Catena del valore CCS: come orientarsi tra tecnologie e hub

La catena del valore CCS integrata è una filiera progettata come sistema unico, dalla cattura della CO₂ dalla sorgente di emissione fino al trasporto e allo stoccaggio presso il sito di destinazione finale, che consente di decarbonizzare le industrie energivore in modo strutturato e scalabile.

Cos'è la catena del valore CCS integrata e a cosa serve

La catena del valore CCS - acronimo di Carbon Capture and Storage - è l'architettura che connette tre processi fondamentali: la cattura della CO₂ alla fonte, il suo condizionamento, liquefazione e trasporto, e infine lo stoccaggio geologico permanente. Quando alla cattura si affianca la valorizzazione della CO₂ come materia prima in altri processi produttivi, si parla di CCUS, ovvero Carbon Capture, Utilisation and Storage. 

Quando si parla di approccio integrato si fa riferimento alla differenza tra un progetto CCS scalabile e una soluzione una tantum: progettare le tre fasi come sistema unico garantisce la continuità operativa e previene le incompatibilità tecniche che derivano dalla frammentazione tra operatori diversi.
Questa logica di sistema è rilevante per i settori cosiddetti hard-to-abate - come cementifici, acciaierie e raffinerie - nei quali le emissioni di CO₂ non derivano soltanto dai combustibili impiegati, ma sono intrinseche ai processi di produzione stessi. 

Sviluppare questa catena in modo frammentato - con operatori diversi che gestiscono le fasi in modo non coordinato - può generare inefficienze operative, disallineamenti nelle specifiche tecniche della CO₂ e ritardi nei tempi di avvio. Un approccio integrato, fondato su partnership industriali solide e su tecnologie interoperabili, è il presupposto per rendere la CCS economicamente sostenibile su scala reale.

Le 3 fasi della filiera CCS

La catena del valore CCS si articola in tre macro-fasi sequenziali e interdipendenti: la cattura della CO₂ alla sorgente di emissione, la liquefazione e il trasporto verso i siti di destinazione, e lo stoccaggio geologico permanente. 

1. Cattura della CO₂

La cattura industriale della CO₂ può avvenire in tre configurazioni principali, distinte in base al punto del processo in cui la CO₂ viene intercettata e alla concentrazione con cui si presenta nel flusso gassoso.

1. La cattura post-combustione interviene sui fumi emessi a valle della combustione, con concentrazioni di CO₂ tipicamente a partire dal 15%. È la configurazione più diffusa a livello industriale, applicabile a una vasta gamma di sorgenti senza modificare il processo produttivo a monte.

2. La cattura pre-combustione si applica ai processi di produzione dell'idrogeno da gas naturale tramite Steam Methane Reforming (SMR): la CO₂ viene separata dal gas di sintesi prima della combustione.

3. La cattura da ossicombustione (oxy-fuel) prevede invece l'alimentazione dei forni con ossigeno puro anziché con aria, escludendo l'azoto dal processo. I fumi risultanti presentano concentrazioni di CO₂ superiori al 50%, che semplificano la cattura e ne migliorano la resa complessiva.

Indipendentemente dalla configurazione adottata, la scelta della tecnologia di separazione determina la qualità del prodotto finale e i costi operativi dell'impianto. Il processo criogenico - che separa fisicamente la CO₂ per raffreddamento progressivo, senza impiego di solventi chimici e senza i consumi termici elevati richiesti dalla rigenerazione delle ammine - consente di ottenere CO₂ con purezza superiore al 99%. Questa qualità è fondamentale per le fasi successive di trasporto e stoccaggio, dove le specifiche della CO₂ devono soddisfare standard stringenti per garantire l'integrità delle infrastrutture e l'idoneità all'iniezione nei siti geologici.

È in questo contesto che si inserisce la tecnologia Cryocap™ di Air Liquide, progettata per applicarsi a tutte e tre le configurazioni di cattura. A Rozenburg, nel porto di Rotterdam, l'unità Cryocap™ installata presso l'impianto di produzione di idrogeno da SMR consentirà ad esempio di ridurre del 50% le emissioni complessive del sito, con la CO₂ catturata avviata all'infrastruttura di trasporto e stoccaggio del consorzio Porthos.

2. Liquefazione e trasporto

La fase di liquefazione e condizionamento è il passaggio chiave che converte la CO₂ catturata nello stato fisico ideale per il trasporto su larga scala, garantendo l'efficienza e la sicurezza dell'intera catena logistica.

