Stoccaggio geologico della CO2: Un affare rischioso o una soluzione promettente?

In tutto il mondo, ogni anno vengono emessi nell'atmosfera ben 36 miliardi di tonnellate di anidride carbonica (CO2), di cui il 25% proviene dalla produzione di energia elettrica. La buona notizia è che la tecnologia odierna è già in grado di catturare le emissioni di CO2 provenienti da impianti energetici fossili e di iniettarle e bloccarle in modo permanente nelle profondità del sottosuolo in formazioni geologiche. Il processo si chiama sequestro geologico (GS). Ma quanto è sicuro?

Per rispondere a questa domanda, è utile innanzitutto capire che da tre decenni, per migliorare la produzione di petrolio, l'industria petrolifera statunitense inietta ogni anno con successo 35 milioni di tonnellate di CO2 - l'equivalente di otto centrali elettriche a carbone - in formazioni rocciose profonde, per un totale di quasi mezzo miliardo di tonnellate. La città di Seminole, nel Texas occidentale, si trova sopra uno dei più antichi e grandi impianti EOR del Paese, dove le operazioni di recupero del petrolio iniettano attualmente un milione di tonnellate all'anno, senza alcun rilascio nocivo di CO2. In realtà, nel recupero migliorato del petrolio (EOR), gli ingegneri hanno scoperto che la costosa CO2 estratta naturalmente che usano ora per questo scopo è difficile da riciclare dalla roccia per il suo riutilizzo. L'EOR è, infatti, il sequestro del carbonio; la "S" di CCS (cattura e sequestro del carbonio dalle centrali elettriche a carbone e a gas naturale).

Il concetto di cattura e sequestro del carbonio (CCS) è piuttosto semplice: l'anidride carbonica viene "catturata" chimicamente e separata dalle emissioni di una moderna centrale elettrica; il flusso di CO2 quasi puro che ne risulta viene compresso allo stato quasi liquido e pompato nel sottosuolo. Gli strati di roccia che li ospitano (in genere arenarie) sono trappole collaudate, note per contenere fluidi geologici e/o gas. Queste rocce ospitanti devono trovarsi al di sotto di un "tappo" di fanghi densi (ad esempio scisto) attraverso il quale la CO2 non può risalire. In tutti gli Stati Uniti, ci sono grandi fonti geologiche sotterranee di CO2 che si trovano in arenarie coperte da scisti impermeabili. Ad esempio, nel Mississippi esiste una struttura geologica sotterranea di 150-200 milioni di anni che contiene mezzo miliardo di tonnellate di CO2. Se i depositi naturali di CO2, petrolio e gas possono rimanere in tali strutture sotterranee su scale temporali geologiche, lo stesso vale per la CO2 creata dall'uomo.

Poiché la CO2 è difficile da rimuovere dalle rocce una volta iniettata, è altamente improbabile che fuoriesca nell'atmosfera in quantità tali da rappresentare un pericolo di effetti significativi sulla salute o sull'ambiente. È vero che a concentrazioni molto elevate, la CO2 può sostituire l'ossigeno nell'aria e rappresentare un rischio di asfissia. Detto questo, geyser come l'Old Faithful nel Parco Nazionale di Yellowstone emettono flussi significativi di acqua mista a CO2 circondati da spettatori felici senza alcun effetto negativo.

Purtroppo, alcuni oppositori della cattura e del sequestro del carbonio utilizzano come tattica di paura lo spettro di un incidente avvenuto nel 1986 presso il lago Nyos, in Camerun, in cui 1746 vite umane sono andate perdute a causa di un rilascio naturale molto insolito di CO2. Ma quell'incidente è una storia diversa, che riguarda una situazione geologica eccezionale e non è rilevante per il sequestro geologico. Il lago Nyos riempie un cratere molto recente (400 anni) in un'area vulcanica attiva. In questo ambiente tropicale, grandi quantità di CO2 vengono rilasciate dalle fessure vulcaniche nell'acqua fredda del fondo del lago dove, per un lungo periodo di tempo, la CO2 disciolta si concentra in quantità enormi. Nel 1986, lo strato di acqua fredda sul fondo del lago Nyos è stato interrotto da una frana che ha rilasciato, tutto in una volta, due milioni di tonnellate metriche di CO2, equivalenti alle emissioni annuali di una piccola centrale elettrica a carbone. Essendo più pesante dell'aria, questa coltre di CO2 si è depositata su un villaggio locale e ha asfissiato i suoi abitanti. I critici del sequestro del carbonio richiamano erroneamente l'attenzione sulla tragedia del lago Nyos - erroneamente perché la scienza dice che si trattava di uno scenario completamente diverso, unico per aree che sono allo stesso tempo vulcaniche e situate in climi tropicali, dove c'è poco ricambio naturale dell'acqua del lago.

