Come trasformare l'anidride carbonica da rifiuto a materia prima

Principio del processo DAC (RDM-AI01_26)

La DAC rimuove CO₂ dall’aria usando energia rinnovabile. La CO₂ catturata può essere stabilizzata in materiali durevoli o trasformata in biochar.

La Direct Air Capture (DAC) rimuove selettivamente la CO₂ dall’aria anche a basse concentrazioni, offrendo una soluzione per le emissioni residue di settori come aviazione e agricoltura. Per avere un impatto climatico positivo deve essere alimentata da fonti rinnovabili, come la geotermia. La CO₂ catturata può essere poi valorizzata tramite CCU, stabilizzandola in materiali durevoli come il calcestruzzo o trasformandola in biochar.

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Cattura Diretta della CO₂ Atmosferica tramite Oscillazione dell’Umidità: una Prospettiva Scientifica per la Decarbonizzazione

L’aumento rapido e continuo della concentrazione di anidride carbonica (CO₂) nell’atmosfera, dovuto principalmente alla combustione di combustibili fossili e ad altre attività antropiche, rappresenta una delle sfide ambientali più urgenti del XXI secolo. L’accumulo di CO₂ intensifica l’effetto serra naturale e costituisce il principale motore del cambiamento climatico globale, con impatti sempre più evidenti sugli ecosistemi, sulle economie e sulle società umane.

In questo scenario, lo sviluppo di tecnologie in grado di rimuovere direttamente la CO₂ dall’aria — noto come Direct Air Capture (DAC) — assume un ruolo strategico per affiancare la riduzione delle emissioni alla fonte e contribuire al raggiungimento degli obiettivi di neutralità climatica.

La Cattura Diretta dell’Aria: limiti dei metodi tradizionali

La DAC è un processo chimico‑fisico progettato per estrarre selettivamente la CO₂ dall’aria ambiente. Le tecnologie convenzionali utilizzano materiali adsorbenti solidi o soluzioni liquide che legano chimicamente la CO₂, separandola dagli altri componenti atmosferici.

Nonostante il loro potenziale, questi sistemi hanno incontrato storiche difficoltà di scalabilità, principalmente a causa di:

• ·       elevati consumi energetici, necessari per rigenerare i materiali adsorbenti;
• ·       complessità tecnica dei processi di cattura e rilascio;
• ·       bassa concentrazione della CO₂ nell’aria, che richiede il trattamento di enormi volumi d’aria per ottenere quantità significative di gas catturato.

Questi fattori hanno reso la DAC tradizionale una tecnologia spesso costosa e difficile da implementare su larga scala.

L’innovazione del Moisture‑Swing DAC

Una delle evoluzioni più promettenti nel campo della cattura diretta è rappresentata dalla tecnologia basata sull’oscillazione dell’umidità (moisture‑swing DAC). Questo approccio sfrutta la variazione dell’umidità relativa dell’aria per modulare l’affinità di specifici materiali adsorbenti nei confronti della CO₂.

Il funzionamento è semplice ed elegante:

• ·       a bassa umidità, il materiale adsorbente cattura la CO₂ presente nell’aria;
• ·       a umidità elevata, il materiale rilascia la CO₂ precedentemente trattenuta, permettendone la raccolta e il successivo stoccaggio o utilizzo.

Perché il Moisture‑Swing DAC è così interessante

Il principale vantaggio di questa tecnologia risiede nella possibilità di rigenerare il materiale adsorbente senza ricorrere a temperature elevate, come avviene invece nei sistemi DAC tradizionali.

Questo significa:

• ·       minori consumi energetici;
• ·       possibilità di utilizzare calore di scarto o energia rinnovabile a basso costo;
• ·       maggiore sostenibilità complessiva del processo.

L’assenza di cicli termici intensivi rende il moisture‑swing DAC una delle soluzioni più promettenti per ridurre i costi operativi della cattura diretta.

