturare e immagazzinare permanentemente quasi 200 milioni di tonnellate di anidride carbonica sarebbero compresi tra 62 e 137 dollari per tonnellata negli Stati Uniti.
Ciò include, secondo lo studio, le entrate derivanti dai prodotti risultanti, come la vendita di elettricità generata da tali impianti. Questi costi sono di gran lunga inferiori alla cattura diretta dell’aria, un’altra ipotesi circolante, che può superare i 600 dollari per tonnellata. Ma anche se si attestasse sui 60 dollari per tonnellata, BECCS non sarebbe redditizio da solo.
Ciò significa che, per ora, tali operazioni dipenderanno quasi esclusivamente dai sussidi governativi per essere redditizie. “Certamente i costi aggiuntivi del BECCS, o qualsiasi strategia di decarbonizzazione delle emissioni negative, dovranno essere in qualche modo compensati affinché il settore cresca”, spiega in un’e-mail Matthew Langholtz, economista delle risorse naturali presso l’Oak Ridge Lab e uno degli autori dello studio.
Alcuni esperti temono che se il BECCS si svilupperà su larga scala, potrebbe danneggiare la produzione alimentare e creare persino incentivi per radere al suolo foreste e praterie e coltivare colture per la bioenergia al loro posto. Questi e altri problemi rendono difficile tenere adeguatamente conto della quantità di carbonio rimossa e della quantità rilasciata durante il processo. L’agricoltura produce gas serra molto potenti.
Finora, la maggior parte degli impianti BECCS ha prodotto combustibili contenenti carbonio come l’etanolo che rilasciano CO2 quando vengono bruciati. Inoltre, l’anidride carbonica risultante viene venduta per uno dei suoi usi più comuni, Il recupero di petrolio potenziato, che non potrebbe essere estratto altrimenti dai pozzi. (Mote dice che non userebbe l’anidride carbonica per questo scopo).
Tecnicamente, tutte queste applicazioni potrebbero rimuovere più carbonio di quello rilasciato durante l’intero processo, ma assicurarsi che ciò avvenga effettivamente con l’espansione del settore richiederà la creazione di standard contabili comuni e affidabili, un’operazione apparsa complessa, in aree simili, come le compensazioni di carbonio delle foreste.
Passare dalle parole ai fatti
L’idea di Mote è nata da un’iniziativa di ricerca che ha preso forma diversi anni fa, quando gli scienziati del Lawrence Livermore Lab hanno cercato di risolvere un problema che tormenta la California. Verso la fine della sua amministrazione nel 2018, il governatore Jerry Brown ha emesso un ordine esecutivo che, sebbene non vincolante, fissava l’obiettivo di raggiungere la “neutralità carbonica” in ogni settore dell’economia dello stato entro il 2045.
La domanda è: come potrebbe la quinta più grande economia mondiale raggiungere questo obiettivo quando i ricercatori e le imprese devono ancora sviluppare metodi economici e puliti per coltivare colture, allevare bestiame, alimentare aerei e gestire il parco industriale?
È una versione locale dello stesso problema di base che ha costretto gli esperti di modelli climatici a tenere conto degli alti livelli di BECCS nelle loro proiezioni mentre calcolavano i modi per impedire al pianeta di superare 1,5 °C di riscaldamento, dato l’aumento di emissioni, temperature e il lento progresso verso l’energia pulita. Se le aziende, gli stati o le nazioni possono rimuovere una quantità sufficiente di gas serra dall’atmosfera, possono teoricamente bilanciare i livelli che continuano a emettere o addirittura ottenere una diminuzione netta.
In un rapporto pubblicato nel gennaio del 2020, il team del Lawrence Livermore ha concluso che l’unico modo per far tornare i conti per la California era rimuovere più di 125 milioni di tonnellate di anidride carbonica all’anno entro il 2045. Il sistema proposto, scalabile e a basso costo, utilizzava un processo conosciuto: cuocere ma non bruciare la biomassa di scarto, ad alte temperature e pressioni e con limitate quantità di ossigeno, per convertirla in gas e poi catturare e immagazzinare l’anidride carbonica risultante. Questa tecnologia prometteva di compensare le emissioni in corso dello stato.
