Fotosintesi: Le piante utilizzano la CO₂ dall'atmosfera per produrre glucosio e ossigeno. Il glucosio viene utilizzato dalle piante come fonte di energia, mentre l'ossigeno viene rilasciato nell'atmosfera.

Oceano: L'oceano assorbe CO₂ dall'atmosfera attraverso un processo chiamato carbonatazione. La CO₂ reagisce con l'acqua per formare acido carbonico, che viene poi trasformato in carbonato di calcio e bicarbonato di calcio. Questi composti vengono depositati sul fondale marino, dove rimangono immagazzinati per lunghi periodi di tempo.

Rocce: Alcune rocce, come il calcare, possono assorbire e immagazzinare CO₂. Questo processo avviene quando l'anidride carbonica reagisce con le rocce per formare calcite, un minerale che contiene carbonio.

Processi artificiali:

Cattura e stoccaggio del carbonio (CCS): Questa tecnologia cattura la CO₂ da processi industriali e la immagazzina in profondità nel sottosuolo.

Rimozione diretta dell'aria (DAC): Questa tecnologia utilizza macchinari per rimuovere la CO₂ dall'aria. La CO₂ catturata può quindi essere utilizzata per produrre prodotti chimici o stoccata in modo sicuro.

La rimozione del biossido di carbonio dall'atmosfera può essere un'importante strategia per affrontare i cambiamenti climatici in quanto riducendo le concentrazioni di CO₂ nell'atmosfera, è possibile rallentare il riscaldamento globale e i suoi effetti negativi.

Attualmente, i processi naturali sono responsabili della rimozione di circa un terzo della CO₂ che viene rilasciata nell'atmosfera ogni anno. I processi artificiali, invece, sono ancora in fase di sviluppo e non sono ancora in grado di rimuovere quantità significative di CO₂. Tuttavia, la ricerca in questo campo è in continua evoluzione e si prevede che la rimozione artificiale del carbonio diventi un'opzione più praticabile e conveniente in futuro.

Il processo di fotosintesi per la cattura di CO₂

Le foreste svolgono un ruolo fondamentale nell'assorbire l'anidride carbonica dall'atmosfera. La fotosintesi, un processo chimico che avviene nelle foglie delle piante, utilizza la CO₂ e l'acqua per produrre ossigeno e glucosio. Il glucosio viene utilizzato dalla pianta per la crescita e la riproduzione, mentre l'ossigeno viene rilasciato nell'atmosfera.

L'assorbimento di CO₂ da parte delle foreste varia a seconda di diversi fattori, tra cui:

Tasso di crescita delle piante: le piante giovani e in crescita assorbono più CO₂ delle piante mature.

Tipo di foresta: le foreste pluviali tropicali assorbono più CO₂ delle foreste temperate.

Clima: le foreste delle regioni tropicali e subtropicali assorbono più CO₂ delle foreste delle regioni temperate e fredde.

Disboscamento: il disboscamento rilascia CO₂ nell'atmosfera, riducendo l'effetto di assorbimento delle foreste.

Secondo le stime dell'IPCC, le foreste del mondo assorbono circa 2,6 miliardi di tonnellate di CO₂ all'anno che rappresenta circa un terzo dell'assorbimento totale di anidride carbonica da parte degli ecosistemi terrestri.

Mantenendo intatte le foreste e piantando nuovi alberi, è possibile ridurre la quantità di CO₂ nell'atmosfera e contribuire a rallentare il riscaldamento globale.

Inoltre, le foreste svolgono un ruolo importante nella regolazione del clima, nella protezione della biodiversità e nella fornitura di servizi ecosistemici essenziali per l'umanità.

Il processo di assorbimento di CO₂ degli oceani

Gli oceani sono in grado di assorbire grosse quantità di anidride carbonica provocando un aumento dell’acidità dei mari.

Sebbene il processo di assorbimento possa essere considerato positivo in termini di riduzione dei livelli di CO₂ nell'atmosfera e di riduzione degli impatti dei cambiamenti climatici, l'acidificazione degli oceani ha il potenziale di causare impatti diffusi e profondi sugli ecosistemi marini.

È stato stimato che tra il 1751 e il 1994, il pH superficiale delle acque oceaniche si sia abbassato da 8,25 a 8,14, con un corrispondente aumento della concentrazione di ioni H⁺.

Il processo di continua acidificazione delle acque oceaniche ha indubbiamente un effetto sulla catena alimentare collegata a queste acque e in particolare può influire sull’impiego dei carbonati, che porta allo scioglimento dei gusci calcarei delle conchiglie dei molluschi e del plancton calcareo, costituite da carbonato di calcio (CaCO₃).

Schema di assorbimento dell’anidride carbonica da parte del mare.

Quando la CO₂ viene assorbita dall'acqua di mare, si verificano una serie di reazioni chimiche.

