Comprendere la bioenergia con la cattura del carbonio e lo stoccaggio

La bioenergia con Carbon Capture e Storage, comunemente abbreviata come BECCS, rappresenta uno dei percorsi più tecnicamente convincenti per raggiungere le emissioni di anidride carbonica netta. A differenza delle fonti energetiche rinnovabili convenzionali che limitano le emissioni, BECCS rimuove attivamente l'anidride carbonica dall'atmosfera combinando la produzione di biomassa di energia con la sequestrazione di carbonio geografico.

La premessa fondamentale delle cerniere BECCS sul ciclo biologico del carbonio. Le biomaterie alimentano le colture energetiche, i residui forestali, i rifiuti agricoli e le alghe assorbiscono la CO2 atmosferica attraverso la fotosintesi durante la loro fase di crescita. Quando la biomassa viene alimentata per il calore o l'energia elettrica, o convertita in biocarburanti liquidi, il carbonio originariamente fissato dalle piante viene rilasciato.

L'urgenza di implementare le tecnologie negative per le emissioni è aumentata, poiché le traiettorie globali continuano a superare le precedenti proiezioni. Il Pannello intergovernativo sul cambiamento climatico[] ha costantemente indicato che praticamente tutti gli scenari compatibili con gli obiettivi di temperatura dell'Accordo di Parigi richiedono un'ampia distribuzione di approcci di rimozione di anidride carbonica da metà secolo.

Come funziona BECCS: una vista dei sistemi

Produzione e Supply Chain di Biomassa

Le emissioni di frumento perenni, come l'impiantistica, le colture di scarto, le colture di scarto, le colture di scarto, le varietà di prodotti di produzione, le zone di produzione di grano, le zone di produzione di grano, le zone di produzione di scarti, le zone di produzione di grano, le zone di produzione di scarti, le zone di produzione di scarti, le zone di produzione di grano, le zone di scarti, le zone di zucchero, sono poco otte, e le zone di frumento.

L'analisi del debito pubblico e del debito pubblico, che si basano su un'analisi del ciclo di vita, è fondamentale per l'utilizzo di una rete di trasporto, che può essere sottratta dalla rimozione del carbonio.

Tecnologie di conversione

La combustione in una centrale a biomassa dedicata o in un impianto di carbone che co-fuoco è l'approccio più maturo della biomassa. Il gas di combustione dalla combustione contiene tipicamente il 3-15% di CO2 per volume, a seconda del contenuto di umidità del mangime e delle condizioni di combustione.

La gassificazione offre un percorso di conversione alternativo riscaldando la biomassa in un ambiente controllato di ossigeno per produrre sinergie, una miscela di monossido di carbonio e idrogeno. I materiali sintetici possono essere alimentati in una turbina o in un motore per la generazione di energia, o ulteriormente trasformati tramite la sintesi Fischer-Tropsch per produrre combustibili liquidi come il gasolio e il carburante a basso costo.

La digestione anaerobica delle biomasse umide come il letame, i rifiuti alimentari e le fanghi di depurazione produce biogas, una miscela di metano e CO2. L'aggiornamento del biogas al gas naturale rinnovabile di qualità delle tubazioni comporta la rimozione del CO2, che è poi disponibile per la compressione e lo stoccaggio. Questo percorso è particolarmente attraente perché affronta le sfide di gestione dei rifiuti, producendo un vettore energetico immagazzinabile e dispedibile.

Infrastrutture di cattura, trasporto e stoccaggio

Una volta che CO2 è separato dal processo di conversione dell'energia, deve essere compresso a uno stato denso-fase, tipicamente a pressioni superiori a 73 bar, e trasportato via pipeline, nave, camion, o ferrovia ad un luogo di stoccaggio adatto. Il trasporto di tubazioni è l'opzione più conveniente per grandi volumi su distanze fino a diverse centinaia di chilometri di efficienza, e le reti di pipeline di CO2 vaste esistono già in regioni con maggiore recupero del petrolio operazioni.

Lo stoccaggio geologico di CO2 comporta l'iniezione di formazioni sotterranee profonde come serbatoi di petrolio e gas, aquisiti salini profondi, o cuciture di carbone non minabili. Queste formazioni hanno spazi pori che possono intrappolare CO2 attraverso una combinazione di sistemi di stoccaggio strutturale, residuo, solubilità e di tracciamento minerale.

Il potenziale di migrazione del clima di BECCS

Il panel intergovernativo del Rapporto di valutazione del cambiamento climatico ribadisce che il limite del riscaldamento globale a 1,5°C senza o limitato sovraccarico richiede emissioni nette di CO2 per raggiungere lo zero netto intorno al 2050, seguito da emissioni nette negative in seguito.

