Altro che Effetto Serra ”La CO2 Può Essere una Risorsa” e Non un Inquinante
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L’energia solare risolve il riscaldamento globale
In futuro avremo ancora crediti di CO2.
Ma invece di permettere alle aziende di rilasciare CO2 nell’aria…
i crediti potrebbero consentire alle aziende di catturare la CO2.
E se il carbonio passasse da inquinante a risorsa?
Come è possibile? Perché la CO2 non sarà più vista come un inquinante, ma piuttosto come una risorsa.
La CO2 è una risorsa
Gli esseri umani non amano la CO2 nell’aria perché provoca un effetto serra, intrappola il calore e aumenta la temperatura del pianeta.
Ma le piante la amano. Ecco cos’è la fotosintesi: le piante usano l’energia per estrarre il carbonio dall’aria e usarlo per costruire il loro corpo.
La molecola in basso è casuale. In realtà, la fotosintesi produce zucchero, che non ha questo aspetto. L’idea è che le piante combinino il carbonio dell’atmosfera con l’idrogeno dell’acqua (e l’ossigeno di entrambi) e producano molecole che hanno tutti e tre i componenti, emettendo O2 come sottoprodotto (alias inquinante, in origine).
Le piante amano talmente tanto la CO2 che la estraggono dall’aria da miliardi di anni, rilasciando O2 come sottoprodotto inquinante, come abbiamo visto in precedenza.
Ora che la CO2 è tornata ai livelli visti l’ultima volta circa un milione di anni fa, le piante la consumano volentieri, crescendo del 20%-40% più velocemente di prima. Con più CO2, cresceranno ancora più velocemente.
Tuttavia, aggiungere più CO2 potrebbe non far crescere le piante più velocemente. Come abbiamo visto in I nutrienti della vita e un’alternativa migliore alla concimazione con il ferro, quando la CO2 viene completamente rilasciata come fattore limitante per la crescita, l’aggiunta di CO2 potrebbe non servire a nulla. Fonte.
Quindi le piante vedono la CO2 come un modo conveniente per accedere al carbonio che richiede solo un po’ di energia. Se potessimo aiutare le piante a catturare il carbonio più velocemente, lo faremmo. Ma le piante si sono evolute per milioni di anni e non ci sono ancora arrivate. Le piante sono inefficienti nel catturare la luce solare per assorbire la CO2. E ricordate: hanno impiegato 2,5 miliardi di anni per portare il carbonio ai livelli preindustriali. Se vogliamo estrarre il carbonio dall’aria prima che la Terra si riscaldi troppo, abbiamo bisogno di un modo più veloce di affidarci alle piante, e possiamo farlo se anche noi consideriamo la CO2 come una risorsa.
Il gas naturale costa meno dall’aria che dal suolo
Uno dei combustibili fossili che stiamo consumando sempre più velocemente è il metano-CH4. Oggi lo estraiamo principalmente dal suolo sotto forma di gas naturale.
Per gas si intende soprattutto metano
Ma potremmo fare come le piante e costruire questa molecola a base di carbonio estraendo il carbonio dall’aria, utilizzando l’energia del Sole.
L’unica differenza è che le piante producono zucchero, mentre questa macchina produrrebbe metano.
Notate questo: Gli unici elementi necessari per produrre metano sono la CO2 dell’aria e l’acqua! L’unica cosa costosa che serve è l’energia.
Si tratta di una questione di costi energetici: come può essere più economico generare CH4 dall’aria piuttosto che pomparlo dal terreno?
È una questione di tempo.
A lungo termine, il costo del gas naturale può solo aumentare, perché diventa sempre più scarso, facendo salire i prezzi. Inoltre, le aziende devono scavare sempre più in profondità per trovarlo e pomparlo, il che aumenta i costi e quindi i prezzi.
Nel frattempo, il costo dell’energia solare non fa che scendere.
La riduzione è così rapida che è necessaria una versione logaritmica del grafico per capire cosa sta succedendo:
Negli ultimi 45 anni, i costi del fotovoltaico sono scesi del 12% all’anno! Si potrebbe sfruttare il calo dei costi dell’energia fotovoltaica per generare il metano.
Nota a margine importante: non è il tempo a ridurre i costi dei pannelli solari, ma la scala. Più ne costruiamo, più impariamo a migliorarne l’efficienza.