Era l’opzione migliore per rimuovere i gas serra “da una prospettiva ambientale ed economica”, afferma Joshuah Stolaroff, autore del documento. Pochi mesi dopo, nel marzo del 2020, Stolaroff e Kennedy hanno cofondato Mote per costruire una struttura a grandezza naturale per farlo. Il primo impianto di Mote, che potrebbe entrare in funzione già nel 2024, rimuoverebbe 150.000 tonnellate di anidride carbonica all’anno e produrrebbe 7.000 tonnellate di idrogeno.
Mote sta collaborando con CarbonCure Technologies, che aggiunge CO2 catturata dalle combustioni per produrre cemento. Ma l’accordo cruciale, non ancora siglato, che determinerà l’ubicazione definitiva dell’impianto, è con il proprietario di un sito in cui l’impianto potrebbe iniettare il gas serra nel sottosuolo.
La contea di Kern, in California, potrebbe essere un banco di prova ideale per un progetto del genere, data la sua vicinanza sia alle fattorie che ai pozzi di petrolio e gas. Inoltre, lo stato ha numerose politiche sul clima e sull’inquinamento che potrebbero sostenere l’iniziativa, inclusi sussidi significativi per combustibili a basse emissioni di carbonio, finanziamenti per le infrastrutture dell’idrogeno e norme inasprite sulla combustione dei rifiuti agricoli.
Il programma standard per carburanti a basse emissioni di carbonio della California, che fissa nel tempo limiti all’intensità di carbonio dei carburanti venduti nello stato, fornisce crediti alle aziende che vendono carburanti più puliti, creando effettivamente un mercato per loro.
I produttori e gli importatori di carburante devono raggiungere gli obiettivi definiti dallo stato producendo combustibili a basse emissioni di carbonio o acquistando direttamente crediti in proprio o da altre aziende che hanno generato tali combustibili o superato gli obiettivi. Questi crediti, che rappresentano ciascuno una tonnellata di anidride carbonica, sono stati recentemente scambiati per circa 175 dollari.
Mote dovrebbe anche poter usufruire di un credito d’imposta federale che entro il 2026 fornirà fino a 50 dollari per ogni tonnellata di anidride carbonica iniettata nelle formazioni geologiche. L’azienda prevede che l’industria degli autotrasporti pesanti, che secondo le regole californiane dovrà passare a combustibili a basse emissioni di carbonio, fungerà da primo mercato per l’idrogeno, che potrà essere utilizzato per generare elettricità o come materia prima nella produzione di acciaio e in altri processi industriali.
I fondatori di Mote sostengono che la loro azienda è in grado di eludere o minimizzare alcuni dei problemi legati al BECCS. Sfruttando i sottoprodotti agricoli e forestali, dovrebbe evitare di entrare in competizione con la produzione alimentare o di creare pressioni per convertire le foreste o le praterie in fattorie.
Gassificando la biomassa, anziché bruciarla come fanno alcune forme di BECCS, si aspettano di ridurre al minimo l’inquinamento atmosferico risultante, in particolare rispetto alla quantità che sarebbe prodotta se gli agricoltori bruciassero i loro rifiuti.
Infine, sostengono, il processo dovrebbe comportare una significativa rimozione netta di carbonio. Non solo inietteranno principalmente la CO2 catturata nel sottosuolo, ma prevedono di utilizzare veicoli a emissioni zero per raccogliere la biomassa, mentre l’idrogeno che producono sarà un combustibile a zero emissioni di carbonio.
Alla domanda se sarà troppo costoso e complesso raccogliere continuamente rifiuti agricoli e alberi, Kennedy ha risposto via e-mail che questa è una “prospettiva molto comune al di fuori della Central Valley”. Ma ha sottolineato che sono già in atto operazioni di trasporto e logistica su larga scala altamente efficienti, che spostano grandi quantità di merci nella regione ogni giorno.
Una lunga serie di tentativi
Nonostante tutte le promesse di BECCS, i tempi di decollo dell’iniziativa sono ancora lunghi. Il rapporto Energy Futures Initiative elenca solo 16 progetti a livello globale fino ad oggi, quasi tutti in fase pilota o dimostrativa. La maggior parte sono strutture esistenti, come impianti di etanolo e centrali elettriche a biomassa, che hanno aggiunto sistemi di cattura del carbonio.
L’unico su larga scala è l’impianto di etanolo di Archer-Daniels-Midland a Decatur, in Illinois. L’impianto cattura fino a 1 milione di tonnellate di carbonio all’anno e lo sequestra all’interno di uno strato di arenaria sotterraneo. Ma, osserva il rapporto, emette ancora più CO2 di quanta ne rimuova. L’azienda, pertanto, sta continuando a perfezionare la tecnologia di cattura del carbonio.
