CCS, CARBON CAPTURE AND STORAGE. Il ruolo della CCS nel raggiungimento dell’obiettivo “Net Zero Emission 2050”

Esaminiamo il ruolo che la tecnica di cattura e stoccaggio della CO2 denominata CCS può effettivamente svolgere nella transizione energetica necessaria per la lotta al cambiamento climatico.

PREMESSA

L’oggetto dell’articolo consiste nell’esaminare il ruolo che la tecnica di cattura e stoccaggio della CO2 denominata CCS può effettivamente svolgere nella transizione energetica necessaria per la lotta al cambiamento climatico (obiettivo: limite di 1,5°C previsto dall'Accordo di Parigi).

A tale scopo si ricorre alla recente pubblicazione del rapporto di BloombergNEF, seguita da un' analisi di Climate Analytics, delle quali sono riportati ampi estratti, rispettivamente ai punti 2 e 3 successivi.

Le due dissertazioni attribuiscono un diverso grado di rilevanza all’efficacia della CCS nel contenimento delle emissioni di CO2.

In particolare, Climate Analytics  tende a mettere in guardia sui possibili rischi di sopravvalutazione del suo possibile contributo che, tra l’altro, potrebbe indurre a giustificare la continuazione del ricorso ai combustibili fossili per la produzione di energia.

Al contrario, per quest’ultima, l’imperativo è quello di arrivare alla totale eliminazione dell’impiego di combustibili fossili, per sostituirli con fonti rinnovabili e produrre energia pulita.

Lo scenario a lungo termine sul futuro dell’economia energetica

Il New Energy Outlook (NEO) è l’analisi dello scenario a lungo termine di BloombergNEF sul futuro dell’economia energetica che copre l’elettricità, l’industria, gli edifici e i trasporti e i principali fattori che modellano questi settori fino al 2050.

Lo scenario di transizione economica è la valutazione di base di come la transizione energetica potrebbe evolvere da oggi a seguito di  cambiamenti tecnologici basati sui costi.

Lo scenario Net Zero Emission descrive un’evoluzione economica dell’economia energetica per raggiungere emissioni nette zero nel 2050. Questo scenario combina una più rapida e maggiore diffusione di energie rinnovabili, nucleari e altre tecnologie a basso consumo di carbonio in energia con l'assorbimento di combustibili più puliti nei settori dell'uso finale, in particolare l'idrogeno e la bioenergia. Adottando un approccio guidato dal settore, descrive un percorso credibile per raggiungere gli obiettivi dell’accordo di Parigi.


1. Le emissioni

La transizione energetica nel settore energetico è ben avviata e le emissioni del settore energetico globale hanno probabilmente raggiunto il picco nel 2022. Per rimanere in pista per lo zero netto, le emissioni in tutti i settori devono ora raggiungere il picco e iniziare a diminuire rapidamente.
Nello Scenario Netto Zero, le emissioni del settore dei trasporti raggiungono il picco nel 2024 e diminuiscono rapidamente, in particolare a causa dell’elettrificazione del trasporto su strada. 
Le emissioni del settore industriale si stanno già stabilizzando e poi iniziano il loro forte calo nel 2030. 
Le emissioni del settore edilizio, già molto più basse delle emissioni industriali o dei trasporti, diminuiscono relativamente lentamente da un picco quest’anno. In confronto, le emissioni dell'industria e degli edifici aumentano entrambe entro il 2050 nello scenario di transizione economica (ETS), anche se lentamente.
Scenario di transizione economica

Scenario di transizione economica

2. Bilancio del carbonio

La nostra modellazione mostra che, mentre un percorso che limita l’aumento della temperatura globale a 1,5 gradi Celsius entro il 2050 sembra sempre più fuori portata, ci sono ancora percorsi plausibili per rimanere entro 1,77 C dal riscaldamento nel nostro scenario netto zero. Anche allora, sarà necessaria una rivoluzione nel settore energetico per aumentare la dinamica e accelerare la riduzione delle emissioni.

