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Guida introduttiva alla cattura del Metano

Guida introduttiva alla cattura del Metano

Anche per il secondo gas serra più importante (per impatto sul clima) esistono diverse opzioni. Esploriamole insieme.

di Silvia Pugliese

illustrazioni di Isabel Rasotto

Quando si parla di cambiamento climatico e gas serra, il primo pensiero va spesso alla CO2, e a ragione. È il gas serra che più impatta il cambiamento climatico, perché ne emettiamo moltissimo. Solo nel 2023 ne abbiamo emesso circa 37.5 miliardi di tonnellate. Di conseguenza, la maggior parte delle tecnologie sviluppate per combattere il riscaldamento globale si concentra sulla cattura e conversione del diossido di carbonio. Se siete curiosi di esplorare queste tecnologie, Duegradi ha trattato in precedenza diversi metodi di cattura, rimozione e conversione della CO2.

 

Tuttavia, la CO2 non è l’unico gas serra che minaccia il nostro pianeta. Ne esistono altri, come il metano, l’ossido di diazoto e i clorofluorocarburi, che hanno un potenziale di riscaldamento globale maggiore della CO2 e richiedono tecnologie specifiche per essere catturati. Il metano, in particolare, è il secondo gas serra per importanza ed è responsabile di circa il 30% dell’attuale aumento della temperatura globale. Su un orizzonte di 100 anni, il metano ha un GWP (Global Warming Potential) di circa 27, il che significa che una tonnellata di metano ha un effetto sul riscaldamento globale equivalente a 27 tonnellate di CO2.

 

Il metano e i suoi effetti sul clima

Molecola per molecola, il metano contribuisce molto di più al riscaldamento globale rispetto al diossido di carbonio. La buona notizia è che rispetto alla CO2 ne viene emesso di meno: le stime più recenti indicano infatti che ne emettiamo circa 580 milioni di tonnellate all’anno, vale a dire circa 100 volte meno del diossido di carbonio.

 

Il metano viene rilasciato nell’atmosfera attraverso diverse fonti. Circa il 65% delle emissioni globali di metano deriva dalle attività umane, specialmente in tre settori: combustibili fossili (per circa il 35%), rifiuti (20%) e agricoltura (40%, soprattutto la digestione dei ruminanti). Altre fonti di metano sono processi naturali come ad esempio la decomposizione anaerobica nelle paludi, ma il loro impatto è minore (circa il 35% delle emissioni totali).

 

Dato il ruolo che gioca il metano sull’aumento della temperatura globale, è evidente che dobbiamo trovare soluzioni efficaci per mitigare il suo contributo al cambiamento climatico, ad esempio attraverso tecnologie avanzate di cattura e conversione di questo gas. Inoltre, non dobbiamo dimenticare che il metano stesso può essere una preziosa fonte di energia: convertendolo in combustibili utili o utilizzandolo per generare elettricità, non solo riduciamo le emissioni di gas serra, ma sfruttiamo anche una risorsa energetica significativa. Questa doppia opportunità di riduzione delle emissioni e di utilizzo energetico rende la gestione del metano una priorità sia ambientale che economica.

 

Perché il metano è così difficile da catturare?

Catturare il metano è una sfida complessa a causa delle sue proprietà chimiche e delle caratteristiche delle sue fonti di emissioni. Difatti, il metano è una molecola molto stabile, che non reagisce facilmente con altre sostanze, rendendo difficile la sua cattura e conversione.

 

Inoltre, il metano è spesso emesso da fonti diffuse e non puntuali, come le superfici agricole o le aree umide, il che complica ulteriormente il processo di raccolta. Altre fonti, invece, possono essere difficili da raggiungere e mantenere, come le infrastrutture esistenti, spesso non progettate per la cattura del metano. Ad esempio, le reti di gasdotti possono presentare perdite difficili da rilevare e riparare, contribuendo così all’emissione di metano nell’atmosfera: se ne parlava non molto tempo fa a riguardo, a seguito di importanti perdite dai gasdotti Nord Stream nel mar Baltico.

A complicare ulteriormente le cose ci sono le basse concentrazioni di metano nell’atmosfera, circa 1,9 ppm rispetto ai 421 ppm della CO2, che rendono inefficaci molti dei metodi tradizionali di cattura e combustione utilizzati per la CO2. Le tecnologie devono quindi essere estremamente sensibili e specifiche per poter identificare e catturare efficacemente il metano in queste condizioni.

 

Flaring, ovvero: lo status quo

Le tecnologie per la cattura e la conversione del metano variano a seconda della fonte e della concentrazione del gas. Un aspetto chiave è il cosiddetto “limite di infiammabilità” del gas: se il gas è presente a concentrazioni elevate (per il caso del metano tra il 5 e il 15%), è facile che prenda fuoco in presenza di un innesco, e quindi inizi un processo di combustione.
Il processo di combustione non fa altro che bruciare il metano, convertendolo principalmente in CO2. Essendo un processo relativamente semplice (infatti basta solo un innesco), questo è ad oggi il metodo più utilizzato al mondo per catturare e convertire le emissioni di metano (la maggior parte delle quali proviene dall’estrazione dei combustibili fossili), e viene chiamato comunemente “flaring.

