Capire le prospettive di cattura e stoccaggio del carbonio in Pennsylvania

La cattura e lo stoccaggio del carbonio sono fondamentali per la decarbonizzazione a breve termine in Pennsylvania. Con la sua solida economia industriale e di produzione energetica basata sui combustibili fossili, nel 2021 lo Stato si è classificato al^quarto posto negli Stati Uniti per quanto riguarda le emissioni di carbonio, oltre la metà delle quali sono attribuite al settore energetico e all'industria. Mentre altre tecnologie emergenti di decarbonizzazione per l'industria e la produzione di energia elettrica continuano a svilupparsi, la cattura e lo stoccaggio del carbonio è una tecnologia disponibile in commercio che può aiutare a decarbonizzare le emissioni esistenti e persino ad affrontare alcune fonti di emissione che probabilmente non hanno alternative a basso contenuto di carbonio.

Sebbene le disposizioni dell'Inflation Reduction Act (IRA) abbiano migliorato la fattibilità economica della cattura del carbonio e l'accessibilità all'industria della Pennsylvania,_permangono ostacoli al trasporto e allo stoccaggio della_CO2 , soprattutto la necessità di confermare la disponibilità di un'adeguata capacità di stoccaggio geologico, data la mancanza di dati esistenti e pubblicamente disponibili. In questo blog, CATF esamina la distribuzione delle emissioni a livello di impianto e stima la capacità di stoccaggio potenziale delle formazioni di stoccaggio più ricche di dati in Pennsylvania, sottolineando la necessità di un'ulteriore caratterizzazione. L'analisi geologica di supporto, eseguita da Advanced Resources International (ARI), si basa su dati limitati disponibili pubblicamente, integrati da un set di dati ARI.

Se la Pennsylvania vuole fare sul serio per decarbonizzare l'industria e rendere possibile l'Appalachian Regional Clean Hydrogen Hub(ARCH2), lo Stato deve intraprendere un'azione politica e finanziare gli sforzi di caratterizzazione, compresa la perforazione mirata di nuovi pozzi di prova geologici.

La cattura del carbonio può ridurre in modo significativo le emissioni delle industrie critiche difficili da abbattere in Pennsylvania.

La cattura e lo stoccaggio del carbonio sono particolarmente importanti per la decarbonizzazione delle industrie difficili da abbattere in Pennsylvania, tra cui la produzione di acciaio, cemento e petrolchimica. Questi settori hanno poche o nessuna opzione di decarbonizzazione alternativa a causa delle emissioni di processo intrinseche che si verificano durante le reazioni chimiche, come la calcinazione del calcare per produrre l'ossido di calcio per il cemento o la via dell'altoforno-forno a ossigeno di base (BF-BOF) per la produzione di acciaio primario.

Il settore industriale della Pennsylvania ha emesso quasi 25 milioni di tonnellate metriche di_CO2 nel 2022, di cui circa il 25% proveniente dal settore dei metalli, compresa la produzione di ferro e acciaio, seguito dal 20% del settore dei minerali, compresa la produzione di cemento, calce e vetro. I restanti settori industriali, pasta di legno e carta, rifiuti, lavorazione del gas naturale, prodotti chimici e raffinazione del petrolio, rappresentano insieme poco più del 49% del totale, mentre il restante 6% rientra nella categoria "altro".

Figura 1: Emissioni industriali della Pennsylvania nel 2022 (esclusa la produzione di elettricità)

L'uso della cattura e dello stoccaggio del carbonio può consentire alle strutture che emettono anidride carbonica di decarbonizzarsi e i progetti di retrofit della cattura hanno il potenziale di migliorare la qualità dell'aria attraverso la riduzione delle emissioni _non CO2, pur mantenendo le attività esistenti ed espandendo la forza lavoro. La cattura e lo stoccaggio delle emissioni_{di CO2} è una strategia chiave che la Pennsylvania dovrebbe adottare per ridurre significativamente le emissioni, mantenendo al contempo il motore economico dello Stato.

Grazie all'InflationReduction Act, un maggior numero di strutture in Pennsylvania può beneficiare dei crediti d'imposta 45Q.

