La bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS) è una potenziale tecnologia di mitigazione dei gas serra che produce emissioni di biossido di carbonio negative combinando l’uso di bioenergia (energia da biomassa) con la cattura e lo stoccaggio del carbonio geologico. Il concetto di BECCS è tratto dall’integrazione di alberi e colture, che estraggono l’anidride carbonica (CO 2 ) dall’atmosfera mentre crescono, l’uso di questa biomassa nelle industrie di trasformazione o centrali elettriche e l’applicazione della cattura e dello stoccaggio del carbonio attraverso Iniezione di CO 2 in formazioni geologiche. Esistono altre forme non BECCS di rimozione e stoccaggio del biossido di carbonio che includono tecnologie come biochar, cattura di biossido di carbonio e sepoltura di biomassa e agenti atmosferici avanzati.
Secondo una recente relazione Biorecro, vi sono 550 000 tonnellate di CO 2 / anno nella capacità totale di BECCS attualmente in funzione, suddivisa in tre diversi impianti (a partire da gennaio 2012).
Nel quarto rapporto di valutazione dell’IPCC del Gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici (IPCC), il BECCS è stato indicato come una tecnologia chiave per raggiungere obiettivi di concentrazione atmosferica a basso tenore di biossido di carbonio. Le emissioni negative che possono essere prodotte da BECCS sono state stimate dalla Royal Society per essere equivalenti ad una diminuzione da 50 a 150 ppm nelle concentrazioni globali di anidride carbonica nell’atmosfera e secondo l’International Energy Agency, lo scenario BLUE di mitigazione dei cambiamenti climatici richiede più di 2 gigatonnellate di emissioni di CO 2 negative all’anno con BECCS nel 2050. Secondo la Stanford University, 10 gigatonnellate sono realizzabili entro questa data.
L’Imperial College di Londra, il Regno Unito Hadley Center per la previsione e la ricerca sul clima, il Centro Tyndall per la ricerca sui cambiamenti climatici, il Walker Institute per la ricerca sui sistemi climatici e il Grantham Institute for Climate Change hanno pubblicato un rapporto congiunto sulle tecnologie di rimozione del biossido di carbonio come parte dell’AVOID: Evitare il pericoloso programma di ricerca sui cambiamenti climatici, affermando che “Nel complesso, delle tecnologie studiate in questo rapporto, BECCS ha la maggiore maturità e non ci sono grossi ostacoli pratici alla sua introduzione nel sistema energetico di oggi. il prodotto supporterà la distribuzione anticipata. ”
Secondo l’OCSE, “Raggiungere obiettivi di concentrazione inferiori (450 ppm) dipende in modo significativo dall’uso di BECCS”.
Bioenergy
Opzioni di ridimensionamento
La bioenergia è spesso vista come un sostituto “carbon neutral” potenzialmente grande per i combustibili fossili. Ad esempio, l’Agenzia internazionale per l’energia considera la bioenergia come una fonte potenziale di oltre il 20% di energia primaria entro il 2050, un rapporto del Segretariato dell’UNFCCC valuta il potenziale della bioenergia a 800 esaujoule all’anno (EJ / anno), che supera significativamente il attuale consumo energetico globale. Attualmente l’umanità utilizza circa 12 miliardi di tonnellate di biomassa vegetale all’anno (riducendo la biomassa disponibile per gli ecosistemi terrestri del 23,8%), la sua energia chimica è di soli 230 EJ. Le pratiche esistenti di agricoltura e silvicoltura non aumentano la produzione totale di biomassa sul pianeta, ma la ridistribuiscono dagli ecosistemi naturali in favore dei bisogni umani. Soddisfazione a scapito dei biocarburanti con il 20-50% del fabbisogno energetico significherebbe un aumento della quantità di biomassa prodotta su terreni agricoli di un fattore 2-3. Insieme a questo, sarà necessario fornire cibo a una popolazione in crescita. Nel frattempo, l’attuale livello di produzione agricola colpisce già il 75% della superficie terrestre libero da deserti e ghiacciai, il che porta a stress esorbitanti sugli ecosistemi e su emissioni significative di CO 2 . La capacità di ricevere grandi quantità di biomassa aggiuntiva in futuro è quindi molto problematica.
