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Dec 23, 2023

Commercio ambientale

Nature Communications volume

Nature Communications volume 13, numero articolo: 3635 (2022) Citare questo articolo

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La cattura diretta dell’aria (DAC) è fondamentale per raggiungere obiettivi climatici rigorosi, ma le implicazioni ambientali del suo impiego su larga scala non sono state valutate in questo contesto. Eseguendo una valutazione prospettica del ciclo di vita di due tecnologie promettenti in una serie di scenari di mitigazione del cambiamento climatico, scopriamo che la decarbonizzazione del settore elettrico e i miglioramenti della tecnologia DAC sono entrambi indispensabili per evitare lo spostamento dei problemi ambientali. La decarbonizzazione del settore elettrico migliora l’efficienza del sequestro, ma aumenta anche l’ecotossicità terrestre e i livelli di impoverimento dei metalli per tonnellata di CO2 sequestrata tramite DAC. Questi aumenti possono essere ridotti migliorando l’efficienza dei materiali DAC e dell’uso dell’energia. Il DAC mostra variazioni di impatto ambientale a livello regionale, evidenziando l’importanza dell’ubicazione intelligente relativa alla pianificazione e all’integrazione del sistema energetico. L’implementazione della DAC aiuta il raggiungimento degli obiettivi climatici a lungo termine, le sue prestazioni ambientali e climatiche dipendono tuttavia da azioni di mitigazione settoriali e quindi non dovrebbero suggerire un allentamento degli obiettivi settoriali di decarbonizzazione.

Gli scenari di mitigazione del cambiamento climatico utilizzati dal Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC)1 suggeriscono che una rapida decarbonizzazione dei servizi legati all’energia e ai materiali sarà probabilmente insufficiente a mantenere l’aumento della temperatura media globale ben al di sotto dei 2 °C entro la fine del 21° secolo . Si prevede che il rimanente budget globale di carbonio, pari a 420-1.170 gigatonnellate (Gt), di CO2 verrà esaurito in 10-30 anni con gli attuali tassi di emissione annuali e i previsti contributi determinati a livello nazionale (NDC)2. La maggior parte degli scenari di emissione dell’IPCC superano inizialmente il budget di carbonio e poi rimuovono il carbonio in eccesso attraverso le tecnologie di rimozione del biossido di carbonio (CDR), ovvero sforzi intenzionali per rimuovere la CO2 dall’atmosfera e immagazzinarla sulla terra o negli oceani nell’ordine di 200-1200 Gt CO2 verso l’anno 21002.

Le strategie CDR includono il miglioramento dei pozzi naturali di carbonio sopra e sotto il suolo nelle piante, nelle formazioni rocciose e nel suolo, nonché soluzioni ingegneristiche scalabili progettate per sequestrare, immagazzinare o utilizzare la CO2 atmosferica concentrata. La Direct Air Capture (DAC), nonostante sia in una fase iniziale di sviluppo, sta guadagnando sempre più attenzione ed è riconosciuta come una promettente strategia di mitigazione del cambiamento climatico1. Considerati i livelli omogenei di concentrazione di CO2 nell’atmosfera in tutto il mondo, gli impianti DAC possono essere installati in luoghi che forniscono abbondante energia a basso costo e senza emissioni di carbonio e/o che sono vicini a infrastrutture di gasdotti, depositi sotterranei o strutture di utilizzo per ridurre i costi di trasporto della CO23. Inoltre, rispetto alla bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS), una tecnologia CDR alternativa che facilita rigorosi obiettivi di mitigazione4, si prevede che la DAC avrà un’impronta molto inferiore nell’uso dell’acqua e del suolo5, riducendo le preoccupazioni sulla sicurezza alimentare e sulla perdita di biodiversità6.

La cattura e stoccaggio diretto del carbonio nell'aria (DACCS) utilizza processi chimici o fisici per separare la CO2 dall'aria ambiente e sequestrarla permanentemente in siti di stoccaggio geologico. A causa della natura altamente diluita della CO2 atmosferica (attualmente circa 415 parti per milione), le tecnologie DACCS richiedono notevoli input di energia e materiali, quindi la loro futura implementazione e ruolo nella mitigazione dei cambiamenti climatici dipenderà fortemente dalla progettazione del processo e dalle conseguenti prestazioni tecnicoeconomiche e ambientali3 . Due tipi di tecnologie sono attualmente considerate promettenti da un punto di vista tecnicoeconomico: DACCS a base solvente, che in genere si basa su soluzioni acquose di idrossido (idrossido di potassio, idrossido di sodio) per catturare CO27,8,9,10, e DACCS a base di sorbenti, che utilizza principalmente ammine materiali legati ad un'ampia gamma di supporti solidi porosi11,12,13,14. Il DACCS a base solvente richiede calore dedicato ad alta temperatura (900 °C) per la rigenerazione della CO210. Pertanto, da un punto di vista termodinamico, le opzioni di fornitura di calore sono in gran parte limitate alla combustione di combustibili ad alta densità energetica come il gas naturale (rinnovabile) o l’idrogeno (rinnovabile), mentre sono in fase di sviluppo il riscaldamento a resistenza elettrica e gli approcci di rigenerazione elettrochimica. I DACCS basati su assorbenti possono funzionare con calore a bassa temperatura (80–120 °C) per la rigenerazione della CO215, offrendo una più ampia varietà di opzioni di fornitura di energia termica (ad esempio, pompa di calore, geotermica e calore di scarto industriale).