Nello specifico, il condizionamento prevede la purificazione del flusso di CO₂, per rimuovere le impurità e i componenti residui incompatibili con le specifiche di trasporto e stoccaggio. La CO₂ purificata viene poi compressa e liquefatta, portandola in uno stato fisico che consente il trasporto di grandi volumi con consumi energetici contenuti.

Per questo Air Liquide ha sviluppato Cryocap™ LQ, la soluzione della gamma dedicata alla liquefazione di grandi volumi di CO₂, progettata per aggregare flussi provenienti da uno o più impianti di cattura anche basati su tecnologie diverse. Il processo comprime il gas grezzo di CO₂, lo essicca a pressione intermedia, lo ricomprime e lo raffredda progressivamente fino a produrre CO₂ liquida ad alta purezza attraverso distillazione in colonna di strippaggio. 

Cryocap™ LQ è particolarmente adatta agli hub industriali di CO₂, dove le emissioni di più impianti vengono aggregate su un'unica infrastruttura logistica prima del trasporto verso i siti di stoccaggio.

3. Stoccaggio permanente

La fase conclusiva della catena del valore CCS è lo stoccaggio geologico permanente della CO₂ liquida in formazioni sotterranee idonee. Le tipologie di sito più utilizzate sono i giacimenti di idrocarburi esauriti e gli acquiferi salini profondi, formazioni rocciose porose saturate di acqua salata. In entrambi i casi, la CO₂ viene iniettata in profondità e trattenuta permanentemente in sicurezza. 

Il progetto Porthos è oggi uno dei riferimenti più concreti e avanzati per lo stoccaggio permanente su scala industriale in Europa. La CO₂ catturata dagli impianti industriali nell'area del porto di Rotterdam viene trasportata fino alla stazione di compressione di Maasvlakte, da dove viene avviata verso il Mare del Nord per lo stoccaggio in giacimenti di gas esauriti a 3.000 metri di profondità. 

L'infrastruttura è progettata per gestire 2,5 milioni di tonnellate di CO₂ all'anno a partire dal 2026, con un obiettivo di 25 milioni di tonnellate nei primi dieci anni di operatività - pari a circa il 10% della CO₂ emessa annualmente dalle attività industriali di Rotterdam. Il gasdotto è stato dimensionato per una capacità espandibile fino a 10 milioni di tonnellate all'anno, consentendo l'integrazione progressiva di nuovi emettitori industriali in una logica di hub regionale aperto.

Integrazione e partnership industriali

La costruzione di una catena del valore CCS su scala industriale richiede un modello di governance che superi i confini del singolo operatore. Nessun attore industriale sviluppa autonomamente tutte e tre le fasi della filiera: da questa necessità nascono le joint venture e i consorzi pubblico-privati che caratterizzano i principali progetti CCS europei.

Il progetto Porthos è uno dei casi studio più avanzati di questo modello. L'iniziativa, da 1,3 miliardi di euro, è sviluppata dall'Autorità Portuale di Rotterdam insieme a Gasunie - il principale operatore di infrastrutture di trasporto del gas nei Paesi Bassi - e a Energie Beheer Nederland (EBN), la compagnia nazionale olandese per la gestione delle risorse energetiche.

A questi soggetti infrastrutturali si affiancano quattro clienti industriali - Air Liquide, Air Products, ExxonMobil e Shell - che si sono impegnati a catturare e conferire all'infrastruttura condivisa 2,5 milioni di tonnellate di CO₂ all'anno. Il modello separa nettamente la responsabilità della cattura - in capo agli operatori industriali - da quella del trasporto e stoccaggio, in capo al consorzio infrastrutturale, creando una logica di accesso aperto che può accogliere nuovi emettitori nel tempo senza modificare l'architettura di base.

Un elemento abilitante di questa architettura è la progettazione modulare degli impianti di cattura. L'approccio prevede che le apparecchiature principali vengano assemblate in officina e trasportate in moduli preconfigurati direttamente sul sito industriale, riducendo i tempi di costruzione in loco, minimizzando le interferenze con i processi produttivi esistenti e agevolando l'integrazione con le infrastrutture di trasporto già presenti o di nuova realizzazione. 

Un altro progetto volto a realizzare una filiera CCS completa è Callisto: l’iniziativa è promossa da Air Liquide, Eni e Snam e coinvolge 16 aziende attive nei principali bacini industriali italo-francesi. L'obiettivo è costruire una catena del valore CCS nel sud-ovest d'Europa, con focus sulla decarbonizzazione dell'hub industriale di Fos-sur-Mer in Francia e dei bacini italiani di Ravenna e Ferrara. Callisto adotta la stessa logica di Porthos: aggrega le emissioni di più operatori su un'unica catena logistica, favorendo le economie di scala.

