Primo piano sulla cattura del carbonio
15 Sep 2023
Per rafforzare un nuovo fronte strategico nella lotta contro il cambiamento climatico, GEA ha sviluppato una serie di soluzioni per la cattura dell'anidride carbonica, su misura per le esigenze dei principali produttori di emissioni industriali.
Nella lotta contro il cambiamento climatico, l'introduzione graduale di energia rinnovabile, combustibili sostenibili e pratiche di efficienza energetica sarà certamente d'aiuto, ma non basterà da sola. Nel breve termine, sarà fondamentale catturare la CO2 da fonti puntuali per riutilizzarla o per stoccarla sotto terra per periodi di tempo prolungati. La cattura del carbonio, infatti, è ampiamente considerata come la più importante soluzione a breve termine per ridurre le emissioni di CO2 e far sì che il mondo raggiunga i propri obiettivi climatici.1
La cattura del carbonio si utilizza da decenni per trasformare il gas naturale in combustibile commerciale o per iniettare la CO2 recuperata nei giacimenti petroliferi al fine di migliorare il recupero del petrolio. Ma per i grandi produttori di emissioni industriali di CO2 attuali, la cattura del carbonio è essenzialmente un terreno inesplorato. Inoltre, mentre le compagnie petrolifere e del gas hanno sempre avuto un chiaro incentivo economico a separare la CO2 dai loro flussi di prodotti, lo stesso non si può dire per un produttore di cemento o di acciaio. In Europa, ad esempio, questi produttori di emissioni industriali si trovano a dover investire nella cattura del carbonio e, di conseguenza, aumentare i prezzi, pur continuando a competere con produttori di Paesi in cui non esiste una legislazione sulla CO2. E non possono permettersi di aspettare. La richiesta di adottare misure per il clima - da parte delle autorità di regolamentazione, del pubblico e del pianeta stesso - è decisamente troppo forte e urgente.
In breve: gli attuali produttori di emissioni industriali hanno bisogno di un modo rapido, efficace ed economico per catturare e smaltire la CO2 generata nei loro processi.
La missione di cattura del carbonio di GEA
Offrendo da sempre soluzioni per il controllo delle emissioni, GEA si concentra ora nell'aiutare le industrie ad alte emissioni a intraprendere la cattura del carbonio. "Per realizzare la promessa della cattura del carbonio, questo processo dovrà diventare più economico e più facile da implementare in diversi settori", afferma il Dr. Felix Ortloff, Senior Director GEA Carbon Capture Solutions. Ortloff e il suo team si sono concentrati su cinque industrie in particolare - cemento, siderurgia, vetro, prodotti chimici e bioenergie - e hanno progettato una serie di soluzioni di cattura del carbonio su misura per le loro esigenze specifiche. "In primo luogo, molte di queste aziende devono rispondere ai cambiamenti normativi e seguire i propri percorsi di azzeramento delle emissioni, quindi hanno necessità di iniziare con una certa urgenza", afferma Ortloff. "In secondo luogo, non disponendo di sovvenzioni considerevoli, è molto probabile che vogliano iniziare su scala medio-piccola, in modo da poter gestire i costi del progetto e potenzialmente estendere la capacità in una fase successiva. In terzo luogo, sono alla ricerca di una soluzione non eccessivamente complessa; in questo caso un unico fornitore aiuta a ridurre il numero di interfacce. Infine, vogliono una soluzione che possa essere integrata nelle loro attività senza causare interruzioni".
Per soddisfare questi requisiti, GEA ha sviluppato un'offerta completa di cattura del carbonio costituita da quattro componenti principali:
- Recupero del calore di scarto XECO - Per la massima economia: il calore dei processi e dei fumi di un impianto viene utilizzato per fornire gran parte del calore necessario per la separazione della CO2.
- Pre-trattamento dei gas SETO - Per la massima efficacia e durata: i componenti in traccia nocivi vengono rimossi dai fumi per massimizzare la stabilità a lungo termine della reazione chimica di cattura del carbonio.
- Impianti di cattura del carbonio CEBO - Quattro diversi impianti di cattura del carbonio a base di ammine forniscono ai clienti una soluzione economica e mirata, di facile installazione.
