A livello mondiale vengono prodotte ogni anno circa quattro miliardi di tonnellate di cemento. La produzione è responsabile del 5-8% delle emissioni globali di CO₂. Particolarmente problematico è il processo di calcinazione, durante il quale il calcare viene riscaldato per ottenere la calce viva, un processo che comporta il rilascio di CO₂.
È proprio qui che entra in gioco lo studio dell’ETH. Esso combina un processo consolidato di produzione del cemento con la Direct Air Capture, in breve DAC. L’obiettivo non è solo quello di ridurre le emissioni in stabilimento. L’impianto dovrebbe inoltre rimuovere la CO₂ direttamente dall’aria circostante.
La calce entra nel ciclo
La tecnologia si basa sul «calcium looping». Il calcare viene riscaldato elettricamente e si decompone in calce viva e CO₂. Poiché il forno è alimentato con energia elettrica anziché con carbone o gas, vengono eliminate le emissioni aggiuntive derivanti dalla combustione di combustibili fossili. La CO₂ rilasciata durante il processo può inoltre essere catturata direttamente.
La calce viva viene poi trattata con acqua ed entra in contatto con l’aria. In questo modo lega nuovamente la CO₂ e si trasforma di nuovo in calcare. Più spesso viene ripetuto questo ciclo, maggiore è la quantità di anidride carbonica che l’impianto può sottrarre all’atmosfera. La CO₂ catturata non rimane nel cemento, ma viene compressa e trasportata in appositi depositi sotterranei. In queste condizioni, un cementificio potrebbe addirittura rimuovere, in termini di bilancio, più CO₂ di quanta ne produca nell’intera catena di processo.
L’elettricità è determinante
Il fattore decisivo è l’approvvigionamento energetico. La Direct Air Capture richiede molta elettricità. I ricercatori dell’ETH hanno quindi esaminato diversi scenari, dall’attuale mix energetico statunitense fino a un sistema prevalentemente rinnovabile con energia solare e accumulo in batterie.
Il risultato è incoraggiante, ma chiaramente subordinato a determinate condizioni. Con un approvvigionamento elettrico fortemente decarbonizzato, gli impianti di «calcium looping» potrebbero effettivamente rimuovere dall’atmosfera, in termini netti, dall’85 al 96 per cento della quantità catturata e immagazzinata. Per ogni tonnellata di CO₂ immagazzinata in modo permanente, lungo l’intera catena del valore verrebbero comunque emessi da 40 a 150 chilogrammi di CO₂.
Dal laboratorio all’impianto
L’approccio è più di un’idea teorica. Lo studio è stato condotto in collaborazione con l’azienda statunitense Heirloom Carbon Technologies, che dal 2023 gestisce in California un impianto commerciale con una capacità di circa 1’000 tonnellate di CO₂ all’anno. In Louisiana è in progetto un impianto di dimensioni notevolmente maggiori.
Per l’industria del cemento, il punto di forza risiede nelle materie prime e nei processi esistenti. La calce, la calcinazione e i forni industriali fanno ormai parte da tempo della produzione. Le novità sarebbero soprattutto superfici di contatto con l’aria aggiuntive, la cattura di CO₂ e forni di calcinazione alimentati elettricamente.
Il potenziale necessita di prove pratiche
Per ora la soluzione non è ancora una certezza. I risultati si basano su scenari fino al 2050. I forni di calcinazione elettrici a riscaldamento indiretto non sono ancora in uso su larga scala a livello industriale. Lo studio non contiene nemmeno un’analisi dettagliata della redditività.
Ciononostante, il lavoro dell’ETH lancia un segnale forte. La decarbonizzazione del settore edile non deve necessariamente limitarsi a una riduzione delle emissioni. Se l’elettricità rinnovabile, lo stoccaggio di CO₂ e i nuovi impianti industriali agissero in sinergia, uno dei maggiori responsabili delle emissioni potrebbe diventare un attore attivo nella riparazione del clima.