La nostra modellazione suggerisce che le emissioni devono diminuire del 30% entro il 2030 e complessivamente del 6% all’anno fino al 2040. 
Se raggiunta, questa transizione ordinata raggiungerebbe zero emissioni nel 2050 e raggiungerebbe l’obiettivo dell’accordo di Parigi, con il cambiamento climatico di 1,77C entro il 2050, senza superare o creare la necessità di emissioni nette negative dopo il 2050.
Al contrario, le emissioni nel nostro scenario di transizione economica scendono in media allo 0,9% ogni anno, con conseguenti emissioni coerenti con la traiettoria di riscaldamento di 2,6 C entro la fine del secolo.

Abbattimento

Abbattimento

3. L'abbattimento

Il passaggio della produzione di energia dai combustibili fossili all’energia pulita è il più grande contributore alla riduzione globale delle emissioni nel nostro Scenario Net Zero, rappresentando la metà di tutte le emissioni ridotte nel 2022-50. 
Ciò include la sostituzione senza sosta del combustibile fossile con l’eolico, il solare, altre energie rinnovabili e il nucleare. L’elettrificazione dei processi di trasporto e industriali, degli edifici e del calore – utilizzando elettricità sempre più a basse emissioni di carbonio – è il prossimo più grande contributore, che si riduce a circa un quarto delle emissioni totali nel periodo. L'idrogeno è un notevole contributore anche in termini assoluti, anche se significativamente più piccolo in termini relativi, rappresentando circa il 6% delle riduzioni.
La CCS guadagna importanza dai primi anni del 2030, poiché i settori difficili da abbattere vengono affrontati e gli impianti di combustibili fossili non abbattuti vengono adattati alla tecnologia. La CCS rappresenta l'11% di tutte le emissioni diminuite nel periodo di scenario.

4. Energia primaria

Nel nostro scenario Net Zero, i consumi di petrolio, gas e carbone raggiungono il picco quasi immediatamente, se non lo hanno già fatto. In questo scenario la domanda globale di carbone raggiunge il suo picco nel 2022, quella di gas nel 2021 e quella di petrolio nel 2019, prima della pandemia di Covid-19. Per il petrolio e il gas si tratta di un netto distacco dalle traiettorie del nostro Scenario di transizione economica.

5. Settori di utilizzo finale

Il consumo finale di energia nello Scenario Net Zero presenta profili molto diversi per ogni settore. Ciò è dovuto a diversi fattori, ma il primo fra tutti è l'elettrificazione dei trasporti, dei processi industriali e del calore.

6. Elettrificazione

Il raggiungimento delle emissioni nette zero entro la metà del secolo richiede un aumento significativo della produzione di elettricità a livello globale. Lo Scenario di transizione energetica richiede 46.000 terawattora di produzione di energia elettrica nel 2050, quasi il doppio di oggi. Lo Scenario Net Zero, invece, richiede più di 80.000 terawattora di generazione, più del triplo di oggi.
La domanda di energia dall'idrogeno, che è insignificante nello Scenario di Transizione Economica, si avvicina a 23.000TWh all'anno nello Scenario Net Zero a metà del secolo, dato che si ipotizza che l'88% della produzione di idrogeno avvenga tramite elettrolizzatori collegati alla rete. Ciò rende l'idrogeno la principale fonte di domanda di energia elettrica a livello globale entro il 2050, pari alla domanda globale totale nel 2020.
Fonti della domanda globale di energia - Scenario di transizione economica

Fonti della domanda globale di energia - Scenario di transizione economica Source: BloombergNEF

Net Zero Scenario

Net Zero Scenario Source: BloombergNEF

7. Un sistema energetico a basse emissioni di carbonio

Oltre ad aumentare significativamente la produzione totale di energia elettrica, lo Scenario Net Zero richiede un cambiamento significativo nel mix di produzione. Non si tratta di un'evoluzione dello Scenario di transizione economica, ma di un sistema energetico completamente diverso.
Il raggiungimento dello scenario zero netto comporterà una produzione di energia elettrica da combustibili fossili quasi nulla, senza la cattura e lo stoccaggio del carbonio; richiederà inoltre una maggiore produzione di energia nucleare e l'impiego di una quantità ancora maggiore di energia eolica e solare. Nello Scenario Net Zero, l'energia eolica e solare rappresentano più di tre quarti della produzione totale di energia.
Fig. 6 Produzione di energia elettrica per tecnologia, per scenario 
Produzione di energia elettrica per tecnologia, per scenario