- Utilizzo e sequestro della CO2 NAVO - Le soluzioni per la purificazione, la liquefazione, il condizionamento e il trasporto della CO2 consentono ai clienti di riutilizzare la CO2 catturata per la produzione industriale o per lo stoccaggio a lungo termine.
Secondo Ortloff, grazie alla sua vasta esperienza nel controllo delle emissioni, nel recupero del calore di scarto, nella liquefazione e nel riutilizzo della CO2, insieme alla sua competenza di base nella progettazione, nell'installazione e nella scalabilità di linee di processo industriali, GEA è avvantaggiata rispetto alla concorrenza. "La nostra esperienza pluridecennale nel trattamento dei gas di scarico ci consente di offrire un concetto di progettazione più standardizzato e lineare, utilizzando materiali economici ma comunque più duraturi", spiega. "Abbiamo anche la capacità finanziaria di gestire progetti più grandi a un livello di prezzo molto competitivo rispetto ad alcuni operatori affermati del settore. E le prestazioni sono garantite, quindi il rischio del progetto è molto basso per i nostri clienti".
Soluzioni di cattura del carbonio di GEA per una riduzione ottimale ed economica della CO2.
Efficienza dei costi grazie al recupero del calore
La fase più dispendiosa del processo di cattura del carbonio è il riscaldamento della soluzione amminica nel ribollitore termico per desorbire e separare il gas CO2. La soluzione di recupero XECO di GEA sfrutta al massimo il calore di scarto disponibile nell'impianto per contribuire a questa fase del processo e ridurre al minimo i costi operativi.
"Alcuni degli attuali progetti di punta per la cattura del carbonio godono di generosi finanziamenti pubblici - necessari per acquisire esperienza con una nuova tecnologia - ma la stragrande maggioranza dei produttori di emissioni industriali dovrà autofinanziarsi a tale scopo. Utilizzare il calore di scarto recuperato per il processo di cattura del carbonio è un ottimo modo per minimizzare i costi"- Dr. Felix Ortloff, Senior Director Carbon Capture Solutions, GEA
- Dr. Felix Ortloff, Senior Director Carbon Capture Solutions, GEA
Come sottolinea Ortloff, un sistema di recupero del calore di scarto efficace deve anche essere progettato in base alle proprietà specifiche dei fumi dell'impianto. Un altro fattore importante è la scelta del mezzo di trasporto del calore, che sia olio termico o vapore. "GEA utilizza da tempo il calore in eccesso dei processi industriali e dei fumi per migliorare l'efficienza energetica degli impianti dei suoi clienti", afferma Ortloff. "Un aspetto critico nel recupero di calore per i cementifici, ad esempio, è l'elevato carico di polveri nei fumi del forno, che può compromettere la durata dell'unità di recupero di calore. Il nostro sistema di recupero del calore di scarto XECO ha già dimostrato di poter funzionare per anni in queste condizioni, mantenendo ottime prestazioni nel trasferimento del calore".
Da oltre dieci anni si affidano alla soluzione XECO di GEA anche i produttori di vetro al fine di migliorare l'efficienza energetica. "Poiché la produzione di vetro genera quantità relativamente elevate di calore di scarto, la nostra soluzione di cattura del carbonio può aiutarli a ottenere una significativa rimozione di CO2 (circa il 40-50%) con un apporto energetico minimo o nullo", spiega Ortloff.
Pre-trattamento dei gas per prestazioni a lungo termine
GEA fornisce da molti anni soluzioni per il controllo delle emissioni alle industrie del cemento, della siderurgia, del vetro, dei prodotti chimici e delle bioenergie. "Ogni settore ha un proprio profilo di fumi e un adeguato pre-trattamento dei gas residui è fondamentale per garantire risultati di cattura del carbonio ottimali", spiega Ortloff. Questo perché i gas residui tipici di queste industrie includono componenti in traccia - in particolare ossidi nitrici (NOx), ossidi solforici (SOx), aerosol e particolato solido, come la polvere - che hanno un impatto negativo sulla stabilità della soluzione amminica utilizzata per catturare e rimuovere la CO2.