Il sequestro geologico non verrebbe mai effettuato in una geologia come quella del lago Nyos e, inoltre, la GS deve essere attentamente monitorata. Nei progetti di sequestro geologico, la CO2 viene seguita nel sottosuolo mentre viene bloccata in pori microscopici in formazioni rocciose stabili ad almeno mezzo miglio di profondità. In un campo di GS, al primo segno di migrazione inaspettata di CO2, un avviso potrebbe essere trasmesso a una struttura di controllo attraverso un programma completo di monitoraggio del sottosuolo. L'operatore potrebbe quindi interrompere l'iniezione per ridurre la pressione e contenere il movimento di CO2, indagare e risolvere il problema o interrompere le operazioni in quell'area.

Un'altra preoccupazione sollevata dagli oppositori della CCS è il rischio di terremoti indotti dall'uomo. Quando i fluidi vengono iniettati nella roccia a una pressione che supera la resistenza della roccia stessa, come nel caso dell'esplorazione del gas di scisto, possono formarsi piccole crepe. Questo processo, comunemente noto come "fracking", provoca occasionalmente microsismicità, piccoli terremoti misurabili da strumenti estremamente sensibili, ma a livelli raramente percepiti dall'uomo. Tuttavia, a differenza dell'esplorazione del gas, le pratiche CCS sono progettate per evitare la fratturazione. Questo perché le microfratture riducono piuttosto che aumentare i volumi di CO2 che possono essere immagazzinati nella roccia serbatoio.

La sismicità provocata dalle iniezioni di fluidi in profondità nella roccia è stata ampiamente studiata e tali studi hanno rilevato che la pratica delle iniezioni è andata avanti per molti decenni senza innescare terremoti dannosi. Un recente studio sulla sismicità nell'area di Dallas-Fort Worth, produttrice di petrolio e gas, condotto dall'Università del Texas e dalla Southern Methodist University, afferma che: "Ci sono migliaia di pozzi di iniezione in Texas, la stragrande maggioranza dei quali non produce alcuna sismicità avvertita o registrata strumentalmente". "In realtà, ogni anno negli Stati Uniti vengono iniettati in profondità oltre due miliardi di tonnellate di fluidi di ogni tipo, compresi i rifiuti pericolosi, e solo in casi limitati i terremoti legati alle iniezioni hanno raggiunto livelli tali da essere avvertiti nelle comunità vicine. In uno dei più grandi impianti di iniezione sotterranea di CO2 al mondo, il giacimento di Weyburn in Canada, dal 2000 sono stati iniettati 17 milioni di tonnellate senza alcun fenomeno sismico attribuibile.

Il rischio reale della GS è la contaminazione delle acque sotterranee a causa del movimento della CO2 sotterranea verso una falda d'acqua dolce. Grazie alle nuove norme dell'EPA, ora sarà necessario un sistema di monitoraggio completo per rilevare tali movimenti (si veda il blog del 22 novembre "Le nuove norme dell'EPA aprono la strada al sequestro geologico della CO2). Anche in questo caso, la risposta sta in una corretta ubicazione e progettazione del progetto. La chiave per la protezione delle falde acquifere è la localizzazione dei siti GS al di sotto di spessi strati di roccia impermeabile che si trovano sopra la zona di iniezione. Il monitoraggio della chimica e della pressione degli strati immediatamente sopra la barriera è una delle misure previste dal programma dell'EPA che può essere adottata per fornire un allarme precoce di una potenziale migrazione negativa di CO2. Secondo uno studio indipendente dell'Università del Texas, nel giacimento petrolifero SACROC del Texas occidentale, con migliaia di pozzi, gli operatori hanno iniettato in modo sicuro 175 milioni di tonnellate metriche di CO2 (l'equivalente della produzione annuale di 20 grandi centrali elettriche) dal 1972 senza danni alle falde acquifere di acqua dolce sovrastanti.

Con una domanda globale di energia che supera rapidamente gli sforzi per ridurre le emissioni di gas serra, il sequestro del carbonio è una tecnologia sicura che possiamo adottare ora per ridurre l'impatto climatico dell'uso dei combustibili fossili. Utilizzando le stesse competenze che i geologi del petrolio usano per produrre petrolio e gas, dovremmo essere in grado di iniettare e stoccare l'anidride carbonica in modo sicuro per milioni di anni. Il giacimento norvegese di Statoil Hydro nel Mare del Nord, Sleipner, è un altro progetto di sequestro geologico, in cui vengono iniettati circa 1 milione di tonnellate di CO2 all'anno, per una capacità target di 20 milioni di tonnellate di CO2 nel corso della vita del progetto. Gli ingegneri prevedono un livello di rischio di ordini di grandezza inferiore alla tolleranza di rischio di riferimento dell'International Panel on Climate Change (IPCC), che prevede una perdita dell'1% in 1.000 anni. Sleipner è in funzione dal 1996, senza alcun rilascio percepibile.

Quindi, la tecnologia è qui. Ora, portiamola in scala.