Produzione di energia elettrica per tecnologia, per scenario

8. CCS e idrogeno

La cattura e lo stoccaggio del carbonio e l'idrogeno emergono come le principali tecnologie per la decarbonizzazione profonda, con applicazioni in tutta l'industria, l'energia, gli edifici e i trasporti. Stimiamo che circa 7 gigatonnellate di anidride carbonica dovranno essere catturati ogni anno nel 2050, l’equivalente delle emissioni del settore energetico di oggi da Europa, Cina e India messe insieme. La produzione di idrogeno salirà a 500 milioni di tonnellate all’anno nel 2050, un aumento di cinque volte rispetto ai livelli odierni.
Gigatoni di anidride carbonica catturati, 2050: 7GtCO2
Milioni di tonnellate di domanda di idrogeno, 2050: 500MtH2

9. La necessità di una decarbonizzazione profonda

La transizione a zero emissioni è ancora agli inizi. Ciascuna di queste tecnologie chiave è ancora a una frazione della scala necessaria. Oggi esiste già più del 40% della capacità di energia nucleare necessaria per il 2050, ma è stato installato meno del 10% del totale necessario di energia eolica e solare e non è stata installata nessuna delle pompe di calore, degli elettrolizzatori di idrogeno e della capacità di CCS necessari.
Detto questo, i tassi di rampa necessari per le quattro tecnologie oggi esistenti - veicoli elettrici, energia eolica, solare e nucleare - sono molto diversi. Ognuna di queste tecnologie raggiunge picchi di diffusione annuali notevolmente superiori ai livelli attuali. Le vendite di veicoli elettrici dovranno quintuplicare, passando da meno di 11 milioni a 55 milioni all'anno, per soddisfare gli obiettivi di zero netto e rispettare i budget di carbonio del settore. Le installazioni solari dovranno più che triplicare e quelle eoliche sestuplicare.

Ripartizione dei volumi di investimento globali

Ripartizione dei volumi di investimento globali

10. Investimenti

Raggiungere lo scenario zero è un'opportunità di investimento multimiliardaria, ma per rimanere sulla strada giusta è necessario abbandonare gli investimenti nei combustibili fossili. Per rimanere in linea con lo Scenario Net Zero, ciò significa che per ogni dollaro investito nell'approvvigionamento di combustibili fossili, quasi cinque sono investiti in forniture a basse emissioni di carbonio fino al 2050.
Ripartizione dei volumi di investimento globali

Ripartizione dei volumi di investimento globali Scenario di transizione economica e Scenario di Net Zero Nota: La cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS) comprende gli investimenti nel settore dell'energia (impianto di combustibili fossili e attrezzature CCS), nell'industria e nella produzione di idrogeno blu (attrezzature CCS), nonché nelle infrastrutture di stoccaggio e trasporto in tutti i settori.

3. L’analisi di Climate Analytics


Sintesi
I colloqui sul clima alla COP28 si sono incentrati sulla necessità di eliminare gradualmente i combustibili fossili.
Ma alcuni chiedono che tale eliminazione sia limitata ai combustibili fossili "non abbattuti". Questo presenterebbe due rischi fondamentali:

  1. Crea la falsa impressione che possiamo raggiungere i nostri obiettivi climatici e mantenere il consumo di combustibili fossili su larga scala grazie alla cattura e allo stoccaggio del carbonio (CCS). Al contrario, i percorsi che consentono di raggiungere il limite di 1,5°C previsto dall'Accordo di Parigi in modo sostenibile prevedono un'eliminazione quasi completa dei combustibili fossili entro il 2050 circa e si basano in misura molto limitata, se non nulla, sulla CCS fossile.
  2. Se il termine "non abbattuto" è mal definito, potrebbe riaprire la porta all'uso su larga scala dei combustibili fossili. Una definizione debole di "abbattuto" - o addirittura nessuna definizione - potrebbe consentire ai progetti di CCS fossile con scarsi risultati di essere classificati come abbattuti. Ciò potrebbe far sì che le emissioni a monte e a valle della produzione di combustibili fossili continuino a non essere trattate.