Il pre-trattamento comporta anche il controllo dell'umidità dei fumi. "Dobbiamo mantenere stabile la concentrazione di acqua nella soluzione amminica", spiega Ortloff. "Se il contenuto di acqua nei fumi è troppo alto o troppo basso, anche le prestazioni ne risentiranno". Il pre-trattamento dei fumi di GEA riduce anche il rischio di formazione di depositi nel sistema di cattura del carbonio, con un impatto significativo sui costi di manutenzione.
Conoscere i profili dei fumi specifici di ciascuna di queste industrie ha aiutato GEA a progettare la soluzione di pre-trattamento dei gas SETO in modo da consentire una configurazione personalizzata della linea di depurazione dei gas. "La nostra esperienza nel pre-trattamento dei gas ci permette di integrare perfettamente il processo di separazione della CO2 nella linea di scarico dei gas residui di ogni cliente, per ridurre i costi operativi e rendere più affidabile la cattura del carbonio", afferma Ortloff.
Agile cattura del carbonio
Gli impianti CEBO di GEA utilizzano l'avanzata tecnica di cattura della CO2 a base di ammine. Ciò comporta il passaggio dei fumi dell'impianto attraverso un solvente amminico, che rimuove la CO2 tramite assorbimento; il solvente viene poi riscaldato per rilasciare CO2 pura per la fase finale di riutilizzo o stoccaggio. Se questa è una pratica consolidata nell'industria petrolifera e del gas, oggi la sfida è quella di introdurre la cattura del carbonio in una serie di altri settori ad alte emissioni in modo rapido e conveniente. "La cattura del carbonio a base di ammine nell'industria petrolifera e del gas riguarda di solito progetti su vasta scala con grandi volumi di gas, molto costosi da costruire, installare e gestire", spiega Ortloff. "Questo non risponde alle esigenze delle nostre industrie target del cemento, della siderurgia, del vetro, dei prodotti chimici o delle bioenergie, che hanno a disposizione volumi di gas e budget diversificati. Per servire questi settori, abbiamo bisogno di un approccio semplificato e più agile".
GEA offre quattro impianti di cattura del carbonio di dimensioni diverse - da 16 a 200 ktpa di capacità di separazione della CO2 - in base al calore di scarto medio disponibile nei diversi settori industriali.
"Per un grande cementificio, il calore di scarto disponibile potrebbe permetterci di catturare il 20% della CO2 dei fumi in un primo momento; per un impianto di vetro, potrebbe essere il 40-50%"- Dr. Felix Ortloff, Senior Director Carbon Capture Solutions di GEA.
- Dr. Felix Ortloff, Senior Director Carbon Capture Solutions di GEA.
"Il settore delle bioenergie è interessante perché applicando il sequestro di CO2 possiamo ottenere emissioni antropiche nette di CO2 negative. Questo perché la CO2 catturata deriva originariamente dalla crescita della biomassa - una cattura naturale diretta dell'aria, per così dire".
Il design degli impianti di cattura del carbonio CEBO di GEA è semplice e modulare. I container standard da 40 piedi, che fungono da "blocco costruttivo", sono preassemblati per una rapida installazione e dispongono di porte laterali per facilitare l'accesso e la manutenzione. Gli impianti CEBO per la cattura del carbonio utilizzano materiali resistenti alla corrosione, come la termoplastica o l'acciaio inox. Un sistema di controllo ad ottimizzazione automatica predisposto per l'assistenza remota assicura facilità di funzionamento e un rapido supporto tecnico ai clienti.
Utilizzo e sequestro per il miglioramento del clima
Per ottenere un impatto positivo sul bilancio climatico di un'azienda, la CO2 catturata deve essere sequestrata - ad esempio attraverso lo stoccaggio sotterraneo a lungo termine - oppure utilizzata al posto della CO2 fossile per produrre generi come bevande o carburanti. Poiché il mercato e l'infrastruttura per l'utilizzo e lo stoccaggio della CO2 catturata sono relativamente nuovi, ciò può rappresentare un'ulteriore sfida per le aziende che iniziano a praticare la cattura del carbonio.
- Quali sono le opzioni disponibili per il riutilizzo, lo stoccaggio o il trasporto?
- Quali requisiti devono essere soddisfatti in termini di purezza, stato fisico, pressione e temperatura?
- E come può un'azienda assicurarsi che questi requisiti siano soddisfatti in modo coerente nel lungo periodo?
