Sotterrare l’anidride carbonica può essere una soluzione?

I ricercatori e i tecnici della più grande centrale geotermica dell’Islanda hanno dimostrato per la prima volta che l’anidride carbonica (CO₂) pompata nel sottosuolo si può pietrificare, tramite un processo chimico, molto più velocemente di quanto era stato ipotizzato in precedenza. Con questa tecnica, almeno in linea teorica, si potrebbero sottrarre dall’atmosfera grandi quantità di CO₂ prodotte dall’attività umana, riducendo i suoi effetti che portano al riscaldamento globale. I risultati della ricerca condotta in Islanda sono stati pubblicati da poco sulla rivista scientifica Science, e stanno suscitando molto interesse e qualche scetticismo.

CO₂ sottoterra
La CO₂ è uno dei principali gas serra presenti nell’atmosfera terrestre: vulcani e animali – noi compresi – sono una fonte di anidride carbonica, cui si aggiunge l’enorme quantità prodotta nei processi di combustione di petrolio e carbone. Semplificando molto: insieme agli altri gas serra, la CO₂ presente nell’atmosfera impedisce alla Terra di disperdere parte del calore proveniente dal Sole, con un conseguente aumento delle temperature e il cosiddetto “riscaldamento globale”. Per questo motivo da decenni l’ONU e le principali organizzazioni scientifiche internazionali chiedono ai governi, di tutto il mondo, di mettersi d’accordo per attuare politiche che riducano la produzione di CO₂, passando dall’utilizzo dei combustibili fossili per la produzione dell’energia alle fonti rinnovabili, che comportano una produzione minore (in alcuni casi quasi pari a zero) di anidride carbonica.

Nel suo rapporto del 2014 il Gruppo intergovernativo sul cambiamento climatico (IPCC) delle Nazioni Unite ha scritto che, per mantenere gestibili gli effetti del riscaldamento globale, è importante sviluppare tecnologie che non solo permettano di produrre meno CO₂, ma anche che consentano di ridurre la quantità di questo gas presente nell’atmosfera. Soluzioni di questo tipo sono chiamate “cattura e sequestro del carbonio” (CCS) e sono sperimentate da diversi anni in giro per il mondo, finora con risultati piuttosto deludenti. L’idea è di prendere la CO₂ e pomparla in enormi riserve nel sottosuolo, evitando che si accumuli nell’atmosfera.

Le soluzioni di CCS per ora provate hanno previsto l’iniezione di anidride carbonica ad alta pressione in falde sotterranee o in giacimenti estinti, confidando che le rocce delle cavità sotterranee siano sufficientemente resistenti e poco porose da trattenere il gas, evitando che riaffiori in superficie. Di solito si è sperimentata una sottrazione di CO₂ direttamente alla fonte, quindi per esempio da una ciminiera di una centrale elettrica a carbone, facendo confluire il gas direttamente nel sottosuolo. Questa tecnica sembra essere promettente, ma ha alcuni svantaggi: non garantisce che l’anidride carbonica resti al suo posto, richiede calcoli molto accurati per la gestione delle giuste quantità di gas e c’è sempre il rischio di qualche imprevisto, come un terremoto che causa una frattura negli strati di roccia che dovrebbero trattenere la CO₂.

L’esperimento in Islanda
Hellisheidi è tra gli impianti geotermici più grandi al mondo: sfrutta la marcata attività vulcanica dell’Islanda, che porta alla presenza di numerose sorgenti di vapore acqueo utilizzate per il teleriscaldamento e per la produzione di energia elettrica. Nel 2007 l’azienda che l’ha in gestione, Reykjavik Energy, ha avviato un consorzio di ricerca insieme alla Columbia University degli Stati Uniti e alle università islandesi e danesi per trovare il modo di non immettere nell’atmosfera le grandi quantità di CO₂ derivanti dalle attività della centrale. In media Hellisheidi produce ogni anno 40mila tonnellate di anidride carbonica, poco se si considera che dà energia a buona parte di Reykjavik, la capitale e la città più grande del paese, ma comunque una quantità rilevante.

Nei loro primi anni di attività, i ricercatori del consorzio hanno notato che le rocce nel sottosuolo intorno alla centrale – i basalti – sono ricche di calcio, ferro e magnesio, a differenza di quelle presenti in altri siti in giro per il mondo usati per esperimenti di CCS. Questi elementi sono necessari per i processi di precipitazione dei carbonati, cioè la separazione sotto forma di solido di un soluto. Con i loro test, i ricercatori hanno notato inoltre che per ottenere la reazione sono necessarie enormi quantità di acqua nelle quali disciogliere la CO₂: le tecniche usate normalmente per la CCS prevedono invece di iniettare la CO₂ così com’è nel sottosuolo.

Dalle prove su piccola scala del laboratorio, tra il 2012 e il 2013 i ricercatori sono passati a una prova sul campo. Hanno iniettato 250 tonnellate di CO₂ mista ad acqua e acido solfridico (un altro gas che emerge dal sottosuolo in Islanda, riconoscibile per il classico odore di uova marce) nel terreno a una profondità compresa tra i 400 e gli 800 metri. Poi, grazie a una serie di pozzi di esplorazione, hanno misurato i cambiamenti chimici indotti dall’acqua satura di anidride carbonica. In pochi mesi è stato rilevato l’inizio del processo di solidificazione, che è ancora in corso e che dovrebbe terminare entro 8 – 12 anni. I tempi sono molto più rapidi di quanto era stato inizialmente ipotizzato, e lo confermano le ispezioni su alcuni campioni di roccia estratti dal terreno.

Complicazioni
Dal 2014 Hellisheidi sta pompando circa 5mila tonnellate di CO₂ nel terreno, e con l’arrivo di questa estate dovrebbe raddoppiare la quantità di acqua e gas pompata nel sottosuolo. L’esperienza dell’Islanda conferma che si possono sviluppare tecniche di CCS più affidabili e che potrebbero contribuire a ridurre la quantità di anidride carbonica nell’atmosferica. Ci sono comunque alcuni problemi da risolvere, a partire dalle grandi quantità di acqua necessarie per innescare il processo: per ogni tonnellata di CO₂ ne servono 25 di acqua. I ricercatori dicono che il problema può essere aggirato utilizzando l’acqua di mare, nel caso degli impianti che si trovano lungo le coste.

C’è poi da considerare il costo energetico per creare la soluzione di anidride carbonica e acqua e pomparla in profondità nel sottosuolo: nel caso di Hellisheidi è basso perché si sfruttano parti dell’impianto già esistenti, ma altrove potrebbe essere più complicato, soprattutto nel caso delle classiche centrali a carbone, che non hanno strutture collegate al sottosuolo. Il sistema provato con successo in Islanda prevede inoltre la presenza di basalti con particolari concentrazioni di elementi come calcio, ferro e magnesio, cosa che pone un ulteriore limite allo sviluppo della tecnologia dove non ci sono risorse di questo tipo.

Un problema più generale che riguarda i sistemi di CCS è emerso negli ultimi mesi. Si è scoperto che alcuni microrganismi nel sottosuolo si nutrono di carbonati e nel farlo producono metano, un gas serra molto più potente della CO₂. Fino a qualche tempo fa si pensava che questi microrganismi esistessero solamente nelle profondità oceaniche, ma a quanto pare sono presenti anche nel sottosuolo e potrebbero contribuire alla produzione di metano, rendendo vana la conservazione sottoterra della CO₂ attraverso processi di solidificazione.