Ma poiché il volume dei pannelli solari è cresciuto in modo esponenziale nel corso del tempo, i costi dei pannelli solari si sono ridotti in modo consistente nel tempo.
Se estrarre il CH4 dal suolo diventa sempre più costoso e l’energia necessaria per estrarlo dall’aria diventa sempre più economica, a un certo punto diventa più conveniente estrarlo dall’aria che dal suolo. La domanda diventa: Quanto deve scendere il costo dell’energia solare fotovoltaica perché questo accada?
Per rispondere a questa domanda, dobbiamo capire quanta energia è necessaria per produrre metano. E per farlo, dobbiamo capire il processo di creazione del metano.
Dall’aria al gas
Per prima cosa, si utilizza un po’ di energia per aspirare l’aria e isolare la sua CO2 in un concentratore.
L’energia può provenire da pannelli solari.
Quindi devi prendere dell’acqua e dividere il suo idrogeno e ossigeno, formando H2 e O2. Butti via l’ossigeno, come fanno le piante.
Questa macchina si chiama elettrolizzatore. Finora sono state necessarie due macchine: un concentratore di CO2 e un elettrolizzatore di H2O per ottenere H2.
Infine, si combinano la CO2 e l’H2 in un reattore per formare CH4.
Questa parte genera effettivamente calore, perché la molecola di H2 ha molta energia latente. Non c’è quindi bisogno di inserire altra energia. Fonte: Industrie Terraform
Questa macchina è in fase di costruzione e sarà in vendita a partire dal prossimo anno.
L’unica cosa che manca sono i pannelli solari. Fonte: Il post sul blog di Terraform Industries che presenta questa macchina.
Ricordate che abbiamo parlato del processo Haber-Bosch per la creazione di fertilizzanti? Esiste da oltre un secolo ed è probabilmente il più grande motore della popolazione umana. Questo processo per generare metano è quasi lo stesso, ma invece di estrarre N2 dall’aria per produrre NH3, otteniamo CO2 dall’aria per ottenere CH4. A parte questi dettagli, è molto simile.
Si immettono aria, acqua ed energia, tutto qui.
L’aria è gratuita
L’acqua è quasi gratuita.
L’unico grande costo è l’energia
Questo processo deve produrre un metro cubo di CH4 a un prezzo inferiore a quello attuale di mercato, che storicamente è stato di circa 0,18 dollari e ha raggiunto circa 2 dollari all’inizio della guerra in Ucraina.
Di quanta energia ha bisogno questo processo?
Se si installano pannelli solari con una capacità di un megawatt (1 MW), essi dovrebbero produrre circa 128 m3 di CH4 in un giorno. Poiché abbiamo detto che il prezzo storico del CH4 è di circa 0,18 dollari, ciò significa che un pannello solare da 1 MW può produrre 23 dollari al giorno di funzionamento, o circa 10.000 dollari all’anno. Con 30 anni di funzionamento, sono 300.000 dollari generati.
Se si guarda al grafico precedente, si vedrà che il costo per W dei pannelli solari era di 0,27 dollari nel 2021. Quindi 1 MW costa 270.000 dollari. In altre parole, si tratta già dello stesso ordine di grandezza!
I costi del gas dal suolo e dell’energia solare sono dello stesso ordine di grandezza.
Ovviamente, il costo non è solo quello dei pannelli, ma anche quello del terreno, delle linee di trasmissione, delle persone e delle macchine (concentratore, elettrolizzatore e reattore) per produrre il metano. Ma il punto è che il costo maggiore – l’energia (tramite i pannelli solari) – potrebbe già consentire al processo di andare in pareggio. Se ora si riduce questo costo del 12% ogni anno, il gas prodotto dall’aria diventerà sempre più economico di quello prodotto dal suolo.
Le condizioni si applicano
Tutto questo è di alto livello e si basa su molte ipotesi. Ad esempio, i costi del gas naturale sono aumentati di un fattore 10 durante l’invasione della Russia in Europa. In tali circostanze, il metano proveniente dall’aria diventa estremamente economico in confronto.
Non solo, ma dato il clima politico, i Paesi potrebbero decidere di pagare un premio per il metano dall’aria rispetto a quello dal suolo, se quest’ultimo proviene dalla Russia o da Paesi altrettanto ostili.
Questo è uno dei motivi per cui gli Stati Uniti hanno approvato l’Inflation Reduction Act (IRA), che è così generoso che, in alcune parti degli Stati Uniti, questo sistema aria-gas andrebbe in pareggio già dopo pochi anni.