“Carbon neutrality” della bioenergia
BECCS si basa sulla nozione che la bioenergia ha la proprietà di “neutralità del carbonio”, cioè ottenere energia dalle piante non porta all’aggiunta di CO 2 nell’atmosfera. Questa opinione è criticata dagli scienziati, ma è presente nei documenti ufficiali dell’Unione europea. In particolare, è sottesa la direttiva sull’aumento della quota di bioenergia al 20% e dei biocarburanti nei trasporti al 10% entro il 2020. Allo stesso tempo, vi è un numero crescente di prove scientifiche che mettono in discussione questa tesi. Le piante in crescita per la produzione di biocarburanti significano che la terra deve essere rimossa e liberata da altra vegetazione che potrebbe rimuovere naturalmente il carbonio dall’atmosfera. Inoltre, molte fasi del processo di produzione di biocarburanti producono anche emissioni di CO 2 . Il funzionamento delle attrezzature, il trasporto, l’elaborazione chimica delle materie prime, i disturbi della copertura del suolo sono inevitabilmente accompagnati dalle emissioni di CO 2 nell’atmosfera. Il saldo finale in alcuni casi potrebbe essere peggiore rispetto a quando si bruciano combustibili fossili. Un’altra opzione bioenergetica consiste nell’ottenere energia da vari scarti di agricoltura, lavorazione del legno, ecc. Significa rimuovere questi rifiuti dall’ambiente ricevente, dove durante gli eventi naturali il carbonio in essi contenuto potrebbe, di norma, passare nel terreno nel processo di decomposizione . Invece, viene rilasciato nell’atmosfera quando viene bruciato.
Le valutazioni integrali delle tecnologie bioenergetiche basate sul ciclo di vita forniscono un’ampia gamma di risultati a seconda che si tenga conto di cambiamenti diretti o indiretti nell’uso del suolo, della possibilità di ottenere sottoprodotti (ad esempio, mangimi per il bestiame), della serra ruolo del protossido di azoto dalla produzione di fertilizzanti e altri fattori. Secondo Farrell et al. (2006), l’emissione di biocarburanti da colture di cereali è inferiore del 13% a quella della benzina convenzionale. Uno studio dell’Agenzia per la protezione dell’ambiente degli Stati Uniti mostra che, con un orizzonte temporale di 30 anni, il biodiesel dal grano rispetto ai combustibili convenzionali dà un intervallo da una riduzione del 26% ad un aumento delle emissioni del 34% a seconda delle ipotesi fatte.
“Debito di carbonio”
L’uso della biomassa nell’industria elettrica è associato a un altro problema per la neutralità del carbonio, che non è tipico dei biocarburanti per il trasporto. Di regola, in questo caso stiamo parlando di legna da ardere. La CO 2 della combustione del legno penetra nell’atmosfera direttamente nel processo di combustione e la sua estrazione dall’atmosfera avviene quando nuovi alberi crescono per decine e centinaia di anni. Questo intervallo di tempo è solitamente chiamato “debito di carbonio”, per le foreste europee raggiunge i duecento anni. Per questo motivo, la “neutralità della CO2” del legno come biocarburante non può essere raggiunta a breve e medio termine, mentre i risultati della modellizzazione climatica indicano la necessità di una rapida riduzione delle emissioni.L’uso di alberi a crescita rapida con l’uso di fertilizzanti e altri metodi di coltivazione industriale porta alla sostituzione di foreste con piantagioni che contengono molto meno carbonio degli ecosistemi naturali. La creazione di tali piantagioni comporta la perdita di biodiversità, l’esaurimento del suolo e altri problemi ambientali, simili alle conseguenze della diffusione delle monocolture di cereali.
Implicazioni per gli ecosistemi
Secondo uno studio pubblicato sulla rivista Science, l’introduzione delle emissioni di CO 2 da combustibili fossili, ignorando le emissioni di biocarburanti, aumenterà la domanda di biomassa, che entro il 2065 trasformerà praticamente tutte le foreste naturali, i prati e la maggior parte degli altri ecosistemi in piantagioni di biocarburanti. Le foreste sono già state distrutte per i biocarburanti. La crescente domanda di pellet porta all’espansione del commercio internazionale (principalmente con forniture per l’Europa), minacciando le foreste in tutto il mondo. Ad esempio, il produttore inglese di energia Drax prevede di produrre la metà della sua capacità di 4 GW da biocarburanti. Ciò significa che è necessario importare 20 milioni di tonnellate di legno all’anno, il doppio rispetto a quello raccolto nel Regno Unito stesso.
