Principali fonti di emissione puntuale

Le principali, tecnologie usate per generare energia dai combustibili fossili, sono, attualmente, gli impianti combinati di gas naturale e quelli a vapore che bruciano carbone.

Gli impianti integrati di gassificazione a ciclo combinato (IGCC) si stanno sviluppando, benché siano generalmente considerati non economicamente competitivi.

La cattura della CO₂ può essere incorporata in ognuno di questi tipi di impianto.

4.2.1 Impianto carbone

L’impianto di combustione a polverino di carbone è stata la tecnologia più usata per produrre energia per oltre 50 anni. Il carbone polverizzato viene bruciato per elevare la pressione del vapore in caldaia, il vapore in pressione passa poi attraverso una turbina a vapore, generando elettricità. L’efficienza dei moderni impianti a carbone si aggira sul 40%. Sono stati però costruiti anche impianti che raggiungono un’efficienza del 47%.

L’elemento chiave nello sviluppo di impianti con cicli a vapore ad alto rendimento è l’utilizzo di nuovi materiali (quali leghe di nichel e cromo). Sono stati fatti a questo proposito degli esperimenti, nel Nord Europa, utilizzando materiali adatti a condizioni del vapore critiche sull’ordine dei 700°C/375 bar, i quali conferivano all’impianto un’efficienza del 55%. Per rendere disponibili queste tecnologie, tuttavia, ci vorranno almeno 15 anni.

Un’alternativa alla combustione del carbone polverizzato è la combustione in letto fluidizzato. Questo metodo consiste nel bruciare un particolare combustibile, come il carbone, in forte eccesso di aria rispetto al metodo convenzionale; le particelle di combustibile sono continuamente alimentate in un letto di ceneri minerali nella porzione di 1 parte di fluido su 200 di cenere, mentre un flusso di aria passa attraverso il letto provocando un moto turbolento. La ragione della diffusione di questa tecnica

rispetto agli impianti di combustione a polverino di carbone. Inoltre la minore temperatura di esercizio in camera riduce il rischio di formazione di monossido di carbonio.

Tuttavia, ai fini della produzione di CO2 i due sistemi si equivalgono per efficienza,

emissioni e costi e anche gli impianti di cattura del biossido di carbonio non presentano differenze.

4.2.2 Impianto a ciclo combinato a gas naturale

In questi impianti, il gas viene bruciato in una turbina a gas che, collegata ad un alternatore, produce elettricità. I gas di scarico della turbina, estremamente caldi, vengono a loro volta utilizzati per scaldare acqua in una caldaia. Il vapore così ottenuto è usato in una turbina a vapore come in una centrale termoelettrica tradizionale, generando altra elettricità. Questo genere di centrali termoelettriche ha un rendimento elettrico estremamente elevato e comunque maggiore di quelle tradizionali, arrivando a sfiorare anche il 60% di resa.

Questo tipo di impianto è stato introdotto negli ultimi 10 anni, non appena il mercato del gas naturale per la generazione di elettricità è stato deregolamentato. In tutto il mondo i sistemi basati sulle turbine a gas stanno prendendo piede, occupando circa metà del mercato delle centrali elettriche.

4.2.3 IGCC

Gli impianti basati sul Ciclo Combinato Integrato di Gassificazione (IGCC) uniscono gli alti rendimenti tipici dei Cicli Combinati a gas naturale alla possibilità di utilizzare come fonte di energia un qualsivoglia materiale ricco di carbonio, come il petrolio, il carbone o le biomasse. Inoltre, il processo di gassificazione permette di togliere elementi altrimenti problematici per la successiva fase di combustione, quali ad esempio cloro e potassio.

Il processo di “gassificazione”, infatti, consente di ottenere da prodotti organici anche non particolarmente nobili un gas di sintesi (syngas) da utilizzare a sua volta come combustibile in un normale impianto turbogas combinato.

Figura 25: Disegno schematico di Impianto Integrato di Gassificazione e Ciclo Combinato

La gassificazione prevede che, dopo l'iniziale pirolisi, una percentuale sotto- stechiometrica di un agente ossidante - tipicamente aria (ossigeno) o vapore - venga introdotta nel reattore in modo che parte del materiale organico bruci producendo

monossido di carbonio ed energia. L’energia liberata è utile per la reazione successiva che converte ulteriore materiale organico in idrogeno ed altro monossido di carbonio. A questo punto il syngas, formato essenzialmente da idrogeno e monossido di carbonio, viene inserito in un ciclo combinato dove brucia allo stesso modo del metano.

L’efficienza degli impianti IGCC aumenterà in futuro parallelamente a quella degli impianti a ciclo combinato con turbina gas, anche se i primi sono in media meno efficienti, di circa 10 punti percentuale, a causa delle perdite di energia dovute ai processi di massificazione e purificazione del gas.

Si contano attualmente più di 300 generatori di gas in utilizzo, ma la maggior parte di questi producono gas di sintesi come stadio intermedio nelle produzioni chimiche. Impianti IGCC a carbone a scopo di prova sono stati costruiti su scala commerciale negli USA, Olanda e Spagna.

C’è inoltre un crescente interesse da parte dell’industria petrolifera per quanto riguarda la massificazione dei residui da raffineria per produrre elettricità e 3 grossi impianti sono stati costruiti in Italia. I costi capitali necessitano, però, di essere ridotti e l’affidabilità e la flessibilità devono essere migliorate per far sì che questi impianti siano competitivi sul mercato dell’elettricità.

4.2.4 Altre opportunità per la cattura della CO

Non solo il comparto della produzione elettrica genera grandi volumi di anidride carbonica e gas serra. Anche le industrie petrolchimiche e metallurgiche, la raffinazione del greggio e la produzione dei cementi contribuiscono con un ulteriore 30% sul totale delle emissioni industriali.

Queste industrie rappresentano un’ulteriore opportunità per catturare la CO2 al fine di

stoccarla.

Circa due terzi delle emissioni di CO2 delle raffinerie di petrolio provengono dai

riscaldatori. I fumi di questi riscaldatori sono simili ai gas delle centrali elettriche, così che la CO₂ può essere catturata usando le stesse tecniche e a circa gli stessi costi.

Più o meno il 60% della CO₂ emessa dall’industria del ferro e dell’acciaio proviene dai gas in uscita dell’altoforno. Anche in questo caso le emissioni sono adatte alla cattura della CO₂ .

Anche la CO₂ emessa dall’industria cementizia può essere catturata con tecniche simili.

In alcune industrie, per esempio come quella per la produzione di idrogeno per l’ammoniaca, i fertilizzanti o per la lavorazione dei gas, la CO₂ viene già separata. Molta di questa CO₂ viene scaricata in atmosfera, ma potrebbe essere stoccata nel sottosuolo con un piccolo costo extra. Ciò fornisce opportunità significative per dimostrare l’ampia applicabilità del CCS come una prima possibilità per la mitigazione del clima.