L’assorbimento fotosintetico della CO2. Innovazioni tecnologiche complementari alla riforestazione. Il caso del prototipo “BioBosco Urbano”
Abstract
As recently discussed and institutionally clearly emphasized, facing needs for CO2 captur, reforestation represents a potentially important tool to improve air quality, carbon abatement and reducing the impact of climate change and may also provide valuable biodiversity benefits. However, the economic returns are critical in determining whether it will be a viable land use and this is highly sensitive to assumptions around upfront establishment cost. The application of these principles and directives in urban areas, especially if densely populated in confined spaces, is, however, very difficult and denotes important opportunity costs precisely in the high value of the areas possibly affected by the urban reforestation strategy. But technology can provide solutions. The high efficiency of micro-algae in CO2 fixation determines the producibility of effective tools functional to CO2 fixation in the growth of algal biomass.
Keywords: Carbon Capture, Sustainable Policy, Green technological, Green Innovation, urban forest, green infrastructure, algae cultivation, photosynthesis, re-forestation.
Parole chiave: Cattura della CO2, Politiche per la sostenibilità, tecnologie sostenibili, innovazione verde, Foresta Urbana, Infrastrutture verdi, coltivazione algale, fotosintesi, riforestazione.
Global Warming e strategie di “cattura” della CO2
Il pianeta sul quale si è sviluppata la nostra vita è caratterizzato da una biosfera che desta meraviglia per il suo straordinario equilibrio intrinseco, tanto articolato e complesso da sembrare delicato come un cristallo; purtuttavia, quella biosfera, essendo vitale, non è ferma cristallizzazione di miliardi d’interazioni, bensì è un “sistema aperto” in continua evoluzione. Ha conosciuto rivoluzioni epocali ed è soggetta a diverse ciclicità. E’ indubbio che da quasi un paio di secoli, ovvero all’indomani dell’affermazione della Rivoluzione Industriale e della diffusione della way-of-life consumistica su aree crescenti della superficie terrestre, l’uomo scarica in quel delicato equilibrio dinamico naturale che è la biosfera i byproduct della sua funzione obiettivo: la massimizzazione del soddisfacimento di masse umane cresciute di sette volte in poco più d’un secolo. Ad una pressione demografica insostenibile per le “date” risorse della terra, si è aggiunta la pressione dello sviluppo industriale e, necessariamente, consumistico delle contemporary-way-of-life: secondo modalità storiche diseguali sul Pianeta, ogni area del globo ha conosciuto differenti momenti o fasi di sviluppo e, quindi, si trova in punti differenti sia della traettoria dello sviluppo economico che della mole emessa di CO2, parametro universalmente riconosciuto a simbolo dell’impatto ambientale delle attività antropiche [1].
La preoccupazione mondiale per gli effetti negativi dei cambiamenti climatici sull'uomo e sull'ambiente ha indotto una crescente enfasi non solo nella ricerca e diffusione di fonti primarie d’energia rinnovabili e sostenibili [2], ma, anche, sulla ricerca e implementazione di tecnologie in grado di catturare i Gas Effetto Serra (GreenHouse Gas = GHG) [3], principali fattori antropici determinanti il sovrariscaldamento globale [4]. Le emissioni di GHG d’origine antropica sono statisticamente correlate alla crescita dell’attività economica all’indomani della prima rivoluzione industriale. Tale dinamica di aumento delle emissioni ha accompagnato gli ultimi 150 anni della vita economica dell’uomo sulla Terra. Le emissioni globali di GHG (escluse quelle derivanti dall'uso del suolo) hanno continuato ad aumentare lentamente di circa lo 0,5 per cento annuo, fino a raggiungere circa 49,3 gigatonnellate di CO2 equivalente (GtCO2eq) nel 2016. L'aumento progressivo di GHG è sia il derivato d’una naturale ciclicità terrestre, sia dello stratificarsi pluridecennale d’uno sviluppo carbon intensive. Ora, quando si parla di GHG, si fa riferimento alle emissioni di: anidride carbonica (CO2), metano (CH4), protossido di azoto [5] (N2O), idrofluorocarburi [6] (HFCs), perfluorocarburi (PFC), esafluoruro di zolfo (SF6), e trifluoruro di azoto NF3, oltre al vapore acqueo [7]. Tuttavia, tipicamente, ma non certo esclusivamente, quando si affronta il tema dell’impatto ambientale delle attività antropiche si finisce con l’evidenziare solo il pur rilevante tema delle emissioni di sostanze GreenHouse Gases (GHG) quali quelle di CO2 [8].
