Filiera CCUS: cos'è, come funziona e il ruolo dei distretti hard-to-abate

La transizione energetica dei grandi distretti industriali richiede la combinazione di tecnologie avanzate e competenze specialistiche eterogenee. Tra le soluzioni per rispondere a questa sfida vi è la filiera CCUS, un sistema capace di gestire la CO₂ dalla sorgente di emissione fino alla destinazione finale. 

Attraverso le tecnologie CCUS - acronimo di Carbon Capture, Utilisation and Storage - è infatti possibile catturare la CO₂ prodotta nei processi industriali, trasportarla e avviarla allo stoccaggio geologico permanente o al riutilizzo come materia prima. 

Come funziona la filiera CCUS

La sigla CCUS racchiude tre fasi distinte ma interdipendenti: Capture (cattura), Utilisation (utilizzo) e Storage (stoccaggio). La differenza rispetto alla CCS o Carbon Capture and Storage sta nel destino della CO₂ una volta separata dai fumi industriali:

• nel modello CCS, la CO₂ viene avviata esclusivamente allo stoccaggio geologico permanente;

• nel modello CCUS, una parte della CO₂ può essere valorizzata come materia prima in altri processi produttivi, generando valore economico lungo la catena.

Il funzionamento della filiera segue una sequenza precisa. La CO₂ viene intercettata alla sorgente attraverso tecnologie di cattura selezionate in base alla concentrazione del gas nel flusso emissivo e al tipo di processo. Il gas catturato viene poi purificato, liquefatto e condizionato per il trasporto, che avviene via pipeline, via mare con navi cisterna o tramite autocisterne. Nella fase finale, la CO₂ liquida viene iniettata in formazioni geologiche profonde - giacimenti di idrocarburi esauriti o acquiferi salini - oppure ceduta a industrie che la utilizzano come materia prima, ad esempio nella chimica, nell'agroalimentare, nella produzione di materiali da costruzione o nella sintesi di carburanti sintetici.

Il ruolo dei fornitori di gas industriali in questa filiera è trasversale. Questi operatori presidiano competenze che attraversano più fasi della catena: dalla separazione criogenica dei gas industriali alla gestione logistica del trasporto di CO₂, fino allo sviluppo di tecnologie di cattura proprietarie. Nei bacini industriali ad alta densità emissiva, queste competenze sono il presupposto per costruire sistemi CCUS efficienti, sicuri e scalabili.

Decarbonizzazione dei bacini industriali e transizione dei settori hard-to-abate

I settori hard-to-abate sono quei comparti industriali per i quali la decarbonizzazione non è raggiungibile - o è raggiungibile solo parzialmente - con la sostituzione del combustibile o l'elettrificazione diretta dei processi. In questi settori, una quota significativa delle emissioni di CO₂ deriva da reazioni chimiche o trasformazioni fisiche intrinseche alla produzione stessa, indipendenti dalla fonte energetica impiegata.

Nei cementifici, ad esempio, il calcare (carbonato di calcio) viene cotto per produrre il clinker, una trasformazione chimica che genera necessariamente CO₂: circa il 60% delle emissioni di un cementificio proviene da questo processo. Nel settore siderurgico, invece, il coke svolge nell'altoforno un duplice ruolo - combustibile e agente riducente - e non è sostituibile nel breve termine con vettori low-carbon senza una trasformazione radicale dell'intero processo produttivo. 

Per questi comparti, le sfide normative sono diverse. Il sistema EU ETS (Emissions Trading System), ad esempio, prevede che gli operatori industriali acquistino quote per ogni tonnellata di CO₂ emessa oltre il limite consentito. Vi è poi la Strategia Europea per la Gestione Industriale del Carbonio, adottata dalla Commissione nel 2024, che punta a conseguire una capacità di stoccaggio di almeno 50 milioni di tonnellate di CO₂ all'anno entro il 2030 e riconosce esplicitamente la CCUS come strumento necessario per i settori che non possono decarbonizzare con la sola elettrificazione. Il Green Deal Europeo e il pacchetto Fit for 55 completano il quadro con obiettivi vincolanti: riduzione delle emissioni nette del 55% entro il 2030 e carbon neutrality entro il 2050.

Anche a livello di operatività, le industrie hard-to-abate hanno sfide da superare. Da un lato, devono integrare tecnologie di cattura in impianti produttivi esistenti,garantendone al contempo la continuità; dall'altro, devono accedere a infrastrutture di trasporto e stoccaggio che in molti casi non esistono ancora nel territorio in cui operano e il cui sviluppo richiede investimenti e coordinamento che possono superare le possibilità del singolo operatore. 