Le soluzioni di utilizzo e sequestro della CO2 NAVO si basano sulla lunga esperienza di GEA nel trattamento chimico, compresi la liquefazione, il condizionamento, il trasporto e il riutilizzo della CO2. "Possiamo condizionare la CO2 secondo le necessità e preparare un punto di connessione per il trasporto modulare o per il convogliamento in condotti", spiega Ortloff. "Per il riutilizzo industriale, il trasporto più comune è allo stato liquido refrigerato tramite cisterne su camion o su rotaia, mentre per l'uso alimentare e nelle bevande in Europa (EIGA) è richiesta una purezza di almeno il 99,9%.2 Le specifiche per il trasporto in condotti - per lo stoccaggio, ad esempio - saranno diverse". Poiché i costi di trasporto della CO2 liquida rimangono elevati, GEA raccomanda alle aziende di individuare potenziali clienti di CO2 nelle vicinanze e offre supporto per quanto riguarda le specifiche delle interfacce.
- In qualità di partner di lunga data dell'industria della birrificazione, GEA ha esperienza nel recupero di CO2 alimentare da riutilizzare nella produzione di bevande.
- In collaborazione con partner industriali, GEA può sintetizzare il metanolo da CO2 e H2 per utilizzarlo come carburante, additivo per carburanti o componente nell'industria chimica.
- GEA offre anche competenze nella produzione di carbonati dalla CO2 catturata da utilizzare in vari settori industriali, tra cui vetro, prodotti farmaceutici, pasta di legno e carta. "Grazie alla vasta esperienza di GEA nelle tecnologie di cristallizzazione, possiamo fornire tecnologia in progetti di carbonato/bicarbonato nell'ordine di parecchie centinaia di tonnellate di capacità produttiva al giorno", afferma Ortloff.
- Per una maggiore flessibilità, GEA offre l'opzione di un impianto di stoccaggio intermedio per la CO2.
- Inoltre, l'energia termica ricavata dal raffreddamento e dalla compressione della CO2 può essere reintegrata in un sistema di trasferimento del calore per aumentare l'efficienza complessiva.
Piccoli passi per un successo sostenibile
GEA ha avviato lo sviluppo del proprio programma di cattura del carbonio nel 2021 perché ha ritenuto opportuno fornire il proprio contributo basato su decenni di know-how per affrontare un nuovo aspetto critico nella lotta contro il cambiamento climatico. Inoltre è consapevole del fatto che le industrie ad alte emissioni, come quella siderurgica e del cemento, dovranno iniziare con impianti di cattura del carbonio di piccole dimensioni prima di passare a progetti su larga scala. "Abbiamo progettato il nostro impianto di cattura del carbonio per ottenere una rimozione del 90% di CO2 e l'impianto pilota ha confermato la nostra capacità di farlo", afferma Ortloff.
"Ma a breve termine, la rimozione su larga scala non è realistica per la maggior parte delle aziende. Per ora, le aziende produttrici di emissioni dovranno bilanciare il costo degli investimenti nella cattura del carbonio con il costo dei crediti di carbonio e continuare a perseguire entrambe le opzioni. Con il diminuire della disponibilità dei crediti e l'aumento del loro costo, le aziende saranno indotte a investire maggiormente nella cattura del carbonio"- Dr. Felix Ortloff, Senior Director Carbon Capture Solutions, GEA
- Dr. Felix Ortloff, Senior Director Carbon Capture Solutions, GEA
Nel prossimo futuro, le richieste degli azionisti, l'inasprimento delle normative, incentivi governativi più generosi o un mercato solido per la CO2 catturata - o tutti questi fattori - potrebbero spingere gli impianti industriali a catturare una percentuale maggiore delle loro emissioni di CO2 per il riutilizzo e lo stoccaggio. "Siamo pronti e non vediamo l'ora di farlo", afferma Ortloff. "Ma nel frattempo, possiamo aiutare i grandi produttori di emissioni a ottenere risultati più modesti con una soluzione rapida, economica e scalabile. Un cementificio che riesce a ottenere una rimozione del 20% di CO2 compie un passo avanti fondamentale e si trova in una posizione molto più forte per aumentare la capacità produttiva in futuro".