Charm Industrial, una startup di San Francisco, ha adottato un approccio diverso. Sta convertendo i rifiuti agricoli in un liquido ricco di carbonio che pompa sottoterra in caverne saline o altri tipi di siti geologici regolamentati. L’azienda guadagna vendendo crediti di carbonio alle aziende che cercano di compensare le loro emissioni in corso o storiche in modo permanente. La lista di clienti importanti include Microsoft, Stripe e Shopify.
In particolare, Charm ha iniziato cercando di gassificare la biomassa per produrre anche idrogeno. Ma, come già riportato da Grist, l’azienda ha presto scoperto che i costi di trasporto associati erano troppo alti. “La biomassa è semplicemente troppo ‘soffice’”, ha scritto il CEO Peter Reinhardt su Twitter, spiegando perché l’azienda ha cambiato direzione.
Lo scorso marzo, Chevron, Schlumberger New Energy, Microsoft e Clean Energy Systems hanno annunciato una partnership per l’ammodernamento di una centrale elettrica a Mendota, in California, per generare elettricità dai rifiuti agricoli catturando le emissioni risultanti e iniettandole nelle vicine formazioni geologiche sotterranee. In un comunicato stampa, le aziende hanno affermato che la struttura rimuoverà circa 300.000 tonnellate di anidride carbonica all’anno.
Ci sono anche tentativi in corso per creare infrastrutture per supportare futuri progetti BECCS. Summit Carbon Solutions of Iowa ha proposto un progetto da 4,5 miliardi di dollari per installare migliaia di chilometri di gasdotti per trasportare l’anidride carbonica che potrebbe essere catturata in dozzine di impianti di etanolo in cinque stati in un sito di stoccaggio vicino a Bismarck, nel North Dakota. La costruzione dell’oleodotto, afferma l’azienda, consentirà agli impianti di produrre carburante “a emissioni zero” entro il 2030, consentendo loro di vendere nei mercati che hanno adottato standard di carburante a basse emissioni di carbonio.
La proposta, tuttavia, ha già suscitato preoccupazioni tra i proprietari terrieri e alcuni gruppi ambientalisti. I critici sostengono che gli impianti BECCS industriali e le infrastrutture di supporto comporteranno rischi di perdite e inquinamento e temono che le aree povere dovranno asssumersi l’onere maggiore, come già successo in passato.
Un documento dello scorso anno di Carbon 180, un gruppo di Ong impegnate sul fronte del clima, ha stabilito una serie di principi che dovrebbero guidare gli sviluppi del BECCS e informare la politica federale, comprese le salvaguardie per i lavoratori agricoli, metodi affidabili di contabilizzazione del carbonio e solide protezioni della comunità.
In effetti, Mote sta costruendo un costoso impianto di idrogeno, che non potrebbe competere da solo con la versione più a basso costo e non pulita a base di gas naturale. L’economia può funzionare in California, grazie alle politiche climatiche dello stato, ma è probabile che esso e altri progetti BECCS incontreranno problemi ad espandersi altrove.
La diffusione degli impianti BECCS e quanto effettivamente aiuteranno a rimuovere l’anidride carbonica dipenderà probabilmente dal tipo di politiche e normative messe in atto e da quanto attente le aziende sono, o sono costrette a essere, sulla registrazione contabile del carbonio.
Anche altri progetti statunitensi potrebbero trarre vantaggio dal credito d’imposta federale, ma in molti casi non sarà sufficiente da solo per garantire che possano raccogliere finanziamenti e guadagnare profitti, afferma Tesfaye. Oltre alla California, solo alcuni stati hanno emanato standard di carburante a basse emissioni di carbonio, tra cui Oregon e British Columbia. Altri li hanno proposti o presi in considerazione, inclusi Washington, New York e Colorado.
Lo sviluppo di queste iniziative in California richiederà la costruzione di più impianti e la distribuzione o lo sviluppo di camion, gasdotti e siti di stoccaggio per i combustibili e l’anidride carbonica. In altre parole, prevederà la concessione di molte autorizzazioni in uno stato in cui è notoriamente difficile che vengano approvati nuovi progetti.”Se tutto va bene, la produzione inizierà entro il 2024″, ha concluso Kennedy.
(rp)