È per questo che il modello Hub & Cluster - dove le emissioni di più impianti vengono aggregate su un'infrastruttura condivisa - può diventare una soluzione efficiente per avviare la transizione CCUS nei distretti industriali.

Il valore della tecnologia di cattura criogenica per la CO₂

Tra le tecnologie CCS disponibili, la cattura criogenica è quella che esprime la maggiore efficienza sui flussi emissivi ad alta concentrazione, tipici dei settori hard-to-abate. 

Il principio è fisico: la CO₂ viene separata dagli altri componenti del flusso emissivo attraverso un processo di raffreddamento progressivo che porta il flusso in prossimità del punto triplo della CO₂ - la condizione termodinamica in cui gas, liquido e solido coesistono - dove la CO₂ condensa e si separa per distillazione criogenica. Il risultato è una CO₂ ad altissima purezza e allo stato liquido, catturata senza impiego di solventi chimici, senza scarti da smaltire e tramite un processo alimentato esclusivamente da energia elettrica, potenzialmente rinnovabile, e quindi ancora più sostenibile. 

Cryocap™ è la tecnologia criogenica proprietaria di Air Liquide per la cattura e la liquefazione della CO₂: il Gruppo ha avviato lo sviluppo delle proprie tecnologie CCS nel 2006, inaugurando il primo impianto industriale Cryocap™ nel 2015 ed essendo oggi parte di 15 progetti CCS attivi in Europa. Oggi Cryocap™ è la prima e unica tecnologia di cattura criogenica della CO₂ con una referenza industriale in scala reale consolidata e operativa nel mercato CCS a livello mondiale, con tassi di cattura che raggiungono fino al 98% della CO₂ emessa. La gamma è modulare e comprende varianti specifiche per la produzione di idrogeno, per i fumi da cementifici e raffinerie, per i processi di ossicombustione, per la siderurgia e per la liquefazione di grandi volumi di CO₂ negli hub industriali - consentendo di adattare la soluzione alla concentrazione di CO₂ nel flusso emissivo e alle specifiche richieste per il prodotto finale.

Un aspetto determinante per i distretti industriali è l’architettura modulare e scalabile della tecnologia. Gli impianti Cryocap™ vengono progettati e assemblati in moduli prefabbricati, trasportati e installati sul sito con un impatto minimo sulle operazioni esistenti. Questo approccio facilita l'integrazione in impianti già operativi e consente di dimensionare l'unità in modo incrementale. A completamento della tecnologia di cattura CO₂, il portafoglio comprende competenze integrate nella purificazione, liquefazione e trasporto della CO₂ - rafforzate dalla joint venture OCEOS con il Gruppo Sogestran per la logistica marittima e fluviale di CO₂ liquida su larga scala. 

Progetti di decarbonizzazione attivi in Italia

L'Italia è un territorio strategico per lo sviluppo della CCUS in Europa, grazie alla presenza di bacini industriali ad alta densità emissiva e alla disponibilità di formazioni geologiche adatte allo stoccaggio permanente della CO₂. Air Liquide sta contribuendo a due progetti attivi sul territorio.

HERCCULES - acronimo di Heroes in Southern Europe to Decarbonize Industry with CCUS - è un progetto di ricerca e dimostrazione finanziato dal programma Horizon Europe e coordinato dal LEAP (Laboratorio Energia Ambiente Piacenza) del Politecnico di Milano con il supporto di 25 partner. Il progetto mira a dimostrare la fattibilità dell'intera filiera CCUS in aree industriali ad alta densità come il Nord Italia e la Grecia, con focus specifico sulla decarbonizzazione dei cementifici e dei termovalorizzatori. Air Liquide partecipa al progetto con un ruolo operativo nella fase di trasporto della CO₂, occupandosi della logistica dalla sorgente di cattura verso i siti di stoccaggio o di utilizzo industriale, e conducendo un'attività di benchmark tra le soluzioni CCUS testate nel progetto e quelle già operative su scala industriale. Il bacino offshore di Ravenna è uno dei siti di riferimento per la fase di stoccaggio.

