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Jul 22, 2023

Verso un business case per la mineralizzazione della CO2 nell’industria del cemento

Comunicazioni Terra e Ambiente volume 3, Numero articolo: 59 (2022) Cita questo articolo 12k Accessi 20 Citazioni 88 Dettagli metriche altmetriche L'industria del cemento, un settore caratterizzato da bassi

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L’industria del cemento, un settore caratterizzato da margini bassi, è responsabile di circa il 7% delle emissioni di CO2 equivalente di origine antropica (CO2e) e detiene la più alta intensità di carbonio di qualsiasi settore per unità di fatturato. Per favorire la completa decarbonizzazione dell’industria del cemento è necessario trovare strategie che incentivano la riduzione delle emissioni di CO2e. Qui mostriamo attraverso un modello tecnico-economico integrato che la mineralizzazione della CO2 dei minerali silicati, con l’obiettivo di immagazzinare la CO2 in forma solida, si traduce in riduzioni delle emissioni di CO2e dell’8-33%, generando profitti aggiuntivi fino a 32 € per tonnellata di cemento. Per creare business case positivi per la mineralizzazione della CO2 sono fondamentali due condizioni: i prodotti risultanti devono essere utilizzati come materiale supplementare nelle miscele di cemento nel settore edile (ad esempio, per ponti o edifici) e lo stoccaggio di CO2 nei minerali deve essere idoneo per i certificati di emissione o simili. Inoltre sono decisivi il trasporto dei minerali e la composizione del prodotto.

L’industria del cemento è responsabile di circa il 7% delle emissioni di CO2 equivalente di origine antropica (CO2e)1,2 con la più alta intensità di carbonio di qualsiasi settore per unità di fatturato3. Per combattere il cambiamento climatico, i paesi riuniti nella Conferenza delle parti hanno firmato nel 2015 l’accordo sul clima di Parigi, con l’obiettivo di limitare le emissioni di CO2e e quindi l’aumento della temperatura a un massimo di 2 °C, puntando invece a 1,5 °C4,5. Dato che l’uso del cemento è fondamentale per lo sviluppo economico, con una dimensione di mercato globale prevista di 463 miliardi di dollari6 (6,08 gigatonnellate all’anno (Gt a−1) di cemento7) nel 2026, ridurre le sue emissioni incorporate è essenziale8,9,10. Circa il 60% delle emissioni delle industrie del cemento sono inerenti al processo e risultano dalla reazione di calcinazione del calcare11. Queste emissioni sono particolarmente difficili da mitigare poiché l'intero processo deve essere sostituito con alternative a basse emissioni3,8,12,13,14,15 oppure le emissioni devono essere catturate dal processo e immagazzinate in modo permanente1,3,8,10,16 ,17. Mentre la sostituzione del cemento e del calcestruzzo con materiali da costruzione alternativi come il legno richiederebbe un cambiamento apparentemente irrealisticamente rapido dell’intera catena del valore dell’edilizia, le tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio rappresentano un’alternativa per la decarbonizzazione ma comportano costi di produzione aggiuntivi18,19. È preferibile trovare strategie in cui le riduzioni delle emissioni di CO2e possano generare entrate aggiuntive invece di sostenere costi.

Alcuni hanno suggerito che la CO2 possa essere catturata e fatta reagire con minerali attivati ​​o rifiuti industriali per formare minerali carbonatici stabili (noti anche come mineralizzazione della CO2)20,21,22, i cui prodotti potrebbero essere successivamente valorizzati. Queste reazioni sono esotermiche e portano allo stoccaggio a lungo termine di CO221. I primi risultati suggeriscono che oltre allo stoccaggio della CO2, i prodotti potrebbero essere potenzialmente utilizzati in una serie di applicazioni, tra cui come riempitivi, additivi polimerici, per la bonifica dei terreni o come materiali cementizi supplementari (SCM)21,23,24,25,26, potenzialmente creando ricavi compresi tra 14 e 700 euro per tonnellata di CO2 catturata21. A seconda del materiale di base per la reazione, è possibile separare inoltre ossidi metallici come gli ossidi di ferro come sottoprodotto prezioso che potrebbe essere utilizzato come pigmenti o come minerale di ferro21,23.

Sono state proposte molteplici materie prime per la mineralizzazione della CO2, principalmente rocce naturali contenenti minerali silicati ricchi di magnesio o calcio20,22 e residui industriali alcalini (ad esempio, scorie di acciaio o ceneri volanti). Mentre le rocce naturali sono attraenti perché sono una risorsa abbondante, che potrebbe essere utilizzata su scala globale20,24,27, i rifiuti industriali sono attraenti perché sono già disponibili nelle regioni industriali. Tuttavia, i rifiuti industriali possono presentare materie prime più complesse perché nel tempo le composizioni e i costi dei residui industriali potrebbero cambiare a causa di cambiamenti nei processi produttivi o a causa di cambiamenti nella legislazione27. Per consentire una sostanziale riduzione delle emissioni attraverso la mineralizzazione della CO2 con una materia prima altamente prevedibile, ci concentriamo sull'uso della roccia naturale come risorsa per la mineralizzazione della CO2 che sia sostanziale e con una composizione stabile, pur riconoscendo che i rifiuti alcalini possono anche presentare materie prime adatte in determinate condizioni.