Nonostante la maturità tecnologica della cattura del carbonio, le sfide economiche rimangono, come sottolineato in un rapporto del Team Pennsylvania sul 2022. Nel contesto politico del 2022, molte fonti di emissioni in Pennsylvania non erano economiche da catturare. I costi di cattura del carbonio a livello di impianto dipendono dalla portata volumetrica dei gas di scarico, nonché dalla loro concentrazione e purezza di_CO2. Inoltre, i costi di trasporto e stoccaggio dipendono da fattori quali la distanza dal sito di stoccaggio, la scala, il monitoraggio e le considerazioni geologiche. L'Inflation Reduction Act ha apportato miglioramenti fondamentali al credito d'imposta 45Q, che offre incentivi economici per la cattura e lo stoccaggio del carbonio.

CATF L'analisi ha rilevato che i recenti miglioramenti dell'IRA hanno permesso ad altri 140 impianti in Pennsylvania che emettono più di 7,5 milioni di tonnellate di_CO2 nel 2022 di diventare idonei per gli incentivi 45Q, rispetto ai 79 precedentemente idonei. Queste 219 strutture ammissibili in Pennsylvania (che sono al di sopra delle attuali soglie IRS per ricevere i crediti d'imposta 45Q) hanno prodotto emissioni dirette di_CO2 per un totale di 82,5 milioni di tonnellate metriche nel 2022^.1 Queste 219 fonti sono distribuite in modo relativamente uniforme da est a ovest nel Commonwealth. La Tabella 1 fornisce una panoramica delle strutture ammissibili per settore, in base alle emissioni dichiarate nel 2022.

Tabella 1: Strutture della PA ammissibili agli incentivi fiscali federali 45Q e emissioni 2022 per tipo di struttura

Tipo di struttura	Numero di strutture	Emissioni totali 2022 al di sopra della Soglia 45Q (tonnellate metriche diCO2 all'anno)
Prodotti chimici	7	1,941,665
Generazione di energia elettrica	59	57,592,571
Metalli	30	6,151,365
Minerali (cemento, vetro, calce)	19	4,894,670
Trattamento del gas naturale	50	2,520,899
Altro	32	1,624,518
Raffinazione del petrolio	5	2,061,904
Pasta di legno e carta	9	2,949,208
Rifiuti	8	2,745,565
Totale	219	82,482,363

La Pennsylvania dispone di opzioni per lo stoccaggio del carbonio catturato, ma restano questioni fondamentali sulla capacità di stoccaggio

La necessità di catturare l'anidride carbonica comporta anche la necessità di immagazzinarla. In un tipico sistema di cattura, l'anidride carbonica viene catturata nel punto di emissione, trasportata in un sito di stoccaggio e iniettata in profondità nel sottosuolo per lo stoccaggio geologico permanente. Fortunatamente, gran parte della Pennsylvania si trova nel bacino degli Appalachi, che ospita molte rocce sedimentarie profonde che potrebbero essere adatte allo stoccaggio geologico del carbonio.

La Pennsylvania ha diverse formazioni geologiche nelle porzioni occidentali e settentrionali del Commonwealth che potrebbero servire come potenziali serbatoi di stoccaggio del carbonio. Le stime della capacità di stoccaggio di_CO2 in acquiferi salini profondi in Pennsylvania variano da 2,4 miliardi di tonnellate metriche a 75,6 miliardi di tonnellate metriche. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti stima che il potenziale di stoccaggio salino totale in Pennsylvania (stima media) sia di 17,34 miliardi di tonnellate, una capacità sufficiente a sequestrare l'equivalente di tutte le emissioni dirette di_CO2 della Pennsylvania nel 2022, o circa 100 milioni di tonnellate di_CO2 ogni anno per i prossimi 170 anni.

Tuttavia, queste stime di alto livello probabilmente superano di gran lunga il potenziale di stoccaggio commerciale realistico, poiché non tengono conto dell'iniettività misurata sul campo, ovvero della facilità con cui fluidi come l'anidride carbonica possono fluire attraverso le formazioni geologiche. Per comprendere e verificare meglio il potenziale di stoccaggio in Pennsylvania, è necessaria una valutazione geologica più dettagliata.

A tal fine, CATF ha commissionato ad Advanced Resources International una relazione tecnica che valuta le opportunità di stoccaggio geologico. I risultati principali del rapporto sono i seguenti:

• Le formazioni Knox, Oriskany, Lockport, Onondaga, Bass Islands e Medina sono state utilizzate come base per la valutazione, grazie ai dati sufficienti e pubblicamente disponibili. Tutte le formazioni si trovano nella Pennsylvania centrale o occidentale e le migliori sembrano essere quelle di Lockport e Knox, con capacità teoriche combinate di stoccaggio di_CO2 comprese tra 510 e 1.640 milioni di tonnellate. Queste cifre rappresentano una stima più affidabile della reale capacità di stoccaggio rispetto alle analisi precedenti e segnalano un potenziale promettente. Con la caratterizzazione di un maggior numero di formazioni e la disponibilità di più dati per un'analisi più approfondita, la fiducia nella reale capacità di stoccaggio aumenterà.