Redditività energetica dei biocarburanti
La capacità dei biocarburanti di servire come fonte primaria di energia dipende dalla sua efficienza energetica, cioè dal rapporto tra l’energia utile ricevuta e l’energia spesa. Il bilancio energetico del grano etanolo è discusso in Farrell et al. (2006). Gli autori giungono alla conclusione che l’energia estratta da questo tipo di combustibile è significativamente superiore al consumo di energia per la sua produzione. D’altra parte, Pimentel e Patrek dimostrano che i costi energetici sono il 29% più recuperabili. La discrepanza è dovuta principalmente alla valutazione del ruolo dei sottoprodotti, che, secondo stime ottimistiche, possono essere utilizzati come mangimi per il bestiame e ridurre la necessità di produzione di soia.
Impatto sulla sicurezza alimentare
Poiché, nonostante anni di sforzi e investimenti sostanziali, la produzione di carburante dalle alghe non può essere portata fuori dai laboratori, i biocarburanti richiedono la rimozione dei terreni agricoli.Secondo i dati IEA per il 2007, la produzione annuale di 1 EJ di energia per i biocarburanti nel settore dei trasporti richiede 14 milioni di ettari di terreno agricolo all’anno, ovvero l’1% del carburante per il trasporto richiede l’1% di terreni agricoli.
Sequestro e stoccaggio del carbonio
Fondamenti fisici
Il metodo principale di sequestro e stoccaggio del carbonio è la sua iniezione nel sottosuolo.Tenendo conto delle proprietà fisiche della CO 2 e del gradiente geotermico con una profondità di iniezione di oltre 750 metri, la CO 2 sarà, di regola, in uno stato supercritico. La densità della CO 2iniettata nella transizione allo stato supercritico è di 660 kg / m 3, con un aumento della profondità di iniezione, aumenta. Secondo lo ZEP, il 90% di tutte le possibilità di smaltimento di CO 2 fornisce le falde acquifere salmastre nelle viscere della Terra riempite con soluzione salina, e in alcuni casi è possibile utilizzare i giacimenti di petrolio e gas sviluppati.
L’iniezione di CO 2 nel sottosuolo porta a un rigonfiamento della superficie terrestre sul sito di iniezione, che può essere osservato dai satelliti. Un altro metodo per controllare il comportamento della CO 2 nel sito di stoccaggio è il test sismico, durante il quale vengono registrate e analizzate le oscillazioni delle onde al suolo causate dall’esplosione di cariche di prova della dinamite o da generatori di onde sismiche speciali. L’accuratezza dei metodi di controllo esistenti non è sufficiente per valutare il successo dei progetti e il rilevamento delle perdite. Non esiste attualmente un modello affidabile per l’interazione di CO 2 , salamoia e rocce, quindi è impossibile prevedere con certezza gli effetti fisici e chimici di questa interazione. Ciò porta all’incertezza nella valutazione dei risultati a lungo termine dello smaltimento di CO 2 . È noto che l’interazione di CO 2 con soluzione salina conferisce a quest’ultima proprietà acide, che portano alla dissoluzione dei carbonati nello “scudo” minerale, nonché all’erosione dei silicati. Le reazioni chimiche che coinvolgono CO 2 supercritica e rocce possono creare zone ad alta permeabilità, che portano ulteriormente a perdite progressive di CO 2 . Fenomeni simili sono stati osservati durante l’esperimento con l’iniezione di CO 2 nella formazione di Frio sulla costa del Golfo negli Stati Uniti. La soluzione alla questione dell’idoneità dello “scudo” minerale per confinare la CO 2 sequestrata richiede una grande quantità di verifiche ed esperimenti. Ciò è dovuto al fatto che determinare le caratteristiche di resistenza e deformazione delle formazioni rocciose, tra cui la nucleazione, lo sviluppo e l’interazione di lacune e fessure, è molto difficile e qualsiasi livello di penetrazione di CO 2 attraverso i difetti dello strato superiore di minerali sopra di esso rappresenta una potenziale minaccia per l’ambiente. “Comportamento” geochimico della CO 2 supercritica in formazioni geologiche ad alta temperatura e pressione poco studiate. Le possibilità di test sperimentali in condizioni artificialmente ricreate sono limitate a causa della difficoltà di estrapolare i risultati di questi test su una scala temporale di almeno alcuni decenni.È noto che il normale cemento Portland non può resistere a tali condizioni.