La nostra analisi quantifica il rischio posto dalla limitazione dell'impegno di phase out ai soli combustibili fossili "non abbattuti". La dipendenza dalla CCS su larga scala, combinata con un rendimento insufficiente delle tecnologie CCS, potrebbe portare a un eccesso di emissioni di gas serra di 86 miliardi di tonnellate tra il 2020 e il 2050. Ciò renderebbe impossibile il raggiungimento del limite di 1,5°C.
La scienza richiede una riduzione urgente e drastica di tutti i combustibili fossili.
Individuiamo due rischi chiave legati all'uso del termine "abbattuti" per riferirsi ai combustibili fossili nel contesto dell'azione per il clima. Il primo rischio è che il termine "abbattuti" i combustibili fossili suggerisca che la produzione e l'uso di combustibili fossili su larga scala siano compatibili con il limitare il riscaldamento a 1,5ºC. Ciò non è in linea con i dati scientifici più recenti, che dimostrano che abbiamo bisogno di riduzioni rapide e a breve termine della produzione di combustibili fossili, di un ricorso limitato alla CCS fossile e di una eliminazione quasi completa dei combustibili fossili entro il 2050 circa.

I percorsi che limitano il riscaldamento a 1,5 ºC nel modo più sostenibile prevedono la riduzione immediata dell'offerta e dell'uso totale di combustibili fossili. La produzione di combustibili fossili diminuisce tra il 30-40% tra il 2022 e il 2030 in questi percorsi. Ciò richiederebbe tagli annuali fino al 6% per questo decennio e non ci sarebbe spazio per nuovi investimenti nell'espansione dell'offerta di combustibili fossili.
Questi percorsi si basano inoltre in misura molto limitata sulle tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio fossile (CCS).
La versione 2023 dello scenario utilizza il 38% in meno di CCS rispetto alla versione 2021.
Questo basso utilizzo di CCS è dovuto al fatto che le alternative sono spesso più economiche e più efficaci nel ridurre le emissioni. Ad esempio, recenti analisi hanno dimostrato che un percorso ad alto contenuto di CCS sarà sostanzialmente più costoso, di circa 1 trilione di dollari USA.
Questi percorsi mostrano rapide riduzioni a breve termine che proseguono a lungo termine. Dati recenti suggeriscono che la produzione totale di combustibili fossili dovrebbe essere ridotta di almeno l'83% nel 2050 rispetto ai livelli del 2020.
Dato che questi percorsi spesso trascurano fattori chiave, come i costi ambientali, umani e sociali negativi dell'estrazione dei combustibili fossili, potrebbero essere giustificati tagli ancora più profondi. Ciò rappresenta un'eliminazione quasi completa dei combustibili fossili entro il 2050 circa.

Tabella 1

Tabella 1 Diffusione della CCS fossile e tasso di riduzione della produzione e dell'uso di combustibili fossili nei principali scenari compatibili con 1,5ºC

Uno studio condotto dagli autori dell'IPCC su queste questioni raccomanda che il termine "abbattuto” venga riservato per i casi in cui le emissioni derivanti dall'uso di combustibili fossili catturate sono più o meno il 90-95% delle emissioni fuggitive a monte sono inferiori allo 0,5% della produzione equivalente di gas fossile.
Inoltre, i combustibili fossili "abbattuti" dovrebbero presupporre uno stoccaggio perfetto e permanente del carbonio nel sottosuolo.
Non c'è alcuna garanzia che questi standard vengano rispettati. Le prove disponibili indicano il contrario. Gli schemi di CCS di punta esistenti in tutto il mondo sono falliti completamente o hanno catturato molto meno CO2 di quanto previsto ((IEEFA 2022).
È inoltre importante notare che questi standard non potranno mai essere soddisfatti per la combustione distribuita di combustibili fossili, ad esempio petrolio e gas nei trasporti, dove non è possibile installare la CCS (si veda la sezione sulle emissioni non catturate).
Qualsiasi definizione di combustibili fossili "abbattuti" deve applicare rigorosi paletti per evitare di compromettere la necessità critica di ridurre rapidamente le emissioni in linea con 1,5ºC. Oggi, Il progetto Gorgon, ad esempio, è il più grande impianto di cattura CCS nel database dell'AIE, ma non funziona neanche lontanamente con la capacità dichiarata - e non c'è alcun segno che questo venga risolto. La dicitura "abbattuto" sta già fungendo da cavallo di Troia, consentendo ai progetti di combustibili fossili con tassi di cattura insufficienti e azioni limitate per ridurre le emissioni della produzione a monte di procedere.