Dal Protocollo di Kyoto all'Accordo di Parigi fino alla recente COP 26 di Glasgow, si sono condivise, fra diversi Paesi, una serie di azioni politiche volte a frenare l'impatto del cambiamento climatico di presunta fonte antropica, sia attraverso la riduzione delle emissioni di CO2, sia stimolando l’implementazione di strategie e tecnologie in grado di sequestrare e stoccare la CO2 emessa.
La ricerca tecnologica verso la cosiddetta “cattura della CO2” è già arrivata a proporre efficaci ed efficienti soluzioni, fra le quali primeggiano le strategie fisico-chimiche di Carbon Capture and Storage (CCS) [9], che attuano, in tre fasi determinate, cattura, trasporto e stoccaggio di CO2. La cattura della CO2 viene effettuata da fonti puntiformi di grandi dimensioni come ad esempio centrali elettriche e impianti di produzione di cemento. La separazione della CO2 così catturata da altri componenti di scarico avviene solitamente nei seguenti modi:
(i) assorbimento chimico;
(ii) adsorbimento fisico;
(iii) separazione a membrana;
(iv) distillazione criogenica.
La CO2 viene, quindi, compressa e trasportata ai punti di stoccaggio e, una volta stivata in serbatoi, destinata allo stoccaggio geologico, oppure allo stoccaggio oceanico (iniettata in profondità nell'oceano) o in formazioni saline, falde acquifere o pozzi di petrolio/gas esauriti. La prospettiva tecnologica di CCS permetterebbe l’uso sostenibile di maggiori rendimenti delle tecnologie generative d’energia da fonte fossile, ma mitigandone le esternalità negative nella biosfera. Per questo motivo CCS può essere vista come un’opzione di mitigazione importante nella transizione globale verso un’economia sostenibile, low-carbon, sia nel settore della produzione di energia che nell’industria [10].
Per quanto ogni stadio di CCS sia tecnicamente disponibile e utilizzato in differenti settori commerciali da anni [11] e l’International Energy Agency (IEA) abbia definito CCS una parte essenziale del set tecnologico capace di ridurre le emissioni di GHG, purtuttavia l’applicazione congiunta di queste tecnologie è ancora troppo penalizzante in termini energetici ed economici, limitandone quindi l’uso su vasta scala. Permangono inconvenienti, l’onerosità delle operazioni necessarie, il rischio di perdite di CO2 a lungo termine e altre incertezze. Inoltre, i metodi fisico-chimici di CCS sono efficaci solo per catturare CO2 da fonti puntiformi che producono alte concentrazioni di CO2, ovvero non è possibile catturare emissioni diffuse e non puntuali e basse concentrazioni di CO2. Con politiche mirate e riformate, si potrebbe contribuire all’abbattimento di circa un quinto del totale delle emissioni da ridurre entro il 2050. Nonostante il potenziale sia significativo e coinvolga il processo di raffinazione, generazione di energia ed estrazione di idrocarburi in tutto il mondo, sono presenti molte incertezze sul ruolo effettivo che CCS giocherà nei prossimi anni.
Nel futuro, si stima che CCS giocherà un ruolo critico su impianti industriali, coprendo circa il 50% del totale, anzi, per alcune industrie CCS sembra essere l’unica vera soluzione percorribile (in primis per i cementifici) e, oggi, la tecnologia CCS è matura (anche per grossi volumi) ma non ancora largamente applicata. L’evidenza empirica segnala che:
- diverse tecnologie sono a disposizione, con sviluppi articolati e buone prospettive di cost-savings (oggi tra 60 e 200 Euro/t);
- esistono sufficienti localizzazioni per lo stoccaggio a livello mondiale;
- oggi, i principali incentivi per progetti CCS derivano dell’applicazione di Carbon Tax e affermazione dei Carbon Permit Pricing del sistema ETS;
- nell’ambito di un ritorno d’interesse verso l’idrogeno come combustibile pulito, la produzione di idrogeno da gas naturale con CCS è oggi la soluzione più economica.
Ad oggi diverse tecnologie CCS, con diversi gradi di maturità, sono in competizione fra loro. Essa si prospetta quale soluzione efficace ed economicamente abbordabile, così da rendere l’intero processo applicabile su vasta scalaVerso la biofissazione della CO2: le soluzioni possibili.