La distribuzione regionale del potenziale BECCS varia ampiamente in base alla disponibilità di risorse a biomassa, alla capacità di stoccaggio geologico, alle infrastrutture energetiche esistenti e al sostegno politico.Gli Stati Uniti hanno abbondanti risorse a biomassa dall'agricoltura e dalla silvicoltura, una vasta capacità di stoccaggio conosciuta in aquiferi salini e campi petroliferi impoveriti, e un quadro di politica di crescita attraverso il credito fiscale di 45Q e la legge sulla riduzione dell'inflazione.

L'efficacia del clima di BECCS dipende anche dal periodo considerato. Poiché la ricrescita della biomassa richiede tempo per riassorbire il carbonio che è stato combustibile e immagazzinato, il vantaggio climatico netto dipende dal tasso di crescita della biomassa e dalla permanenza dello stoccaggio. Le colture annuali in rapida crescita offrono un rapido aumento del carbonio, ma richiedono una gestione intensiva del ciclo di vita e possono avere maggiori emissioni di ciclo di vita.

Dimensioni economiche e sociali

Traiettorie di costo e competitività

Il costo del BECCS varia ampiamente a seconda del tipo di alimentazione, del percorso di conversione, della tecnologia di cattura, della distanza di trasporto e del tipo di stoccaggio. Le stime attuali del International Energy Agency e altri analisti di carbonio pongono il costo livellato dei contratti di produzione di energia solare BECCS tra $80 e $200 per tonnellata di CO2 rimosso, con la combustione dedicata con la cattura post-combustionelettrica inferiore a fine

Il mercato del carbonio volontario, che permette alle aziende di compensare le loro emissioni residue acquistando crediti da progetti di rimozione verificati, si è espanso rapidamente e si prevede di raggiungere $50 miliardi all'anno entro il 2030. I progetti BECCS che possono dimostrare la rimozione del carbonio durevole, supplementare e verificabile possono comandare prezzi premium, in particolare da acquirenti che cercano di alta qualità compensare i flussi di fiducia per gli impegni di contabilità netta-zero.

Scambi e sicurezza alimentare

Gli studi di modellazione suggeriscono che raggiungere 5-10 gigatonne di rimozione annuale di CO2 attraverso BECCS richiederebbero 300-800 milioni di ettari di terreno per colture energetiche dedicate, un'area equivalente al 15-60% della terra coltivata globale attuale.

Le strategie per mitigare i conflitti di utilizzo del suolo includono l'attenzione su terreni marginali e degradati che non sono adatti per la produzione alimentare, l'integrazione della produzione di biomassa in sistemi agricoli esistenti attraverso agroforestali e la copertura di cropping, e la priorità dei rifiuti e residui di alimenti che evitano l'utilizzo del terreno interamente dedicato.

L'impegno comunitario e la Licenza sociale

I progetti BECCS, come tutte le grandi infrastrutture energetiche, richiedono la licenza sociale per operare. Le comunità vicino alle strutture proposte di biomassa, alle rotte di gasdotti e ai siti di iniezione hanno preoccupazioni legittime sugli impatti ambientali locali, sui valori di proprietà, sui rischi di sicurezza e sulla distribuzione dei benefici economici. I processi di impegno trasparenti che forniscono opportunità significative per l'ingresso e l'influenza della comunità sul progetto sono essenziali per costruire la fiducia e per evitare l'opposizione che possano ritardare o debellare i progetti di derali.

Le comunità indigene e i proprietari terrieri rurali possono avere particolari preoccupazioni sulle attività o sulle loro terre tradizionali.Il consenso libero, preventivo e informato è uno standard internazionale emergente che dovrebbe guidare l'impegno con i popoli indigeni.Per BECCS raggiungere il suo potenziale come soluzione climatica, deve essere sviluppato in modi che rispettano e potenziano le comunità locali, piuttosto che estrarre il valore da loro.

Innovazione tecnologica e Approfondimenti di prossima generazione

I sistemi BECCS di prima generazione basati su amine scrubbing del gas di combustione post-combustione sono tecnicamente provati ma affrontano sfide persistenti legate al costo, all'efficienza energetica e al degrado dei solventi. Un'ondata di innovazione sta affrontando queste limitazioni attraverso i progressi nella scienza dei materiali, nell'ingegneria dei processi e nelle strategie di integrazione.

L'integrazione di BECCS con altri processi industriali offre percorsi per migliorare l'efficienza del sistema generale e creare la diversificazione dei ricavi. I sistemi combinati di calore e di potenza che forniscono reti di riscaldamento distrettuale possono ridurre il costo netto di cattura mediante lo svincolo di fonti di calore fossili.