 

Sebbene il flaring riduca l’impatto immediato del metano, produce comunque CO2, e contribuisce all’inquinamento atmosferico e al cambiamento climatico. Il flaring è quindi un processo sconveniente in tutti i sensi: non solo rilascia CO2, particolato e altri contaminanti nell’aria, ma rappresenta anche uno spreco di una risorsa naturale preziosa che potrebbe essere utilizzata per scopi produttivi, come generare energia. Giusto per darvi un’idea, la quantità di gas attualmente bruciata ogni anno – circa 139 miliardi di metri cubi – potrebbe alimentare l’intera Africa subsahariana. Inoltre, il flaring non è sempre efficiente, e una parte del metano può sfuggire alla combustione, finendo in atmosfera.

 

Per affrontare il problema del flaring, sono state sviluppate tecnologie avanzate come i sistemi di cattura e utilizzo del gas, che raccolgono e utilizzano il gas naturale in eccesso anziché bruciarlo: per trasportarlo, lo rendono liquido. Un esempio pratico di questa tecnologia è rappresentato dagli impianti offshore. Nel nostro Mediterraneo, il più grande si chiama Zohr.

 

Soluzioni innovative e…creative

Quando però la concentrazione di metano è particolarmente bassa (sotto il 5%), la cattura diventa problematica. A differenza del flaring, le soluzioni per queste concentrazioni di metano non sono ancora adottate a livello industriale, ma la ricerca sta avanzando velocemente.

 

Le tecnologie più promettenti si basano sull’ossidazione catalitica a basse temperature. L’ossidazione catalitica è un processo chimico in cui il metano viene trasformato in anidride carbonica utilizzando un catalizzatore, che è una sostanza che accelera la reazione senza essere consumata. Questo metodo permette di catturare e convertire il metano anche quando è presente in piccole quantità, ben al di sotto del limite di infiammabilità.

 

Spesso e volentieri, l’ossidazione catalitica è accompagnata dall’uso di materiali adsorbenti avanzati, che stanno mostrando grande potenziale nella cattura del metano dall’aria, permettendo una cattura efficiente anche a basse concentrazioni. La loro struttura porosa fornisce una perfetta base per la reazione di ossidazione catalitica.

 

Le biotecnologie offrono ulteriori soluzioni innovative. Alcuni microrganismi, noti come metanotrofi, sono in grado di metabolizzare il metano, trasformandolo in biomassa o in altri composti utili per il proprio metabolismo. L’uso di bioreattori contenenti questi microrganismi rappresenta una via promettente per la cattura e la conversione del metano.

 

Nel contesto delle emissioni generate da rifiuti, le discariche generano metano durante il processo di decomposizione dei rifiuti organici. Diversi metodi di cattura del metano dalle discariche hanno visto l’installazione di sistemi di raccolta del gas che estraggono il metano dai cumuli di rifiuti in decomposizione. Una volta catturato, il metano può essere bruciato in motori a combustione interna o turbine per generare energia elettrica. Questo processo non solo riduce le emissioni di gas serra provenienti dalle discariche, ma fornisce anche una fonte rinnovabile di energia, contribuendo così alla sostenibilità ambientale e all’approvvigionamento energetico.

 

Un’altra area molto attiva di ricerca riguarda la riduzione delle emissioni di metano dal settore agricolo, in particolare dai ruminanti come le mucche. Diverse tecnologie sono in fase di sviluppo per affrontare questo problema. Ad esempio, alcuni scienziati stanno lavorando su vaccini che riducono la produzione di metano nei processi digestivi delle mucche. Un approccio alternativo consiste nell’uso di integratori alimentari che modificano la digestione delle mucche per ridurre la produzione di metano. Questi integratori possono includere additivi come l’alga rossa, che ha dimostrato di ridurre significativamente le emissioni di metano quando aggiunta alla dieta dei ruminanti. Ma non è finita qui – altre innovazioni più “fantasiose” includono addirittura maschere speciali per mucche che catturano il metano emesso durante la respirazione e la digestione degli animali.

 

Un Mercato in Evoluzione: le Prospettive per le Tecnologie di Cattura del Metano

Il mercato delle tecnologie di cattura e/o conversione del metano è destinato a crescere esponenzialmente nei prossimi anni, seguendo una traiettoria simile a quella osservata per le tecnologie di cattura della CO2 e diventando così un pilastro nella lotta contro il cambiamento climatico. In questo contesto le collaborazioni tra aziende tecnologiche, industrie energetiche e settore agricolo saranno cruciali per sviluppare soluzioni integrate e su misura. Quindi, vi è ben da sperare che in un futuro non molto remoto, con un impegno costante nella ricerca, nello sviluppo e nella cooperazione internazionale, riusciremo a ridurre significativamente le emissioni di metano, contribuendo così a stabilizzare il clima globale.

 

 

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