Materiali sostenibili: la chiave per la scalabilità

Un altro elemento cruciale per la diffusione del moisture‑swing DAC riguarda la scelta dei materiali adsorbenti. La ricerca sta puntando su materiali:

• ·       sostenibili,
• ·       economici,
• ·       abbondanti,
• ·       spesso derivati da rifiuti organici o materie prime a basso costo.

Questa direzione rappresenta un cambio di paradigma rispetto all’uso di resine polimeriche ingegnerizzate, più costose e con un impatto ambientale significativo nella fase produttiva.

Il Potenziale di Impatto e le Prospettive Future della tecnologia DAC

L’implementazione su larga scala di tecnologie DAC economiche ed efficienti, come il moisture‑swing DAC basato su materiali sostenibili, riveste un’importanza strategica per il raggiungimento degli obiettivi di neutralità carbonica.

La capacità di rimuovere direttamente la CO₂ dall’atmosfera offre una soluzione complementare alla riduzione delle emissioni alla fonte, consentendo di compensare le emissioni residue provenienti da settori difficili da decarbonizzare, quali l’agricoltura, l’aviazione e la produzione di materiali ad alta intensità energetica come cemento e acciaio.

Negli ultimi anni, l’interesse verso la DAC è cresciuto rapidamente, sostenuto da investimenti pubblici e privati e dall’avvio di impianti sempre più grandi. Un esempio emblematico è Mammoth, il nuovo impianto di Climeworks  in Islanda, alimentato da energia geotermica rinnovabile. Entrato in funzione nel 2024, Mammoth è oggi il più grande impianto DAC operativo al mondo, con una capacità progettuale fino a 36.000 tonnellate di CO₂ rimosse all’anno, circa dieci volte superiore al suo predecessore Orca. Il sito ha già iniziato a catturare CO₂ con i primi 12 moduli installati, mentre l’espansione completa prevede 72 collettori totali.

L’avvio di Mammoth rappresenta un passo significativo verso la scalabilità della DAC: Climeworks considera questo impianto un tassello fondamentale nella propria roadmap per raggiungere capacità di rimozione nell’ordine dei megatoni entro il 2030 e dei gigatoni entro il 2050. Parallelamente, sono in sviluppo nuovi hub DAC negli Stati Uniti e in altre regioni, sostenuti da politiche climatiche più ambiziose e da incentivi economici.

Tuttavia, è fondamentale riconoscere che la DAC — inclusa la variante moisture‑swing — rimane una tecnologia energivora e costosa rispetto ad altre strategie di mitigazione. Anche gli impianti più avanzati, come Mammoth, richiedono ancora ottimizzazioni per ridurre i costi operativi e migliorare l’efficienza energetica. Nonostante ciò, la rapida evoluzione tecnologica e l’aumento della capacità installata indicano una traiettoria promettente: la DAC potrebbe diventare, nel prossimo decennio, uno strumento essenziale per la gestione delle emissioni residue e per il raggiungimento degli obiettivi climatici globali.

Tabella comparativa – Impianti DAC operativi (2025)

Stato della DAC in Italia (2025)

Qual è l’impatto reale di un impianto DAC?

Quanto CO₂ può rimuovere un impianto DAC?

Nota: un cittadino europeo medio emette circa 14 tCO₂/anno.

🌞 Perché la DAC ha senso solo se alimentata da energia rinnovabile

L’efficacia climatica della cattura diretta dell’aria dipende in modo cruciale dalla fonte energetica utilizzata per alimentare il processo. La DAC richiede infatti quantità significative di energia per far circolare grandi volumi d’aria, rigenerare i materiali adsorbenti e comprimere la CO₂ catturata. Se questa energia proviene da combustibili fossili, le emissioni generate possono annullare — o addirittura superare — la CO₂ rimossa, rendendo il bilancio climatico complessivo neutro o negativo. Per questo motivo, la DAC è considerata una tecnologia realmente utile solo quando integrata con fonti rinnovabili, come geotermia, solare o calore di scarto industriale. Gli impianti più avanzati, come quelli islandesi, adottano proprio questo approccio, dimostrando che la cattura diretta può contribuire alla decarbonizzazione solo se inserita in un sistema energetico a basse emissioni.

