Cattura diretta dell'aria

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Cattura dell'aria diretta ( DAC ) è un processo per estrarre l'anidride carbonica (CO 2 ) direttamente dall'ambiente dell'aria . Il principio di base è che l'aria ambiente scorre attraverso un filtro che rimuove parte della CO 2 . Come per la cattura e l'utilizzo del carbonio , il risultato del processo è CO 2 pura , che può quindi essere utilizzata per vari scopi. A causa di questa proprietà, tali piante venivano chiamate "alberi artificiali".

I possibili usi della CO 2 sono l'uso del materiale come materia prima z. B. per l'industria chimica, la produzione di combustibili CO 2 neutri ( RE gas ed e-fuel ) nonché lo stoccaggio geologico di anidride carbonica, per cui si possono ottenere emissioni negative . Quest'ultimo è denominato Direct Air Carbon Capture and Storage ( DACCS ) e ha lo scopo di rimuovere attivamente l' anidride carbonica del gas climatico dall'atmosfera e di immagazzinarla permanentemente mediante la cattura e lo stoccaggio di CO2 ( Carbon Capture and Storage , CCS) in per proteggerlo globalmente Contrastare il riscaldamento .

storia

Il concetto DAC è stato proposto per la prima volta nel 1999 dal fisico tedesco Klaus Lackner, che ha lavorato negli Stati Uniti e ha sperimentato un rapido sviluppo negli anni 2010. Ma è ancora in fase di sviluppo.

procedura

Diagramma di flusso del processo di intrappolamento diretto dell'aria utilizzando idrossido di sodio come assorbente inclusa la rigenerazione del solvente.
Diagramma di flusso del processo di filtrazione diretta dell'aria utilizzando idrossido di sodio come assorbente e con rigenerazione del solvente.

Per generare CO 2 , sono necessari grandi ventilatori per forzare l'aria ambiente attraverso un filtro. Il filtro si trova nel lavaggio amminico , un liquido solvente scelto tra organici ammine , in altri metodi come CO 2 - assorbitore , per esempio, idrossido di sodio viene usato, il CO 2 di carbonato di sodio ha reagito. Questo viene riscaldato per rilasciare CO 2 gassosa di elevata purezza . L'idrossido di sodio viene riciclato dal carbonato di sodio. In alternativa, la CO 2 si lega ai sorbenti solidi nel processo di chemisorbimento . Nella fase successiva, la CO 2 viene desorbita dal solido mediante calore e vuoto . Tra i processi chimici specifici in fase di studio, tre occorrerebbe evidenziare: assorbimento con idrossidi alcalini e alcalino terrosi, carbonatazione e ibridi organici-inorganici sorbenti costituiti di ammine come monoetanolammina (MEA), dietanolammina (DEA) o metildietanolammina (DMEA), che Adsorbenti presenti su un supporto poroso . Lo scrubbing amminico viene utilizzato anche per filtrare la CO 2 pura da sorgenti puntiformi (gas di scarico) in cui la CO 2 è presente in concentrazioni più elevate.

La CO 2 a bassa concentrazione può anche essere separata con una resina polimerica a scambio anionico chiamata Marathon MSA . Questa sostanza assorbe aria-CO 2 allo stato secco e la rilascia nuovamente allo stato umido. La tecnologia richiede ulteriori ricerche per determinarne l'economia.

Altre sostanze che possono essere utilizzate sono le strutture metalliche organiche (MOF).

Le separazioni a membrana della CO 2 si basano su membrane semipermeabili per separare la CO 2 dall'aria. Questo metodo differisce dagli altri due in quanto richiede poca acqua e ha un ingombro ridotto.

economia

Uno dei maggiori ostacoli nell'implementazione del DAC è il costo della separazione della CO 2 dall'aria. Secondo uno studio del 2011, un impianto per catturare un megaton di CO 2 costerebbe 2,2 miliardi di dollari all'anno. Altri studi dello stesso periodo stimano il costo del DAC a $ 200-1000 per tonnellata di CO 2 e $ 600 per tonnellata.