Stime della disponibilità di un posto adatto in formazioni geologiche
L’opinione diffusa che ci sia abbastanza spazio nelle profondità per lo smaltimento della CO 2 è contestata dagli autori della ricerca di Economides 2010. Essi osservano che l’approccio analitico domina in letteratura, secondo il quale la pressione al limite del il serbatoio non cambia durante l’iniezione di CO 2 , vi è una capacità del serbatoio implicitamente considerata infinita. Ciò rende i calcoli convenienti, ma possono portare a conclusioni errate. In realtà, la costanza della pressione è possibile solo se il serbatoio comunica con la superficie della terra o il fondo dell’oceano, il che, secondo gli autori, lo rende inadatto per l’iniezione di CO 2 . In questo documento, viene proposto un modello analitico di un serbatoio chiuso, i calcoli fatti sulla base ci permettono di stimare la capacità disponibile di formazioni geologiche note. I risultati differiscono significativamente dall’attuale 1-4% dei loro volumi porosi in letteratura, l’1% è riconosciuto come limite superiore e il probabile valore della capacità è dello 0,01%, il che porta gli autori a concludere che la CFS è praticamente inutile come mezzo per ridurre le emissioni. Gli autori menzionano anche alcuni dati dell’attuale progetto Sleipner. Bickle et al. Il 2007 indica che la diffusione radiale della CO 2 si è rivelata molto inferiore alle attese, con una significativa penetrazione della CO 2 negli strati di roccia più alti. Le scoperte di Economides 2010 hanno causato una reazione estremamente negativa da parte di ricercatori coinvolti in progetti dimostrativi per lo smaltimento di CO 2 . La principale organizzazione europea in questo settore, la ZEP, nella sua risposta ufficiale afferma che “i carri armati di solito hanno frontiere aperte, quindi i flussi d’acqua possono fuoriuscire in una direzione orizzontale e verticale” senza alcun danno al mantenimento della CO 2 iniettata. Inoltre, a loro avviso, la mobilità della CO 2 nelle formazioni geologiche è utile per collegarla attraverso meccanismi fisici e chimici attivi da centinaia e migliaia di anni. D’altra parte, nella letteratura scientifica l’idea di chiusura come una proprietà necessaria dei serbatoi sotterranei è diffusa. Ad esempio, Shukla et al., Nella sua recensione del lavoro scientifico sulla CFS, indica che “la conservazione a lungo termine efficace di CO 2 è possibile solo se il luogo di stoccaggio è sufficientemente esteso ed è isolato, e le rocce del serbatoio del reservoir avere proprietà di conservazione sufficienti. Queste formazioni a bassa permeabilità dovrebbero impedire la migrazione di CO 2 supercritica dal bacino o potenzialmente la possibile contaminazione sulla superficie. ”
I risultati dei progetti dimostrativi
La posizione di leadership nel mondo nella creazione di progetti pilota del CFS è la Norvegia. Un grande progetto (Sleipner) ha funzionato dal 1996, un altro era in programma di aprire a Mangstat.Le opzioni di finanziamento sono determinate dalla tassa sul carbonio in Norvegia. Il progetto in Mangstat è stato realizzato con grandi difficoltà e ritardi, i costi finanziari hanno superato di 10 volte la stima iniziale. A settembre 2013, è stato finalmente chiuso.