Come si cattura il carbonio?

La cattura del carbonio è un processo che preleva l'anidride carbonica (CO₂) dall'atmosfera o dai gas di scarico industriali e la immagazzina in modo sicuro. La CO₂ è un gas serra che contribuisce al cambiamento climatico , quindi la cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS) possono essere una tecnologia importante per ridurre le emissioni di gas serra.

Esistono tre principali tecnologie di cattura del carbonio:

Cattura post-combustione. La CO₂ viene catturata dai fumi di combustione di impianti industriali o centrali elettriche. Questo è il metodo più comune di cattura del carbonio e può essere utilizzato per catturare la CO₂ da una varietà di fonti.

Cattura pre-combustione. La CO₂ viene catturata prima che avvenga la combustione. Questo metodo è più efficiente della cattura post-combustione, ma è anche più costoso da installare.

Cattura diretta dell'aria. La CO₂ viene catturata direttamente dall'aria. Questo metodo è ancora in fase di sviluppo, ma ha il potenziale per essere una tecnologia molto efficiente. In questa categoria rientra la tecnologia DAC

Una volta che la CO₂ è stata catturata deve essere stoccata in modo sicuro.

Carbon Capture and Utilisation (CCU): come viene utilizzata la CO₂ catturata

La Carbon Capture and Utilisation (CCU) comprende tutte le tecnologie che catturano l’anidride carbonica (CO₂) da fonti fisse — come impianti industriali, cementifici o centrali energetiche — e la trasformano in prodotti utili. A differenza dello stoccaggio geologico (CCS), che si limita a confinare la CO₂, la CCU punta a valorizzarla come materia prima, riducendo l’uso di risorse fossili e creando nuove filiere industriali.

Sintesi di prodotti chimici

La CO₂ può essere impiegata come reagente per produrre composti chimici di largo consumo, tra cui:

• ·       policarbonati
• ·       urea
• ·       acido acetico
• ·       intermedi per la chimica fine

Questi processi permettono di sostituire materie prime fossili con CO₂ riciclata, contribuendo alla riduzione delle emissioni complessive del settore chimico.

Produzione di combustibili e materiali durevoli

La CO₂ può essere trasformata in:

• ·       e‑fuel (carburanti sintetici per aviazione e trasporti pesanti)
• ·       metanolo
• ·       materiali polimerici e resine

Questi prodotti hanno un valore industriale elevato, anche se l’impatto climatico dipende dalla fonte energetica utilizzata per la conversione.

Carbonatazione di minerali

La CO₂ reagisce con minerali ricchi di calcio o magnesio formando carbonati stabili. Un esempio comune è la reazione tra CO₂ e idrossido di calcio (Ca(OH)₂), che porta alla formazione di calcite (CaCO₃).

Questi carbonati possono essere utilizzati:

• ·       nella produzione di calcestruzzo
• ·       in materiali da costruzione
• ·       come additivi industriali

La carbonatazione è una delle vie più promettenti per immagazzinare CO₂ in modo stabile e produrre materiali durevoli.

Coltivazione di microalghe

Le microalghe utilizzano la CO₂ come fonte di carbonio per crescere attraverso la fotosintesi. La CO₂ catturata può essere convogliata in:

• ·       fotobioreattori
• ·       vasche di coltivazione
• ·       sistemi integrati con emissioni industriali

Le alghe trasformano la CO₂ in biomassa, che può essere utilizzata per:

• ·       biocarburanti
• ·       bioplastiche
• ·       mangimi
• ·       fertilizzanti
• ·       prodotti cosmetici

Conversione enzimatica

Enzimi specifici possono catalizzare la trasformazione della CO₂ in molecole più complesse, come:

• ·       acidi organici
• ·       intermedi biochimici
• ·       precursori per bioplastiche

È una tecnologia ancora in fase di ricerca, ma con un grande potenziale per processi a bassa energia.