Callisto - acronimo di CArbon LIquefaction transportation and STOrage - consiste in un progetto infrastrutturale su scala mediterranea, promosso da Air Liquide, Eni e Snam, con il supporto di 16 aziende attive nei bacini industriali coinvolti. L'obiettivo è costruire una catena del valore CCUS integrata nel sud-ovest d'Europa, con focus sulla decarbonizzazione dei poli industriali di Fos-sur-Mer e della Valle del Rodano in Francia e dei bacini di Ravenna e Ferrara in Italia. Il modello logistico di Callisto è centrato sull'aggregazione delle emissioni a scala di distretto: la CO₂ catturata dagli impianti industriali delle aree coinvolte viene convogliata verso hub di esportazione nei due Paesi, da dove viene trasportata via mare allo stato liquido oppure, con gasdotti onshore, verso il sito di stoccaggio definitivo nel giacimento di gas esausto al largo di Ravenna. L'Unione Europea ha inoltre inserito Callisto tra i Progetti di Interesse Comune, riconoscendone la rilevanza strategica per il raggiungimento degli obiettivi climatici europei.

L'hub di Ravenna si configura dunque come nodo infrastrutturale centrale della filiera CCUS italiana: un punto di convergenza in cui le emissioni di più distretti e bacini industriali vengono aggregate, condizionate e avviate allo stoccaggio geologico permanente. Questo modello rende accessibile la filiera CCUS anche agli operatori che individualmente non raggiungerebbero la scala critica necessaria e crea le condizioni per l'integrazione progressiva di nuovi emettitori nel tempo.

Domande frequenti sulla filiera CCUS

Qual è la differenza tra CCS, CCU e CCUS?

CCS (Carbon Capture and Storage) indica il processo che cattura la CO₂ dalle emissioni industriali e la avvia allo stoccaggio permanente in formazioni geologiche profonde, come giacimenti di gas esauriti o acquiferi salini. CCU (Carbon Capture and Utilisation) indica il processo che cattura la CO₂ e la valorizza come materia prima per altri processi produttivi: sintesi di carburanti sintetici, produzione di materiali da costruzione, applicazioni agroalimentari e chimiche. CCUS (Carbon Capture, Utilisation and Storage) è il termine che include entrambe le destinazioni finali, riconoscendo che la CO₂ catturata può essere avviata sia allo stoccaggio sia all'utilizzo, spesso in modo complementare all'interno della stessa catena logistica.

Come funziona la CCUS nei poli industriali?

Nei poli industriali, la CCUS si realizza tipicamente attraverso un modello a Hub in cui le emissioni di più impianti appartenenti a operatori diversi vengono aggregate su un'infrastruttura condivisa. Ogni stabilimento installa un'unità di cattura locale che separa la CO₂ dai propri fumi o gas di processo. La CO₂ catturata viene purificata, liquefatta e avviata verso un hub centrale di aggregazione: da lì, l’anidride carbonica viene trasportata in grandi volumi verso il sito di stoccaggio geologico o di utilizzo industriale. 

Cos'è il modello Hub & Cluster nel CCUS?

Hub & Cluster è il modello con cui la CCUS viene applicata su scala di distretto industriale. Il "cluster" è il gruppo di impianti emettitori - ad esempio cementifici, acciaierie, raffinerie, impianti chimici - che insistono in una stessa area geografica e condividono un'infrastruttura comune di raccolta della CO₂. L'"hub" è il nodo centrale dove la CO₂ proveniente dal cluster viene aggregata, condizionata per il trasporto e avviata verso il sito di destinazione finale: può includere stazioni di compressione, impianti di liquefazione e infrastrutture di carico su navi o di immissione in pipeline di lunga distanza. 

Quali sono i settori industriali coinvolti nella CCUS?

I principali settori coinvolti nella CCUS sono quelli cosiddetti hard-to-abate: quei comparti nei quali le emissioni di CO₂ non sono eliminabili con la sola sostituzione del combustibile o l'elettrificazione dei processi. Il cemento è tra i più rilevanti, poiché la calcinazione del calcare genera CO₂ per reazione chimica indipendentemente dalla fonte energetica. Seguono la siderurgia, in particolare la produzione di acciaio primario tramite altoforno, la chimica e la petrolchimica e le raffinerie, che presentano emissioni distribuite su molteplici sorgenti. 

Quali sono i principali progetti CCUS attivi in Italia e che ruolo ha Air Liquide?

In Italia la filiera CCUS si sta sviluppando principalmente attraverso iniziative focalizzate sui grandi bacini industriali ad alta densità emissiva. Tra i progetti chiave sul territorio figurano HERCCULES e Callisto in cui Air Liquide mette a disposizione le proprie competenze nella cattura, liquefazione e gestione della logistica della CO₂.