Il progetto Sleipner opera nel Mare del Nord su piattaforme offshore a 250 km al largo della Norvegia. È stato lanciato nell’ottobre 2006, circa 1 milione di tonnellate di CO 2 separate dal gas naturale viene pompato nelle viscere della terra. L’iniezione viene eseguita attraverso un pozzo ad una profondità di circa 1000 metri. La CO 2 entra nella falda di arenaria di circa 200 metri di spessore. I test sismici sono stati effettuati nel 1999, 2001 e 2002. I loro risultati sono stati sconcertanti, poiché la distribuzione orizzontale della CO 2 si è rivelata molto inferiore alle attese, un buon accordo con la teoria è stato ottenuto con la quantità di CO 2 nelle profondità di 19 % di caricato. Peter M. Hogan, direttore del Geophysical Institute (Università di Bergen) ha delineato le possibili ragioni: “Gli strati hanno già iniziato a riempire. Le perdite si verificano attraverso strati sottili di argillite. L’accordo sui dati di misurazione e sul modello teorico richiede o di riconoscere la capacità di penetrazione di CO 2 di un ordine di grandezza inferiore a quello che abbiamo misurato su campioni di nucleo, o dobbiamo presumere che lo spessore dello strato di CO 2 dalle osservazioni sismiche sia eccessivo. È anche possibile che la concentrazione di CO 2 sia bassa e non si trovi più nel luogo di conservazione. “Più tardi, una faglia precedentemente sconosciuta è stata scoperta in formazioni geologiche sul fondo del mare a 25 km dal sito di iniezione, e ne stanno uscendo gas. Tuttavia, i ricercatori ritengono improbabile che ci sia una perdita dal bacino Sleipner attraverso questa spaccatura.
Il progetto A Salah, in Algeria, il secondo più grande dopo il norvegese Sleipner, ha iniziato le operazioni nel 2004. Il CO2 è stato smaltito, separato dal gas naturale nel processo di preparazione per la consegna al consumatore. Un totale di 3 pozzi ha funzionato, la profondità di sepoltura era di 1.800 m. L’iniezione di CO 2 nel sottosuolo è stata interrotta nel 2011, 4 milioni di tonnellate sono state sepolte in totale. Sono stati trovati la distruzione iniziale del foglio di copertura delle rocce e la penetrazione del CO 2 più vicino alla superficie. Il processo è riparato dall’osservazione satellitare.La fratturazione idraulica involontaria durante il processo di iniezione, simile a quella utilizzata nella produzione di petrolio, è riconosciuta come un probabile meccanismo di distruzione.
Il progetto Boundary Dam è un aggiornamento a una delle centrali elettriche a carbone nella provincia canadese di Saskatchewan, durante il quale ha installato le apparecchiature per catturare il 90% della CO 2 generata dall’unità di potenza durante la combustione, che viene successivamente utilizzata per EOR. Annunciato che catturerà 1 milione di tonnellate di CO 2 all’anno, la capacità della centrale elettrica di 110 MW (prima della modernizzazione di 139 MW). I critici indicano che non più della metà della CO 2 catturata rimarrà nel terreno a causa di perdite nella fase EOR. La struttura è stata commissionata nell’ottobre 2014, diventando il primo esempio dell’uso di SHU in una centrale a carbone. Nel 2015, il documento interno della compagnia elettrica ha dichiarato “gravi difetti di progettazione” del sistema di cattura, che ha portato a guasti sistematici e malfunzionamenti, con il risultato che questo sistema ha funzionato non più del 40% delle volte. La società – lo sviluppatore, secondo lo stesso documento, “non aveva né il desiderio né la capacità” di eliminare questi difetti di progettazione “fondamentali”. La compagnia elettrica non è stata in grado di adempiere ai propri obblighi di fornitura di CO 2 all’industria petrolifera, è stata costretta a rivederli e pagare una sanzione. Un certo numero di autorevoli media ha criticato il lato economico del progetto nelle sue pubblicazioni. I critici sottolineano che i contribuenti ei consumatori di elettricità dovranno sostenere costi per oltre 1 miliardo di dollari canadesi, mentre esiste un’alternativa molto più economica sotto forma di generatori eolici. Allo stesso tempo, il progetto è redditizio per una compagnia petrolifera che riceve CO 2 per EOR.