Quadro economico e normativo UE 

Lo sviluppo della CCS su scala industriale dipende anche dalla capacità del quadro normativo di creare le condizioni economiche per gli investimenti necessari. In Europa, questo quadro è in evoluzione rapida, con strumenti che agiscono su tre livelli distinti: segnale di prezzo sul mercato delle emissioni, strategia industriale di lungo periodo e finanziamento diretto ai progetti.

Il sistema EU ETS (Emissions Trading System) è il mercato europeo delle quote di emissione, istituito nel 2005 e progressivamente rafforzato nelle successive revisioni normative. Gli operatori industriali sono tenuti ad acquistare quote per ogni tonnellata di CO₂ emessa che superi le soglie consentite: al crescere del prezzo per tonnellata, la CCS diventa economicamente competitiva rispetto all'acquisto continuativo delle quote, poiché lo stoccaggio geologico permanente della CO₂ esenta direttamente l'azienda dall'obbligo di riscatto delle quote per ogni tonnellata stoccata.

La Strategia Europea per la Gestione Industriale del Carbonio, adottata dalla Commissione Europea nel 2024, fissa poi l'obiettivo di raggiungere una capacità di stoccaggio di almeno 50 milioni di tonnellate di CO₂ all'anno entro il 2030 e di sviluppare un'infrastruttura europea integrata per il trasporto e lo stoccaggio della CO₂. La strategia riconosce esplicitamente la CCS come strumento necessario per raggiungere la neutralità climatica europea, in particolare per i settori hard-to-abate che non possono decarbonizzare attraverso la sola elettrificazione. 

In parallelo, il Green Deal Europeo ha fissato l'obiettivo vincolante di riduzione delle emissioni nette del 55% entro il 2030 rispetto ai livelli del 1990 - il cosiddetto pacchetto "Fit for 55" - e di raggiungere la neutralità climatica entro il 2050. Questi target si traducono in pressione normativa diretta sulle industrie ad alta intensità emissiva, rendendo la CCS un requisito competitivo nel medio termine.

Infine, sul piano del finanziamento diretto, l'UE ha attivato diverse leve a sostegno dei progetti CCS su scala industriale: il Fondo per l'Innovazione ad esempio ha già sostenuto Porthos attraverso un grant CEF e ha assegnato ad ACCSION - il progetto di cattura della CO₂ che vede coinvolte Air Liquide e l'azienda produttrice di cemento Cementir Holding in Danimarca - un finanziamento di 220 milioni di euro. 

Il programma Horizon Europe sostiene invece la ricerca e lo sviluppo tecnologico e finanzia, tra gli altri, il progetto HERCCULES, che si propone di studiare e dimostrare la fattibilità della filiera CCUS nel Nord Italia e in Grecia. 

Domande frequenti (FAQ) sulla catena del valore CCS

Cosa si intende per CCS?

CCS è l'acronimo di Carbon Capture and Storage, ovvero cattura e stoccaggio della CO₂. Indica il processo industriale integrato che intercetta le emissioni di anidride carbonica alla fonte - in un impianto di produzione di idrogeno, in un cementificio, in un'acciaieria o in una raffineria, per esempio - le purifica e le liquefa; quindi, le trasporta verso siti di stoccaggio geologico permanente come giacimenti di gas esauriti o acquiferi salini profondi. 

Come funziona il processo CCS?

Il processo CCS si articola in tre fasi sequenziali. Nella prima - la cattura - la CO₂ viene separata dai gas industriali alla sorgente di emissione attraverso tecnologie diverse in base alla concentrazione di CO₂ nel flusso e al tipo di processo. Nella seconda - il condizionamento e il trasporto - la CO₂ viene purificata e poi compressa per il trasporto via condotta oppure liquefatta per il trasporto navale, e successivamente viene avviata alle infrastrutture logistiche.  Nella terza - lo stoccaggio - la CO₂ viene iniettata in formazioni geologiche profonde, dove rimane confinata permanentemente dagli strati rocciosi impermeabili sovrastanti.

Come si applica la CCS ai bacini industriali?

L'applicazione della CCS a scala di bacino industriale è una modalità efficiente dal punto di vista economico e logistico. In un hub CCS, le emissioni di più impianti appartenenti a operatori diversi vengono aggregate e conferite a un'infrastruttura condivisa di trasporto e stoccaggio, consentendo di ottenere economie di scala.