Tabella 2: Sintesi della potenziale capacità teorica di stoccaggio_{della CO2} negli acquiferi salini della ^Pennsylvania centro-occidentale2

Formazione dell'obiettivo	Capacità di stoccaggio in aree al di sopra di 2,0 tonnellate metriche per miglio quadrato al 7,4 - 24% di efficienza di stoccaggio ipotizzata (migliaia di tonnellate metriche)
Onondaga	0 - 1,641
Oriskany	0 - 57
Isole Bass	0 - 0
Lockport	112,021 - 337,522
Medina	0 - 23,848
Knox	401,400 - 1,304,267
Totale	513,421 - 1,667,335
Solo i più validi: Lockport e Knox	513,421 - 1,641,789

• Sulla base dei dati disponibili al pubblico di giacimenti petroliferi analoghi e delle informazioni contenute nel National Carbon Sequestration Database, queste formazioni sono per lo più caratterizzate da una permeabilità molto bassa, che potrebbe rendere difficile l'iniezione di_CO2 a tassi commercialmente sostenibili. I dati esistenti sono limitati e saranno necessari ulteriori dati per determinare la fattibilità di queste formazioni per lo stoccaggio su scala commerciale in grandi impianti.
• In Pennsylvania esistono altre possibili opzioni di stoccaggio al di fuori degli acquiferi salini profondi, che sono l'oggetto di questo rapporto. La più promettente di queste alternative è lo stoccaggio nei giacimenti di petrolio e gas esauriti. Sebbene i dati sulle formazioni nei giacimenti di petrolio e gas esauriti siano generalmente più disponibili, l'alta densità di pozzi abbandonati rende potenzialmente più difficile uno stoccaggio sicuro in questi giacimenti. Anche lo stoccaggio negli scisti del Marcellus e dell'Utica potrebbe essere fattibile, ma richiederà ulteriori test per determinarne la fattibilità. Inoltre, potrebbero esistere altre opportunità di stoccaggio negli Stati a ovest della Pennsylvania o al largo delle coste del Medio Atlantico.
• Nella maggior parte dei casi, per trasportare la_CO2 dal luogo di cattura a quello di stoccaggio saranno probabilmente necessari dei gasdotti, a causa di considerazioni geologiche del sito di emissione e della distribuzione geografica delle fonti. Ciò è particolarmente vero per i 109 impianti ammissibili al 45Q che emettono più di 50 milioni di tonnellate di_CO2 nella parte orientale del Commonwealth, dove la geologia probabilmente non è adatta allo stoccaggio.

Figura 2: Mappa che mostra la relazione tra le fonti di_CO2 e la capacità di stoccaggio potenziale per le formazioni combinate di Lockport e Knox.

Sono necessari ulteriori lavori di caratterizzazione per comprendere meglio il potenziale di stoccaggio della Pennsylvania.

Una sfida fondamentale per l'identificazione di siti di stoccaggio su scala commerciale in Pennsylvania è la relativa mancanza di dati del sottosuolo disponibili pubblicamente per le formazioni saline profonde. Nonostante la lunga storia di esplorazione di petrolio e gas nel Commonwealth, i dati disponibili pubblicamente necessari per la valutazione della capacità di stoccaggio del carbonio (ad esempio, log wireline, dati di porosità e permeabilità derivati da carotaggi, test di giacimento, ecc. Questa mancanza di dati evidenzia la necessità di ulteriori lavori di caratterizzazione geologica in Pennsylvania. Le formazioni saline molto profonde nel Commonwealth sono spesso poco conosciute, ma potrebbero servire come potenziali serbatoi per lo stoccaggio del carbonio, una volta caratterizzate correttamente.

Di seguito è riportata una breve storia del lavoro e dei finanziamenti esistenti per caratterizzare il potenziale geologico per lo stoccaggio di_CO2 in Pennsylvania.