Scala di infrastrutture e tempi
Il climatologo Andy Skus stima i volumi di stoccaggio di CO 2 richiesti e l’infrastruttura necessaria per questo nello scenario di Van Vuuren et al. (2011). Quando la combustione di combustibili fossili produceva CO 2 nella quantità di 2,8 – 3,7 massa di carburante. I calcoli mostrano un’enorme massa di CO 2 , che dovrà essere collocata ogni anno nei siti di sepoltura entro la fine del secolo: circa quattro masse di combustibile fossile estratte nel 2000. Data la densità di CO 2 quando sepolto nelle profondità di circa 0,6 g / cm 3, ciò richiederà l’iniezione del volume di Lake Erieunderground ogni 7 – 8 anni. Dal momento che non ci sono vuoti di tale volume nelle profondità, i liquidi che si trovano lì (per lo più soluzioni saline) verranno espulsi verso la superficie, il che porterà a serie conseguenze.Inoltre, i siti di sepoltura a tali scale si rivelano inevitabilmente tutt’altro che ideali per le proprietà geologiche, il che aumenterà i costi e porterà a ulteriori rischi. Se prendiamo come base il valore di 2 milioni di tonnellate all’anno, quindi a partire dal 2030, è necessario commissionare uno di questi progetti al giorno per 50 anni. Ad un prezzo di $ 50 per tonnellata, entro la fine del secolo le spese avrebbero raggiunto astronomici $ 2 trilioni. nell’anno. Secondo l’autore, non è prudente sperare nella realizzazione di tali piani. Con conclusioni simili arriva il professor Vaclav Zmil. Secondo lui, sequestrando solo un decimo delle attuali emissioni globali di CO 2 (meno di 3Gt) richiederà la creazione di un’industria globale in grado di pompare gas compresso sotterraneo maggiore o uguale all’attuale infrastruttura di produzione petrolifera globale per la quale è stata creata oltre secolo. Allo stesso tempo, a differenza dell’industria petrolifera, che aveva un evidente interesse economico nel fare enormi investimenti nelle sue infrastrutture, stiamo parlando di finanziamenti a spese dei contribuenti dei paesi ricchi e in un tempo molto più breve. Le stime di cui sopra sulla scala dell’infrastruttura sono approssimative, in quanto si basano solo su una stima del volume di CO 2iniettata, sul problema della propria infrastruttura nel processo di creazione e l’operazione non viene presa in considerazione.
Emissione negativa
L’attrattiva principale di BECCS sta nella sua capacità di produrre emissioni negative di CO 2 . La cattura di anidride carbonica da fonti di bioenergia rimuove efficacemente la CO 2 dall’atmosfera.
La bioenergia è derivata dalla biomassa che è una fonte di energia rinnovabile e funge da dissipatore di carbonio durante la sua crescita. Durante i processi industriali, la biomassa bruciata o lavorata ri-rilascia la CO 2 nell’atmosfera. Il processo si traduce quindi in un’emissione netta netta di CO 2 , anche se questo può essere alterato positivamente o negativamente a seconda delle emissioni di carbonio associate alla crescita della biomassa, al trasporto e alla lavorazione, vedi sotto considerazioni ambientali. La tecnologia di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) serve per intercettare il rilascio di CO 2 nell’atmosfera e ridirigerlo in luoghi di stoccaggio geologico. La CO 2con origine da biomassa non viene rilasciata solo dalle centrali elettriche a biomassa, ma anche durante la produzione di pasta usata per produrre carta e nella produzione di biocarburanti come biogas e bioetanolo. La tecnologia BECCS può essere impiegata anche su tali processi industriali.
Si sostiene che attraverso la tecnologia BECCS, il biossido di carbonio è intrappolato in formazioni geologiche per periodi di tempo molto lunghi, mentre per esempio un albero immagazzina il suo carbonio solo durante la sua vita. Nel suo rapporto sulla tecnologia CCS, l’IPCC prevede che oltre il 99% del biossido di carbonio immagazzinato attraverso il sequestro geologico rimanga probabilmente sul posto per oltre 1000 anni. Mentre altri tipi di pozzi di carbonio come l’oceano, gli alberi e il suolo possono comportare il rischio di anelli di retroazione negativi a temperature elevate, la tecnologia BECCS è in grado di fornire una migliore permanenza immagazzinando CO 2 in formazioni geologiche.
Si ritiene che la quantità di CO 2 rilasciata finora sia troppo elevata per poter essere assorbita da dissipatori convenzionali quali alberi e terreno al fine di raggiungere obiettivi a basse emissioni. Oltre alle emissioni attualmente accumulate, ci saranno significative emissioni aggiuntive durante questo secolo, anche negli scenari più ambiziosi a basse emissioni. BECCS è stato quindi suggerito come una tecnologia per invertire la tendenza delle emissioni e creare un sistema globale di emissioni nette negative. Ciò implica che le emissioni non solo sarebbero nulle, ma negative, in modo da ridurre non solo le emissioni, ma anche la quantità assoluta di CO 2 nell’atmosfera.