Per raggiungere l'equilibrio chimico, una parte della CO₂ reagisce con l'acqua (H₂O) per formare acido carbonico (H₂CO₃)

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃

L'acido carbonico, in quanto acido debole, si dissocia in ioni H⁺ e bicarbonato HCO₃^-. A sua volta il HCO₃^- si dissocia in H⁺ e CO₃^2-

Riassumendo, l’anidride carbonica è coinvolta in una serie di equilibri, quando si scioglie nell'acqua, essa dà luogo ad una serie di composti chimici: CO₂ libera disciolta, acido carbonico (H₂CO₃), bicarbonato (HCO₃⁻) e carbonato (CO₃^2-). Il rapporto tra questi composti dipende da vari fattori tra cui la temperatura e l'alcalinità dell'acqua.

L'acqua di mare è naturalmente saturata con dallo ione carbonato (CO₃^2-) che agisce come tampone per neutralizzare lo ione H⁺, formando più bicarbonato. Man mano che gli ioni carbonato si esauriscono, l'acqua di mare diventa sottosatura rispetto a due minerali di carbonato di calcio, l'aragonite e la calcite, che molti organismi marini usano per costruire i loro gusci e scheletri.

Correlazione tra l'innalzamento dei livelli di anidride carbonica nell'atmosfera (rosso) con i crescenti livelli di CO₂ disciolti nell'oceano (blu), e il conseguente aumento di acidità dell'oceano visto come una diminuzione del pH dell'oceano (verde).

Il suolo immagazzina grosse quantità di CO₂

Il carbonio organico del suolo è composto da microbi del suolo, materia organica in decomposizione e prodotti di degradazione come l'humus.

La stabilità a lungo termine di questo enorme pool di carbonio dipende dal relativo equilibrio tra input e output. Gli input di carbonio provengono dalla crescita delle piante e delle loro radici, dal trasferimento di composti ricchi di carbonio dalle radici ai microbi del suolo e dalla decomposizione dei rifiuti fogliari. I risultati sono regolati dalla respirazione microbica, che converte il carbonio organico in anidride carbonica, l'erosione del suolo e la lisciviazione.

Inoltre alcune rocce, come il calcare, possono assorbire e immagazzinare CO₂. Questo processo avviene quando l'anidride carbonica reagisce con le rocce per formare calcite, un minerale che contiene carbonio

Cattura e riuso del carbonio (CCU)

La tecnologia CCU è in grado di catturare le emissioni di CO₂ da fonti fisse come fabbriche e impianti di produzione.

La CO₂ può essere utilizzata per molte applicazioni, che è l'aspetto di utilizzo della CCU. Queste applicazioni creano prodotti economicamente sostenibili, il che li rende una prospettiva interessante per i produttori.

Cattura e stoccaggio del carbonio (CCS)

La tecnologia CCS (Carbon Capture and Storage) è un processo che consiste nella cattura, nel trasporto e nello stoccaggio dell'anidride carbonica (CO₂) emessa da impianti industriali o di generazione elettrica.

La cattura viene effettuata in prossimità della fonte di emissione, utilizzando una varietà di tecnologie, tra cui:

Fluido acido, questa tecnologia utilizza un fluido acido, come l'acido solforico o l'acido fosforico, per catturare la CO₂ dai gas di combustione.

Fluido alcalino, questa tecnologia utilizza un fluido alcalino, come l'idrossido di sodio o l'idrossido di calcio, per catturare la CO₂ dai gas di combustione.

Membrane, questa tecnologia utilizza membrane semipermeabili per separare la CO₂ dai gas di combustione.

Chimica di superficie, questa tecnologia utilizza materiali di superficie per catturare la CO₂ dai gas di combustione.

La CO₂ catturata viene stoccata in modo sicuro e permanente in un sito geologico, come un giacimento di petrolio o gas naturale esausto, un acquifero profondo o un bacino sedimentario.

Le tecnologie CCS sono ancora in fase di sviluppo, ma hanno il potenziale per ridurre significativamente le emissioni di CO₂ da impianti industriali e di generazione elettrica.

Il metodo CCU ed il metodo CCS. Clicca sull’immagine per ingrandire

Il metodo CCS. Clicca sull’immagine per ingrandire

Rimozione diretta della CO₂ dall'aria (DAC)

L’aria dell’atmosfera viene risucchiata, grazie ad alcune ventole, in un ambiente controllato dove le molecole di anidride carbonica vengono “catturate” da un apposito filtro; l’aria precedentemente risucchiata, ora priva di CO₂, viene reimmessa nell’atmosfera, mentre l’anidride carbonica presente nel filtro viene depurata e immagazzinata; potrà poi essere utilizzata per produrre metano o per altri scopi.

BECCS – Bioenergy with carbon capture and storage

La bioenergia con cattura e sequestro dell’anidride carbonica è il processo che impiega la biomassa come fonte di energia e cattura e stocca in modo permanente la CO₂ prodotta durante la conversione della biomassa in energia.

U.S. Global Change Research Program, Second State of the Carbon Cycle Report (SOCCR2), 2018

Basti net al, The global tree restoration potential, SCIENCE, 5 Jul 2019, Vol 365, Issue 6448, pp. 76-79, DOI: 10.1126/science.aax0848

Soil carbon unearthed. Nat. Geosci. 13, 523 (2020).

Krysta Biniek, Kimberly Henderson , Matt Rogers e Gregory Santoni, Driving CO2 emissions to zero (and beyond) with carbon capture, use, and storage, McKinsey Quarterly