Raccomandazioni per il successo in Pennsylvania

In sintesi, il rapporto sullo stoccaggio geologico rileva che la Pennsylvania ha fonti di emissione che probabilmente richiederanno la cattura e lo stoccaggio del carbonio per ottenere una riduzione delle emissioni. Esistono opportunità di stoccaggio geologico per l'anidride carbonica in Pennsylvania, ma sono necessari ulteriori sforzi di caratterizzazione, tra cui la perforazione di nuovi pozzi di prova, per confermare la fattibilità. Inoltre, per le operazioni di cattura e stoccaggio del carbonio su larga scala saranno probabilmente necessari dei gasdotti_{per la CO2}. La verifica della capacità di stoccaggio_{della CO2} è ancora più importante alla luce del recente annuncio della selezione di ARCH2 per le trattative di aggiudicazione. Il polo ARCH2 comprende diversi progetti che prevedono la produzione di idrogeno attraverso il reforming del gas naturale abbinato alla cattura e allo stoccaggio del carbonio nelle zone centrali e occidentali dello Stato.

Le opportunità per consentire la cattura e lo stoccaggio del carbonio nella PA includono: 

• Quadro politico statale. La Pennsylvania può attrarre meglio i progetti e garantire il successo dello sviluppo della cattura e dello stoccaggio del carbonio stabilendo un quadro legislativo chiaro, solido e significativo per le questioni relative alla cattura e allo stoccaggio del carbonio a livello statale. Ciò può includere:
  • Chiarimento della proprietà dello spazio poroso, definizione di procedure di unificazione, assunzione di responsabilità a lungo termine dopo la chiusura dei pozzi di stoccaggio del carbonio, requisiti di giustizia ambientale e minimizzazione di altri impatti locali.
  • Stabilire un finanziamento amministrativo per queste funzioni.

• Finanziamento statale. Per consentire con successo lo stoccaggio del carbonio all'interno dello Stato, la Pennsylvania deve dotarsi di risorse complete per le agenzie e le autorità di regolamentazione che ne sosterranno lo sviluppo e ne forniranno la supervisione. Ad esempio:
  • Se la Pennsylvania persegue il primato UIC di classe VI, il Dipartimento per la protezione dell'ambiente avrà bisogno di fondi e risorse adeguate per supervisionare la concessione dei permessi e l'attuazione del programma.
  • Il finanziamento del DCNR Bureau of Geological Survey per condurre una caratterizzazione geologica mirata, compresi nuovi pozzi di prova, dovrebbe essere considerato una componente chiave di qualsiasi legislazione sulla cattura e lo stoccaggio del carbonio in Pennsylvania. I dati raccolti da qualsiasi sforzo finanziato dal governo dovrebbero essere disponibili al pubblico in un formato di facile accesso.
• Trasporto della_CO2. Il trasporto della_CO2 catturata dalle fonti di emissione ai luoghi di stoccaggio richiederà nuovi gasdotti_{per la CO2}. Per integrare i prossimi aggiornamenti delle norme federali sulla sicurezza delle condutture_{di CO2}, i politici statali possono sostenere lo sviluppo responsabile della cattura e dello stoccaggio del carbonio valutando i corridoi ottimali per il trasporto_{della CO2}, chiarendo l'applicabilità dei requisiti della Pennsylvania Public Utility Commission per le condutture_{di CO2} e sostenendo la preparazione alle emergenze statali e locali e i primi soccorritori locali per accogliere le_{infrastrutture di CO2} .

• Collaborazione regionale. I legislatori della Pennsylvania dovrebbero anche guardare oltre i confini dello Stato e collaborare con i governi degli Stati vicini per sviluppare una roadmap infrastrutturale multistatale per lo stoccaggio e il trasporto_{della CO2}, che includa l'Ohio e il Midwest, la West Virginia, New York e la regione off-shore del Medio Atlantico.

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¹ Gli impianti di generazione elettrica a carbone che hanno annunciato il ritiro non sono stati inclusi in questi totali. Tra gli impianti esclusi figurano Montour, LLC, Brunner Island, LLC, Homer City, Keystone e Conemaugh, che hanno emesso 17,8 milioni di tonnellate di_CO2 nel 2022.

² L'intervallo per ogni formazione target rappresenta i valori per le diverse efficienze di stoccaggio ipotizzate. Le formazioni Bass Islands e Lockport non hanno mappe di struttura in NATCARB. https://www.netl.doe.gov/coal/carbon-storage/strategic-program-support/natcarb-atlas