Applicazione
| fonte | Fonte di CO 2 | Settore |
|---|---|---|
| Centrali elettriche | La combustione di biomassa o biocarburante in generatori a vapore oa gas rilascia la CO 2 come sottoprodotto | Energia |
| Centrali termoelettriche | La combustione di biocarburanti per la produzione di calore rilascia CO 2 come sottoprodotto. Solitamente utilizzato per il teleriscaldamento | Energia |
| Cartiere e cartiere |
|
Industria |
| Produzione di etanolo | La fermentazione di biomassa come canna da zucchero, grano o mais rilascia CO2 come sottoprodotto | Industria |
| Produzione di biogas | Nel processo di aggiornamento del biogas, la CO2 viene separata dal metano per produrre un gas di qualità superiore | Industria |
Tecnologia
La principale tecnologia per la cattura di CO 2 da fonti biotiche impiega generalmente la stessa tecnologia della cattura di anidride carbonica da fonti convenzionali di combustibili fossili. In generale, esistono tre diversi tipi di tecnologie: post-combustione, pre-combustione e ossi-combustione.
Costo
Il potenziale tecnico sostenibile per le emissioni nette negative con BECCS è stato stimato pari a 10 Gt di CO 2 equivalente all’anno, con un potenziale economico fino a 3,5 Gt di CO 2 equivalente all’anno a un costo inferiore a 50 € / tonnellata e fino a 3,9 Gt di CO 2 equivalenti all’anno ad un costo inferiore a 100 € / tonnellata.
Attualmente, i sistemi BECCS più schematici non sono efficienti rispetto ai normali CCS. L’IPCC afferma che le stime per il costo dei BECCS vanno da $ 60 a $ 250 per tonnellata di CO 2 . D’altra parte, i costi “normali” di CCS (dalla lavorazione del carbone e del gas naturale) sono diminuiti a meno di $ 35 per tonnellata. Con test su larga scala limitati, BECCS deve affrontare molte sfide per essere un’alternativa economicamente valida.
Politica
Sulla base dell’attuale accordo sul Protocollo di Kyoto, i progetti di cattura e stoccaggio del carbonio non sono applicabili come strumento di riduzione delle emissioni da utilizzare per i progetti Clean Development Mechanism (CDM) o Joint Implementation (JI). Riconoscere le tecnologie CCS come uno strumento di riduzione delle emissioni è vitale per l’implementazione di tali impianti in quanto non vi sono altre motivazioni finanziarie per l’implementazione di tali sistemi. C’è stato un crescente supporto per avere CCS e BECCS fossili inclusi nel protocollo. Sono stati fatti anche studi di contabilità su come questo può essere implementato, incluso il BECCS.
Techno-economia di BECCS e il progetto TESBiC
La valutazione techno-economica più ampia e dettagliata di BECCS è stata effettuata dalle innovazioni di cmcl e dal gruppo TESBiC (Studio tecnico-economico delle biomasse a CCS) nel 2012. Questo progetto raccomandava la serie più promettente di tecnologie per la generazione di energia alimentata da biomassa accoppiata al carbonio acquisizione e archiviazione (CCS). I risultati del progetto hanno portato a una dettagliata “roadmap per la biomassa CCS” per il Regno Unito.
Considerazioni ambientali
Alcune delle considerazioni ambientali e altre preoccupazioni sull’implementazione diffusa di BECCS sono simili a quelle di CCS. Tuttavia, gran parte della critica alla CCS è che potrebbe rafforzare la dipendenza dai combustibili fossili esauribili e dall’estrazione di carbone a basso impatto ambientale.Questo non è il caso di BECCS, poiché fa affidamento sulle biomasse rinnovabili. Vi sono tuttavia altre considerazioni che riguardano i BECC e queste preoccupazioni sono correlate al possibile uso accresciuto dei biocarburanti.
La produzione di biomassa è soggetta a una serie di vincoli di sostenibilità, quali: scarsità di terra arabile e acqua dolce, perdita di biodiversità, competizione con la produzione alimentare, deforestazione e scarsità di fosforo. È importante assicurarsi che la biomassa sia utilizzata in modo da massimizzare sia i benefici energetici che quelli climatici. Ci sono state critiche ad alcuni scenari di distribuzione suggeriti da BECCS, dove ci sarebbe stata una forte dipendenza dall’aumento di input di biomassa.