In uno studio economico 2015-2018 di un impianto pilota in British Columbia, Canada, il costo è stato stimato in $ 94 a $ 232 per tonnellata di CO atmosferica 2 rimosso . Questo studio è stato condotto da Carbon Engineering , che è finanziariamente interessata alla commercializzazione della tecnologia DAC.

A partire dal 2011, i costi di cattura della CO 2 per i processi a base di idrossido erano generalmente di circa $ 150 per tonnellata di CO 2 . L'attuale separazione basata sulle ammine liquide è compresa tra 10 e 35 USD per tonnellata di CO 2 . I costi per la separazione della CO 2 basata sull'adsorbimento sono compresi tra 30 e 200 USD per tonnellata di CO 2 . È difficile determinare il costo specifico del DAC perché ciascuno dei metodi presenta grandi differenze in termini di rigenerazione del sorbente utilizzato e del suo costo.

sviluppo

Ingegneria del carbonio

Carbon Engineering è una società commerciale DAC fondata nel 2009 da Bill Gates e Murray Edwards , tra gli altri . Dal 2015 gestisce un impianto pilota nella British Columbia, in Canada , in grado di estrarre circa una tonnellata di CO 2 al giorno. Uno studio economico del loro impianto pilota condotto dal 2015 al 2018 ha fissato i costi da 94 a 232 USD per tonnellata di CO 2 atmosferica rimossa .

Lavorando con la società energetica californiana Greyrock, convertono parte della sua CO 2 concentrata in carburante sintetico , tra cui benzina, diesel e carburante per jet Jet-A .

L'azienda utilizza una soluzione di idrossido di potassio per assorbire la CO 2 che, come l'idrossido di sodio sopra citato, forma carbonato di potassio .

Climeworks

Il primo sistema DAC su larga scala di Climeworks è entrato in funzione nel maggio 2017. A Hinwil , nel cantone di Zurigo, possono essere convogliate 900 tonnellate di CO 2 all'anno. Al fine di ridurre il consumo energetico, il sistema utilizza il calore di un impianto di incenerimento dei rifiuti locale. La CO 2 viene utilizzata per aumentare la resa degli ortaggi in una serra vicina.

La società ha detto che costa circa $ 600 rimuovere una tonnellata di CO 2 dall'aria.

Climeworks è una partnership con Reykjavik Energy. Il progetto CarbFix è stato avviato nel 2007 . Il progetto CarbFix2 è stato avviato nel 2017 e ha ricevuto finanziamenti dal programma di ricerca Horizon 2020 dell'Unione Europea. Il progetto pilota CarbFix2 è in esecuzione accanto a una centrale geotermica a Hellisheidi , in Islanda. Con questo approccio, la CO 2 viene iniettata a 700 metri di profondità, dove mineralizza il substrato roccioso basaltico per formare minerali di carbonato. Nel sistema DAC viene utilizzato il calore di scarto inferiore della centrale geotermica, che consente di risparmiare più CO 2 di quanto entrambi producono.

Termostato globale

Global Thermostat è una società privata fondata nel 2010 a Manhattan , New York, con uno stabilimento a Huntsville, in Alabama . Global Thermostat utilizza ammine assorbenti a base di carbonio attaccate a spugne di carbonio per rimuovere la CO 2 dall'atmosfera. L'azienda ha progetti che vanno dall'estrazione su larga scala a 50.000 tonnellate all'anno a piccoli progetti a 40 tonnellate all'anno.

La società afferma di essere in grado di rimuovere la CO 2 presso il suo impianto di Huntsville per $ 120 per tonnellata.

