Cattura CO2

La cattura e lo stoccaggio della CO2 rappresenta una delle principali soluzioni per ridurre le emissioni di CO2 da combustibili fossili, combattendo così i cambiamenti climatici.

Prima di essere stoccata, la CO2 deve essere separata dai fumi prodotti durante la combustione . Attualmente esistono principalmente tre tecnologie applicabili per catturare la CO2, come mostrato, in modo schematico, nel seguente diagramma.

 

Source: "CO2 Capture and Storage- VGB Report on the State of the Art"
 

Cattura post-combustione

Nelle tecnologie di cattura post-combustione, la CO2 è sequestrata al termine del processo di combustione dei combustibili fossili o di biomassa, con la rimozione della  CO2 dai gas di scarico prodotti.  Esistono diverse tecnologie mature e ampiamente applicate, basate essenzialmente sull’assorbimento per mezzo di solventi liquidi, l’adsorbimento per mezzo di sorbenti o la separazione con membrane. 
La scelta della tecnologia dipende dalle caratteristiche dei fumi (temperatura, pressione, concentrazione e portata); la concentrazione di CO2 varia da 5% vol (secco) per un ciclo combinato a gas naturale, fino a circa 15% vol (secco) per un impianto alimentato a polverino di carbone.
Attualmente Enel sta testando tecnologie di assorbimento nell’impianto pilota realizzato nella centrale a carbone Federico II di Brindisi. Per sviluppare il suo progetto dimostrativo CCS Zero Emission Porto Tolle, Enel ha scelto di usare come tecnologia l’assorbimento per mezzo di solventi liquidi.
Assorbimento per mezzo di solventi liquidi
Nel processo di assorbimento, la CO2 viene catturata dai fumi per mezzo di un solvente reattivo liquido. Questa tecnologia è ampiamente diffusa nell’industria chimica e rappresenta la tecnologia più matura tra quelle attualmente disponibili. 
I processi maggiormente studiati  si basano sull’utilizzo di soluzioni acquose composte da alcanolammine, come la monoetanolammina  (MEA), dietanolammina (DEA), metiletanolammina(MDEA). Lo schema sotto riportato mostra la configurazione di base della cattura di CO2 basata sulle ammine.
Prima che inizi la fase dell’assorbimento, i fumi vengono trattati da un sistema di raffreddamento (allo scopo di raggiungere  la temperatura adeguata) e da una sezione di purificazione (allo scopo di rimuovere il particolato e altre eventuali impurità, principalmente SOx e NOx, che potrebbero causare perdita di solvente per degradazione). Una volta trattati, i fumi vengono inviati a una torre di assorbimento, nella quale la CO2 reagisce con la soluzione acquosa di ammine, mentre i fumi depurati (essenzialmente aria calda) vengono rilasciati in atmosfera; la separazione della CO2 si ottiene con una reazione chimica che crea un composto chimico nel quale la CO2 è debolmente legata. La soluzione carica di CO2 viene quindi mandata a una sezione di stripping, dove viene riscaldata ottenendo CO2 pura e il solvente rigenerato. Mentre la CO2 viene essiccata, compressa e trasportata al sito di immagazzinamento, il solvente rigenerato viene nuovamente inviato alla torre di assorbimento, dopo essere stato raffreddato nello scambiatore di calore dalla soluzione carica di CO2 che esce dalla torre di assorbimento. 

 

Figure 2: Schematic representation of CO2 absorbtion (source: "Program on Technology Innovation: Post-Combustion CO2 Capture Technology Development", EPRI 1016995)

Questo processo può essere usato per catturare dall’85% al 95% della CO2 contenuta nei fumi, con un livello di purezza maggiore del 99.9%.
Il principale aspetto critico relativo ai processi basati sulle ammine è rappresentato dal consumo energetico necessario per la rigenerazione; le attività di ricerca puntano al miglioramento di questo aspetto.
Adsorbimento per mezzo di sorbenti solidi
I sorbenti solidi possono essere usati per l’adsorbimento della CO2 dai fumi. I sorbenti solidi tipicamente consistono di materiali con elevate aree di superficie, come le zeoliti e il carbonio attivato, in grado di  catturare l’anidride carbonica, ottenendo dei fumi privi di CO2. La separazione della CO2 e la rigenerazione dell’adsorbente si basa su un aumento di temperatura  o di pressione.
Attualmente, questa tecnologia non è adatta per applicazioni su vasta scala, a causa della bassa selettività alla CO2 e dell’elevata quantità di energia necessaria per la rigenerazione.

Membrane
Le membrane sono generalmente utilizzate per il trasporto selettivo dei gas. Membrane specifiche sono in grado di separare la CO2 dai fumi. Questo tipo di rimozione della CO2 si basa sulla differenza nella pressione parziale della CO2 ai due lati della membrana, permettendo il trasporto selettivo della CO2 attraverso la membrana. 
Si tratta di una tecnologia abbastanza nuova e meno comune dell’assorbimento e adsorbimento.

 

Cattura pre-combustione

In questo processo, il carbone viene trasformato in un gas combustibile ricco di idrogeno, miscelato alla CO2. Questa viene rimossa prima della combustione, mediante l’assorbimento fisico, mentre l’idrogeno viene bruciato in una turbina a gas. Questa tecnologia consente di rimuovere la CO2 a pressione e concentrazione più elevate. 

Ossicombustione

Il combustibile viene bruciato utilizzando l’ossigeno invece dell’aria (l’azoto viene separato dall’ossigeno in un’unità di separazione dell’aria), in un atmosfera di CO2; il controllo della temperatura avviene mediante il ricircolo della CO2 e dell’H2O. Il flusso di gas refluo è essenzialmente composto da acqua e CO2; la CO2 può essere facilmente catturata mediante  condensazione.