Grandi aree di terra sarebbero necessarie per far funzionare BECCS su scala industriale. Per rimuovere 10 miliardi di tonnellate di CO 2 , occorrerebbero oltre 300 milioni di ettari di superficie terrestre (più grandi dell’India). Di conseguenza, BECCS rischia di utilizzare terreni che potrebbero essere più adatti all’agricoltura e alla produzione alimentare, specialmente nei paesi in via di sviluppo.
Questi sistemi possono avere altri effetti collaterali negativi. Al momento, tuttavia, non è necessario espandere l’uso dei biocarburanti nelle applicazioni energetiche o industriali per consentire l’implementazione di BECCS. Esistono già oggi notevoli emissioni da fonti puntuali di CO 2 derivata da biomassa, che potrebbero essere utilizzate per BECCS. Sebbene, in possibili futuri scenari di upscaling del sistema di bioenergia, questa possa essere una considerazione importante.
Il processo BECCS consente di raccogliere e conservare la CO2 direttamente dall’atmosfera, piuttosto che da una fonte fossile. Ciò implica che eventuali emissioni derivanti dallo stoccaggio possono essere raccolte e ripristinate semplicemente reiterando il processo BECCS. Questo non è possibile con CCS da solo, poiché la CO 2 emessa nell’atmosfera non può essere ripristinata bruciando più combustibili fossili con CCS.
Pericolo di incidenti e incidenti
L’affidabilità a lungo termine dei siti di smaltimento di CO 2 non può essere garantita. L’IPCC, nel suo documento sul CFS, presenta uno schema semplificato del flusso di CO 2 quando è sepolto, compresi vari tipi di perdite. Inoltre, vi è il pericolo di interrompere l’integrità delle strutture geologiche che mantengono la CO 2 a seguito di terremoti e altri tipi di attività tettonica. L’alta pressione di CO 2iniettata può causare attività sismica nell’area di smaltimento. Merita particolare attenzione il pericolo di rompere involontariamente le proprietà isolanti di un giacimento a causa delle fluttuazioni di pressione. Il rilascio rapido di grandi volumi di CO 2 può essere pericoloso. La concentrazione nell’aria del 3% è tossica, il 20% porta rapidamente alla morte. Il pericolo per le persone è esacerbato dal fatto che la CO 2 è più pesante dell’aria e tende ad accumularsi nella parte inferiore dello spazio a sua disposizione.
Già, ci sono esempi di resistenza della comunità locale ai piani di sepoltura di CO 2 . A Greenville, Ohio, Stati Uniti, i residenti locali si sono opposti con successo ai piani per lo stoccaggio sotterraneo di CO 2 . In Germania, i manifestanti hanno bloccato l’accesso all’isola turistica di Silt nel Mare del Nord per attirare l’attenzione sui piani per il trasporto di CO 2 per la sepoltura sotto il fondo del mare.A Barendrecht, in Olanda, i piani di sepoltura di CO 2 in un giacimento di gas sviluppato sotto la città hanno incontrato un deciso rifiuto che ha spinto il governo non solo a chiudere questo progetto, ma anche a fermare tutti i progetti analoghi nei Paesi Bassi.
Progetti attuali
La maggior parte dei progetti CCS include l’aggiunta di cattura a una centrale elettrica esistente, in genere carbone o altro combustibile fossile. Con la cattura completa, questi processi sarebbero carbon neutral. Decatur, Illinois negli Stati Uniti ha molte piante di mais gestite da Archer Daniels Midland (ADM), dove il mais viene trasformato in sciroppi e etanolo. La pianta emette elevate quantità di anidride carbonica come sottoprodotto del processo. Con il raccordo CCS, la pianta diventa idealmente negativa al carbonio, dal momento che il mais assorbe l’anidride carbonica quando cresce e tutta l’anidride carbonica prodotta durante la lavorazione viene catturata e sequestrata nell’arenaria Mount Simon. Il progetto non può essere completamente negativo al carbonio, poiché l’anidride carbonica viene prodotta durante la combustione dell’etanolo che viene prodotto. Il progetto è uno dei pochi progetti CCS in uso a non essere abbinato a EOR. Il Bacino dell’Illinois del Sud è considerato uno dei migliori siti di iniezione, grazie alla sua composizione e profondità di arenaria (il sito di iniezione è 2.000 metri sotto la superficie), così come la sua capacità possibile (capacità di stoccaggio del geologo di 27-109 Gt di anidride carbonica) .