Carbon Capture and Storage (CCS): quando la CO₂ viene stoccata

Le tecnologie CCS catturano la CO₂ dai gas di scarico industriali e la confinano in formazioni geologiche profonde, come:

• ·       falde saline
• ·       giacimenti di petrolio o gas esauriti
• ·       strati di carbone non sfruttabili

Lo stoccaggio geologico permette di trattenere la CO₂ per tempi molto lunghi, riducendo le emissioni nette.

Il metodo CCS. 

Il caso italiano: il progetto CCS di Ravenna

La centrale Eni di Casalborsetti (Ravenna) è il primo impianto CCS operativo in Italia. L’ex giacimento di gas naturale è stato riconvertito per ospitare CO₂ catturata da industrie locali.

• ·       Fase iniziale: 25.000 tonnellate/anno
• ·       Dal 2027: fino a 4 milioni di tonnellate/anno

Il sito è candidato a diventare uno dei più grandi hub di stoccaggio del Mediterraneo

BECCS – bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio

La bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS) è una tecnologia che utilizza biomassa come fonte energetica e cattura la CO₂ rilasciata durante la sua conversione in energia, immagazzinandola in modo permanente nel sottosuolo. Poiché la biomassa assorbe CO₂ durante la crescita, il sistema BECCS può generare emissioni negative, rimuovendo più CO₂ di quanta ne emetta.

Il metodo BECCS. 

BECCS e DAC: tecnologie per emissioni negative

Sia la cattura diretta dell’aria (DAC) sia il BECCS rientrano nelle tecnologie CCUS in grado di ridurre effettivamente la concentrazione di CO₂ atmosferica. In alcuni casi, la CO₂ catturata può essere anche riutilizzata per produrre materiali e combustibili, come:

• ·       cemento e calcestruzzo carbonatato
• ·       combustibili sintetici
• ·       prodotti chimici e polimeri

Tuttavia, perché queste tecnologie possano diffondersi su scala commerciale, devono diventare economicamente sostenibili.

I prossimi orizzonti del CCUS

I settori più promettenti per l’utilizzo della CO₂.

Fibra di carbonio da CO₂

La fibra di carbonio è un materiale leggero e ultra‑resistente, utilizzato in:

• ·       aeronautica
• ·       pale eoliche
• ·       automotive
• ·       materiali compositi

Il suo costo elevato (circa 20.000 $/tonnellata) spinge l’industria a cercare alternative più economiche. Se la CO₂ potesse essere convertita in precursori per fibra di carbonio a costi competitivi, il volume di CO₂ utilizzabile diventerebbe significativo, soprattutto nel settore edilizio per materiali rinforzati.

Plastica e polimeri a base di CO₂

La CO₂ può sostituire materie prime fossili nella produzione di:

• ·       poliuretani
• ·       polimeri biodegradabili
• ·       plastiche tecniche

Il cosiddetto “poliuretano verde”, già in fase di lancio commerciale, viene utilizzato in:

• ·       tessuti
• ·       pavimentazioni sportive
• ·       materassi

Biochar

Le aziende agricole producono grandi quantità di residui vegetali. Attraverso la pirolisi — riscaldamento in assenza di ossigeno — questi scarti si trasformano in biochar.

·       Il processo trattiene circa il 50% della CO₂ che verrebbe rilasciata durante la decomposizione naturale.

·       Il carbonio rimane stabile nel suolo fino a 100 anni.

·       Il biochar migliora la fertilità del terreno e la ritenzione idrica.

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

QualeEnergia, Cattura CO2, acceso in Islanda il più grande impianto di cattura diretta dell’aria al mondo

Carbon capture could become practical with these scalable, affordable materials

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