Il CCS Hub di Ravenna


Sfruttando la grande capacità dei giacimenti a gas esauriti dell’Adriatico, l’Hub CCS di Ravenna diventerà uno dei siti più grandi al mondo per lo stoccaggio della CO2, permettendo di ridurre l'impatto delle emissioni industriali.

Ravenna, la cui storia è legata all'industrializzazione e allo sviluppo energetico del Paese, sta consolidando il proprio rilievo strategico, accogliendo progetti che serviranno ad affrontare in modo efficace le sfide energetiche: raggiungere la sostenibilità ambientale garantendo al contempo la sicurezza energetica e l'equità dell'accessibilità alle stesse fonti energetiche.
Fra i progetti più importanti, ci sono quelli che impegnano direttamente Eni e Snam, che hanno definito strategie concrete per raggiungere la neutralità carbonica: la CCS è una di queste, insieme alle rinnovabili, ai biocarburanti, all'efficienza energetica, ai vettori “low-zero carbon” e alle leve di carbon offset per la compensazione di quelle emissioni residuali che, per quanto marginali, non potranno essere eliminate.
In questo contesto le due società hanno deciso di allearsi per sviluppare un progetto unico: Ravenna CCS.
La CCS è un processo sicuro, maturo e fondamentale nel percorso di decarbonizzazione dei settori industriali.
L'IPCC (gruppo intergovernativo sul cambiamento climatico delle Nazioni Unite) nel rapporto 2023 ha definito la CCS una tecnologia “imprescindibile” per centrare gli obiettivi climatici globali.
In tale cornice si registra un crescente interesse verso questa soluzione da parte degli emettitori industriali, che vedono nella CCS uno strumento fondamentale per i propri obiettivi di decarbonizzazione.
Eni e Snam ritengono che la CCS avrà un ruolo di primaria importanza nella transizione energetica, in particolare per evitare le emissioni delle industrie hard to abate come il cemento, l'acciaio e la chimica, per le quali ad oggi non esistono soluzioni altrettanto efficaci ed efficienti. L'esperienza di Snam nello stoccaggio del metano si coniuga a quella pluridecennale di Eni nello sviluppo e produzione dei giacimenti di gas, che consentirà di riconvertire parte delle infrastrutture esistenti, con particolare riferimento ai campi depletati o in via di esaurimento, in hub di stoccaggio dell'anidride carbonica, permettendo così di decarbonizzare le attività industriali proprie e di altri a costi competitivi ed in tempi rapidi.
La joint venture fra Eni e Snam sta portando avanti lo sviluppo del progetto Ravenna CCS, che andrà a decarbonizzare attività industriali (italiane, ma anche internazionali), convertendo i giacimenti di gas esauriti del mare Adriatico in siti di stoccaggio geologico permanente per la CO2.
La significativa capacità di stoccaggio complessiva dei giacimenti di gas esauriti offshore (oltre 500 milioni di tonnellate) farà di Ravenna CCS l'hub di riferimento nel Mediterraneo.

L’avvio della fase 1 è previsto per l'inizio del 2024 con l'iniezione ai fini dello stoccaggio permanente di 25 mila tonnellate all'anno di CO2, catturate dall'impianto di gas di Casal Borsetti di Eni.
La fase 2 verrà avviata entro il 2026 e raggiungerà una capacità di stoccaggio di 4 milioni di tonnellate all'anno al 2030; ulteriori espansioni potranno portare i volumi fino a 16 milioni di tonnellate di CO2 all'anno.