Global Thermostat ha firmato contratti con un produttore di bevande (con il quale DAC genererà CO 2 per le sue bevande gassate ) e una compagnia petrolifera che prevede di aprire la strada al DAC-to-fuel con la tecnologia di Global Thermostat. Si tratta della produzione di combustibili con il carbonio ottenuto da DAC.

altre società

  • Infinitree - precedentemente noto come Kilimanjaro Energy e Global Research Technologym fa parte del Carbon Sink degli Stati Uniti . Dimostrazione di un pre-prototipo di una tecnologia DAC economicamente sostenibile nel 2007.
  • SkyTree - una società nei Paesi Bassi,
  • Centro di ricerca per la cattura e lo stoccaggio del carbonio nel Regno Unito ,
  • Antecy - un'azienda olandese fondata nel 2010,

DACC

Il DAC è anche visto come una promettente tecnologia per la protezione del clima . Quando DAC è combinato con un sistema CCS , questa tecnologia può produrre emissioni negative e quindi aiutare a raggiungere gli obiettivi dell'Accordo di Parigi sul clima . Allo stesso tempo, gli scienziati sottolineano che DACCS non può sostituire le misure rapide di protezione del clima nel presente, poiché non vi è alcuna garanzia che il DACCS possa essere utilizzato sufficientemente a lungo termine. Lo sviluppo e l'implementazione dei sistemi DACCS non dovrebbero portare all'indebolimento degli attuali sforzi per la protezione del clima nella speranza di futuri successi della tecnologia DACCS. Lo sviluppo di DACCS dovrebbe essere promosso, ma ciò non dovrebbe portare all'utilizzo di DACCS al posto di altre opzioni di protezione del clima, ma insieme ad esse.

Tuttavia, il presupposto per la creazione di emissioni negative è che sia disponibile una fonte di energia priva di carbonio per il funzionamento dei sistemi DACCS. L'utilizzo di energia elettrica generata con combustibili fossili , invece, rilascerebbe in definitiva più CO 2 nell'atmosfera di quanta ne verrebbe catturata contemporaneamente. Uno svantaggio di DACCS è l'elevato consumo energetico della tecnologia. A causa della bassa concentrazione di CO 2 nell'aria, il DAC richiede una quantità di energia molto maggiore rispetto all'estrazione convenzionale da fonti puntiformi come i fumi . L' energia minima teorica richiesta per estrarre la CO 2 dall'aria ambiente è di circa 250 kWh per tonnellata di CO 2 , mentre la separazione dalle centrali elettriche a gas naturale ea carbone richiede rispettivamente circa 100 e 65 kWh per tonnellata di CO 2 . A causa di questa domanda di energia implicita, alcuni sostenitori della geoingegneria hanno suggerito di utilizzare "piccole centrali nucleari" per alimentare i sistemi DAC, che potrebbero potenzialmente creare tutta una serie di nuovi impatti ambientali.

Anche il DAC, che si basa sull'assorbimento a base di ammine, ha un fabbisogno idrico significativo. È stato stimato che occorrono 300 km³ di acqua per catturare 3,3 gigatonnellate di CO 2 all'anno, ovvero il 4% dell'acqua viene utilizzato per l' irrigazione . D'altra parte, l'uso dell'idrossido di sodio richiede molta meno acqua, ma la sostanza stessa è altamente corrosiva e pericolosa. Nel complesso, il consumo di acqua di DACCS è di circa un fattore 10 o più inferiore al consumo di acqua di BECCS . Inoltre, il consumo di superficie di DACCS, soprattutto rispetto all'uso intensivo di superficie di BECCS, è minimo ed è di 0,001 ha/ton di CO 2 eq all'anno. Come BECCS, anche DACCS richiede la disponibilità di depositi geologici sicuri di CO 2 , anche in relazione al rischio di perdite e terremoti indotti.

La rimozione dell'anidride carbonica atmosferica da parte dei sistemi DACCS è probabilmente significativamente più costosa rispetto alle tradizionali opzioni di protezione del clima per decarbonizzare l'economia a causa degli elevati costi dei materiali. Anche con notevoli riduzioni dei costi, con ogni probabilità i sistemi DACCS verrebbero costruiti solo quando praticamente tutte le fonti puntiformi significative di emissioni di anidride carbonica fossile avranno smesso di rilasciare CO 2 .

Un potenziale utilizzo del DAC per una migliore resa petrolifera annullerebbe anche i benefici della protezione del clima.

link internet

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