Tecnologie di cattura della CO₂ industriale: le soluzioni di Air Liquide

Le tecnologie di cattura della CO₂ consentono di separare l'anidride carbonica dagli altri gas ottenuti dai processi produttivi industriali, prima che venga rilasciata in atmosfera. Ogni settore ha le proprie peculiarità, perciò non esiste una soluzione valida per ogni impianto: la scelta dipende dal tipo di processo, dalla composizione dei gas da trattare e dalla destinazione d'uso prevista per la CO₂ catturata. 

Perché la cattura della CO₂ è indispensabile nei settori hard-to-abate

Nei settori hard-to-abate, come cemento, chimica e produzione di idrogeno da gas naturale, le emissioni di CO₂ non dipendono soltanto dall'energia necessaria ad alimentare gli impianti. Una quota consistente nasce infatti dalle reazioni chimiche alla base del processo produttivo, che trasformano le materie prime e liberano CO₂ come sottoprodotto.

Il cemento è un esempio. Nel forno il calcare (CaCO₃) viene riscaldato e trasformato in calce (CaO): questa reazione, chiamata calcinazione, libera CO₂. A queste emissioni si aggiungono quelle dei combustibili usati per raggiungere le temperature richieste per produrre il clinker, il componente base del cemento. Cambiare combustibile riduce soltanto questa seconda quota e non influisce sulla CO₂ rilasciata dalla calcinazione. 

Per questo elettrificazione, efficienza energetica e fonti rinnovabili, pur necessarie, non bastano da sole in questi settori. In alcuni casi non sono applicabili subito, in altri non incidono sulle emissioni di processo. I sistemi di cattura intervengono invece sui gas di scarico prima che vengano rilasciati in atmosfera: separano la CO₂ dai gas prodotti dall'impianto e la rendono disponibile per le fasi successive della filiera CCUS.

Come funzionano le principali tecnologie di separazione CO₂

Le tecnologie di separazione si basano su tre tipologie di meccanismi fondamentali:

• assorbimento chimico: utilizza solventi come le ammine, che catturano la CO₂ dai fumi e la restituiscono ad alta purezza e a bassa pressione;
• assorbimento fisico: impiega solventi che sciolgono la CO₂ senza reazione chimica, impiegati ad esempio sul gas di sintesi;
• separazione criogenica: sfrutta temperature estremamente basse per condensare e separare la CO₂, senza l’impiego di reagenti né solventi chimici.

La scelta della tecnologia di cattura dipende dalla concentrazione di CO₂ nel gas e dalle specifiche richieste per la CO₂ catturata.

Le tecnologie di Air Liquide per applicazione industriale

Cryocap™ è la gamma di tecnologie criogeniche sviluppata da Air Liquide per catturare e liquefare la CO₂ dai flussi gassosi industriali. Può combinare diverse tecnologie proprietarie basate su criogenia, adsorbimento e membrane, adattandosi alla concentrazione di CO₂ nel gas da trattare e alle specifiche richieste per la CO₂ ottenuta, disponibile in forma gassosa o liquida. 

Ogni versione di Cryocap™ risponde quindi ad esigenze specifiche:

• Cryocap™ H₂ e la produzione di idrogeno: è pensata per gli impianti di produzione di idrogeno da gas naturale (SMR, steam methane reforming). Il gas di scarto della purificazione PSA, il sistema che separa l'idrogeno puro per adsorbimento, contiene una quota elevata di CO₂. Viene compresso, essiccato e inviato a un'unità criogenica, dove la CO₂ si separa dagli altri componenti per condensazione parziale e distillazione, fino a ottenere CO₂ liquida pura. I gas non condensati passano attraverso un sistema di membrane che recupera idrogeno - incrementando la produzione complessiva dell’impianto dal 10% al 20% - e CO₂, mentre il gas residuo, composto da monossido di carbonio e metano, torna all'impianto come materia prima o come combustibile. 

• Cryocap™ FG e i fumi di combustione: si applica a fumi e gas di scarto con un contenuto di CO₂ sufficientemente elevato (>15%), tipici di cementifici, impianti di produzione di calce, raffinerie e termovalorizzatori. Il processo unisce adsorbimento e separazione criogenica: i fumi vengono compressi ed essiccati, poi un'unità PSA concentra la CO₂, che viene separata e purificata nell'unità criogenica. Il sistema gestisce le impurità presenti nei fumi, tra cui gli ossidi di azoto, e recupera energia dall'azoto in pressione che si separa durante il processo. Compressori, unità PSA e sezione criogenica possono essere collocati in aree diverse del sito, un vantaggio negli impianti con poco spazio disponibile.

• Cryocap™ Oxy e l’ossicombustione: tratta i gas prodotti da processi di combustione in cui l'ossigeno viene impiegato in sostituzione dell'aria, tipici di cementifici, produzione di calce e centrali elettriche. L’uso di ossigeno evita la presenza di azoto, un gas che non contribuisce alla combustione e che, quindi, diluisce molto i fumi di scarico. Attraverso l’ossicombustione consente, quindi, di avere fumi già ricchi di CO₂. Una fase di pretrattamento raffredda poi i gas e rimuove polveri e altri composti acidi; i fumi vengono compressi, essiccati e inviati alla purificazione criogenica, che elimina i componenti residui come ossigeno, argon, monossido di carbonio e azoto. La CO₂ si ottiene così in forma gassosa o direttamente liquida, con un livello di purezza adatto al trasporto e allo stoccaggio. 