Oltre al BECCS convenzionale, si stanno sviluppando nuovi approcci che combinano bioenergia, cattura del carbonio e cattura diretta dell'aria nei sistemi integrati.La bioenergia con cattura diretta dell'aria e lo stoccaggio, o BEDACS, utilizza il calore e la potenza dalla combustione della biomassa per guidare un processo di cattura diretta dell'aria che rimuove il CO2 dall'atmosfera ambientale, raddoppiando efficacemente la rimozione del carbonio per unità di biomassa.

Quadri politici e Meccanismi di mercato

La distribuzione del BECCS in scala richiede dei quadri politici che riconoscono esplicitamente e premiano le emissioni negative. Le politiche tradizionali di energia rinnovabile che incentivano la generazione senza emissioni non si differenziano tra l'energia che semplicemente evita le emissioni e l'energia che produce emissioni negative.

Il ruolo dei mercati internazionali del carbonio, disciplinato dall'articolo 6 dell'accordo di Parigi, è particolarmente importante per il BECCS perché consente ai progetti in paesi con abbondante biomassa e capacità di stoccaggio di generare crediti che possono essere utilizzati per i contributi nazionali determinati di altri paesi.

L'approvvigionamento di gas e gli investimenti pubblici possono svolgere un ruolo catalitico nel dimostrare il BECCS e ridurre i costi. L'iniziativa del Dipartimento dell'Energia Carbon Negative Shot, che mira a costi di rimozione del carbonio duraturi inferiori a $100 per tonnellata entro il 2035, ha indirizzato finanziamenti sostanziali verso la ricerca, lo sviluppo e la dimostrazione di BECCS.

Protezione dell'integrità ambientale e della sostenibilità

La sostenibilità del BECCS si estende oltre la contabilità del carbonio per comprendere l'uso dell'acqua, la qualità dell'aria, la biodiversità e la salute dell'ecosistema. La produzione di biomassa dedicata all'energia richiede l'irrigazione in molte regioni, in competizione con altre esigenze nelle aree a rischio. La combustione delle biomasse rilascia gli inquinanti dell'aria, tra cui la materia di particolato, gli ossidi di azoto e i composti organici volatili, che hanno effetti sulla salute umana che devono essere gestiti attraverso i controlli delle emissioni e la corretta armonizzazione ambientale.

La gestione della biodiversità, che si basa su una valutazione integrata delle aree di sviluppo delle aree urbane, consente di migliorare la biodiversità e di migliorare la qualità dei prodotti alimentari.

La permanenza di gas serra in aree geologiche è una dimensione critica dell'integrità ambientale BECCS. La CO2 iniettata in adeguate formazioni geologiche è intrappolata da molteplici meccanismi fisici e chimici che diventano più sicuri nel tempo. La dissoluzione in acqua di formazione crea una salamoia stabile e densa che affonda al fondo del serbatoio.

Il ruolo futuro del BECCS nel portafoglio globale Net-Zero

L'integrazione del BECCS in una strategia globale di net-zero deve essere guidata dal principio della decarbonizzazione universale, con la rimozione del carbonio utilizzata per affrontare le emissioni residue da settori difficili abbattibili e ridurre l'eredità storica di CO2 in eccesso.

La diversità tecnologica è un importante principio di gestione del rischio per la rimozione del carbonio. BECCS non è un proiettile d'argento, e non dovrebbe essere. La cattura diretta dell'aria con lo stoccaggio geografico, il miglioramento delle condizioni atmosferiche, il miglioramento dell'alcalinità oceanica, il biochar e la sequestrazione del carbonio del suolo sono approcci complementari con diverse strutture di costo, co-benefici, profili di rischio e le caratteristiche di accettazione del pubblico.

La traiettoria del trasporto del BECCS nei prossimi decenni dipenderà dalle scelte politiche, dalle decisioni di investimento e dall'accettazione sociale tanto quanto dall'innovazione tecnica. I primi progetti si stanno muovendo in avanti nei paesi con ambienti di politica di supporto e con doti di risorse favorevoli, ma il ritmo deve accelerare drammaticamente per soddisfare i livelli di distribuzione previsti negli scenari climatici.

La maggiore conversazione sociale sul BECCS deve essere messa a punto in trasparenza sui suoi limiti, gli sforzi commerciali e le incertezze. Le affermazioni esagerate sul potenziale del BECCS possono creare rischi morali se incoraggiano la competitività sulle riduzioni delle emissioni, mentre le valutazioni eccessivamente pessimistiche possono scoraggiare gli investimenti in una tecnologia che potrebbe rivelarsi necessaria per la stabilizzazione del clima.