Dal punto di vista occupazionale il progetto fornirà un contributo determinante nel tutelare il livello esistente di occupazione legato al sistema tradizionale, e al contempo, nel promuovere la creazione di un importante numero di nuovi posti di lavoro, diretti e indiretti.
Per contribuire al pieno sviluppo della fase industriale, in particolare, Snam garantirà la messa a regime di un'adeguata rete di trasporto nell'area della Pianura Padana, riutilizzando ove possibile le pipeline esistenti per contenere al massimo l'impronta sul territorio del proprio intervento.

Piero Ercoli, Executive Director Decarbonization Unit di Snam spiega: «I tavoli bilaterali avviati con le realtà industriali ‘hard to abate’ stanno evidenziando un crescente interesse del tessuto produttivo verso la CCS, e questo ci incoraggia a proseguire lungo la strada intrapresa, convinti che l'adozione di una logica industriale, unita a un quadro normativo chiaro, siano i principali fattori che permetteranno al progetto stesso di incidere con efficacia nella complessa traiettoria di decarbonizzazione verso un futuro a zero emissioni. Per Snam, del resto, Ravenna si conferma un polo strategico, lungo il quale transiterà anche il corridoio dell'idrogeno verde proveniente dal Nord Africa, e al largo delle cui coste, dalla fine dell'anno prossimo, sarà in esercizio anche la nuova nave rigassificatrice BW Singapore».

Salvatore Giammetti, Head of Carbon Capture, Utilization and Storage di Eni evidenzia: «Ravenna è il luogo ideale per l'avvio del primo progetto CCS in Italia, in primis perché nel mare Adriatico Eni ha un numero significativo di giacimenti a gas esauriti o in via di esaurimento che possono essere convertiti in tempi rapidi e in modo sicuro in siti di stoccaggio di CO2. La posizione di Ravenna è strategica: l'area è al centro di un sistema logistico e infrastrutturale eccellente, che vede connessioni portuali, stradali e ferroviarie e, inoltre, è uno dei principali hub del sistema italiano di trasporto del gas. Infine, a Ravenna possiamo contare sulla presenza nel territorio di elevate competenze tecniche e tecnologiche e di importanti capacità realizzative».

Da poco è stato lanciato il sito web Ravenna CCS Hub che illustra il progetto di cattura e stoccaggio della CO2: https://ccushub.ogci.com/focus_hubs/ravenna/


Le industrie ravennati hard-to-abate coinvolte nel progetto sono: Cabot Italiana, HerAmbiente, Marcegaglia, Versalis, Polynt e Yara, per un totale di 800 mila tonnellate/anno di CO2 catturate.

5. CONCLUSIONI

La cattura e lo stoccaggio del carbonio e l'idrogeno emergono come le principali tecnologie per la decarbonizzazione profonda, con applicazioni in tutta l'industria, l'energia, gli edifici e i trasporti. Stimiamo che circa 7 gigatonnellate di anidride carbonica dovranno essere catturati ogni anno nel 2050, l’equivalente delle emissioni del settore energetico di oggi da Europa, Cina e India messe insieme.
Secondo BloombergNEF, la CCS guadagna importanza dai primi anni del 2030, poiché i settori difficili da abbattere vengono affrontati e gli impianti di combustibili fossili non abbattuti vengono adattati alla tecnologia. La CCS rappresenta l'11% di tutte le emissioni diminuite nel periodo di scenario.
Secondo Climate Analytics i percorsi che consentono di raggiungere il limite di 1,5°C previsto dall'Accordo di Parigi in modo sostenibile, prevedono un'eliminazione quasi completa dei combustibili fossili entro il 2050 circa e si basano in misura molto limitata, se non nulla, sulla CCS fossile.
Questi valori sono, rispettivamente, pari all’1% nel 2030 e al 6% nel 2050.
Pertanto, le due valutazioni differiscono notevolmente nella stima del contributo che la CCS può apportare alla lotta contro i gas serra.
Ciò nondimeno, anche in base alla valutazione più conservativa e tenendo ben presenti gli impatti tecnologici derivanti da ogni possibile soluzione, gli sforzi per avvalersi di tutti i contributi alla riduzione delle emissioni clima-alteranti – incluso quello della CCS, con particolare riguardo alle industrie Hard-to-Abate – vanno sicuramente persegui