• Cryocap™ LQ e la liquefazione su larga scala: liquefa e purifica la CO₂ già catturata, anche quando proviene da più emettitori che usano tecnologie di cattura diverse, comprese quelle ad ammine. Il processo comprime, essicca e raffredda la CO₂, che viene poi purificata per distillazione fino a ottenere un prodotto liquido conforme alle specifiche di stoccaggio, con rimozione dell'umidità e di altri componenti come l'ossigeno. Un unico compressore gestisce sia la compressione sia il ciclo di raffreddamento, con una soluzione compatta e priva di prodotti chimici. 

• Cryocap™ NG e il gas naturale ricco di CO₂: è la soluzione per il trattamento del gas naturale con un contenuto elevato di CO₂, tipico di alcuni giacimenti. Combina distillazione criogenica e membrane proprietarie: rimuove la CO₂ e gli altri componenti indesiderati, tra cui acqua e azoto, recuperando il metano. La CO₂ viene resa disponibile ad alta pressione, pronta per la reiniezione e lo stoccaggio permanente. L'ingombro ridotto la rende adatta anche alle installazioni offshore.

I progetti sul campo: dove sono applicate le tecnologie Air Liquide

Le tecnologie Cryocap™ trovano pertanto applicazione in contesti industriali diversi. Ecco alcuni esempi di progetti che integrano queste tecnologie all’interno di impianti e filiere produttive:

• Port-Jérôme (Francia): è l'impianto Air Liquide di produzione di idrogeno in Normandia, dove Cryocap™ H₂ è in funzione da anni. La CO₂ del processo viene catturata, purificata e liquefatta per essere destinata a usi industriali locali, mentre l'idrogeno prodotto alimenta la raffineria vicina. È il riferimento operativo che dimostra come la cattura possa integrarsi in un impianto esistente senza modificarne la funzione produttiva.

• Porthos (Paesi Bassi): Air Liquide installerà un’unità Cryocap™ H₂ presso il proprio impianto di produzione di idrogeno a Rozenburg. La CO₂ catturata sarà convogliata nell'infrastruttura Porthos, dedicata al trasporto e allo stoccaggio permanente sotto il Mare del Nord.

• GO4ZERO con Holcim (Belgio): il progetto riguarda il cementificio di Obourg e prevede l'impiego di Cryocap™ Oxy, abbinata a una linea di produzione del clinker predisposta per l'ossicombustione e alimentata con l'ossigeno fornito da Air Liquide. La CO₂ catturata sarà destinata a un hub di esportazione per lo stoccaggio offshore.

• ACCSION (Danimarca): nel cementificio Aalborg Portland, del Gruppo Cementir, Cryocap™ è la tecnologia scelta per catturare, purificare e liquefare la CO₂ emessa dai forni. La CO₂ sarà poi trasportata tramite una nuova rete di condotte verso siti di stoccaggio a terra, in una filiera CCS completa.

• Kairos@C (Belgio): sviluppato con BASF nel porto di Anversa, il progetto prevede l’impiego di Cryocap™ per catturare e purificare la CO₂ prodotta dagli impianti del sito chimico. La filiera comprende liquefazione, trasporto e stoccaggio nel Mare del Nord, con infrastrutture condivise a disposizione di altre aziende dell'area.

Domande frequenti sulle tecnologie di Air Liquide

Qual è la differenza tra la cattura criogenica di Cryocap™ e i sistemi tradizionali ad assorbimento chimico?

L'assorbimento chimico, per esempio con le ammine, usa un solvente che si lega alla CO₂. La cattura criogenica di Cryocap™ separa invece la CO₂ raffreddando il gas, senza solventi né reagenti chimici, e produce CO₂ purificata, anche in forma liquida. 
L’assorbimento chimico con ammine richiede, inoltre, grande quantità di calore per rigenerare il solvente, mentre Cryocap™ è alimentata soltanto con energia elettrica, potenzialmente rinnovabile. 
La scelta dipende quindi dalla concentrazione di CO₂ nel gas - le ammine sono una soluzione consolidata per flussi poco concentrati, mentre Cryocap™ è indicata per fumi e gas di processo più ricchi di CO₂ - e da valutazioni complessive sui consumi e sulle modalità di alimentazione più idonee per il processo.

Quali sono le tecnologie principali di Air Liquide in merito alla cattura CO₂?

Air Liquide ha sviluppato la gamma di tecnologie proprietarie Cryocap™, articolata in diverse versioni come H₂ per decarbonizzare la produzione di idrogeno, FG per i fumi di combustione, Oxy per i processi a ossicombustione, LQ per la liquefazione della CO₂ e NG per il gas naturale. Ogni soluzione si adatta in modo flessibile alle diverse tipologie di impianto e alla composizione dei gas da trattare.

Dove si può applicare Cryocap™?

Cryocap™ si può applicare a più ambiti, come gli impianti di produzione di idrogeno, cementifici e la produzione di calce, le raffinerie, i siti chimici, le centrali a biomassa e i termovalorizzatori. Nello specifico, Cryocap™ LQ è pensata per gli hub industriali in cui la CO₂ di più emettitori va liquefatta e preparata al trasporto, mentre Cryocap™ NG si usa per il trattamento del gas naturale ricco di CO₂.