Naturalmente, questo sarebbe probabilmente più vero in Arizona che nel Vermont, dato che lì il sole splende più forte. Il che illustra un’altra condizione variabile.
Il sole splende più forte nei Paesi vicini all’equatore, che tendono a essere più poveri. Questo significa che possono ottenere elettricità solare – e metano – a un prezzo più basso. Tuttavia, poiché la maggior parte dei Paesi più lontani dall’equatore riceve il 50% dell’irradiazione solare dei Paesi più caldi e i costi dei pannelli solari scendono generalmente del 12% all’anno, ci vorranno solo cinque anni in più perché la stessa economia si applichi anche lì.
Ciò significa che il punto di pareggio tra metano dal suolo e dall’aria arriverà in tempi diversi in luoghi diversi. L’importante è che arrivi presto da qualche parte, in modo da poter avviare il processo il più velocemente possibile. E come abbiamo visto, in alcune zone degli Stati Uniti è già più economico che in altre.
Ciò significa che l’azienda giusta che scopre come produrre in modo efficiente il metano dall’aria può già sostituire le tradizionali aziende di combustibili fossili negli Stati Uniti, vendendo il proprio prodotto a prezzi più bassi.
Il futuro del metano
Si tratta di un cambiamento profondo, perché potremmo continuare a utilizzare il gas naturale come abbiamo fatto finora, ma in modo neutrale dal punto di vista del carbonio: consumando solo quello che otteniamo dall’aria, invece di pompare nell’atmosfera il carbonio che è rimasto intrappolato nel sottosuolo per milioni di anni.
Vogliamo che questo avvenga il più rapidamente possibile. Chi ci sta lavorando? Come si può contribuire?
Durante le ricerche sulla serie spaziale, mi sono imbattuto nel blog di Casey Handmer. Nel suo studio dei processi necessari per vivere su Marte, ha esplorato la generazione di metano e si è reso conto che questo processo era fattibile sulla Terra. Così ha deciso di farlo anche qui.
Un paio di anni fa ha creato Terraform Industries e di recente ha raccolto la Seed Extension. Data la sua comprensione molto approfondita e intelligente dello spazio, ho deciso di investire. L’azienda è ora alla ricerca di persone in gamba da inserire nel proprio team:
Candidati con esperienza nel campo dell’hardware, capacità di esecuzione, autonomia, capacità di giudizio, integrità e tendenze anticonformiste. Lauree in economia e/o in varie discipline ingegneristiche sono un plus, ma subordinate alla capacità di portare a termine il lavoro.
Potete farvi un’idea del loro team in fondo al loro documento di visione. Se siete interessati e qualificati, o conoscete qualcuno che potrebbe esserlo, inviatelo a me o contattatelo direttamente!
Ci sono pochi momenti nella storia in cui si può passare alla storia facendo la cosa giusta e allo stesso tempo facendo soldi. Questa è una di quelle. Se siete interessati all’argomento e siete in grado di aiutare, dovreste farlo.
CO2 scarsa
Ma la generazione di metano è solo uno dei modi per utilizzare il carbonio presente nell’aria come risorsa. Qualsiasi combustibile può essere formato con un approccio simile. Gli agricoltori lo considerano una risorsa, sia per nutrire le piante terrestri che quelle marine. Probabilmente ci sono molti altri usi.
Nel momento in cui l’energia diventerà abbastanza economica da consentire un’estrazione affidabile di CO2 dall’atmosfera, le persone utilizzeranno questa fonte di carbonio. E non tutto verrà rilasciato nell’atmosfera. Come abbiamo visto nell’articolo sull’Ocean Farming, una parte di esso affonderà negli oceani. Già oggi, il 3% del metano non viene bruciato, ma utilizzato in altri modi, come la produzione di plastica, uscendo così completamente dal ciclo del carbonio…
Nei prossimi anni, non saremo in grado di scalare questo processo abbastanza velocemente da compensare le nostre emissioni di CO2. Ma a un certo punto, tutti i combustibili che utilizziamo proverranno dall’aria, non dal suolo. Ogni anno, la CO2 verrà assorbita invece di essere emessa. Alla fine, la esauriremo al punto che si potrebbero adottare misure per impedire alle aziende di affondarla o per far pagare loro il privilegio.
Fino ad allora, dobbiamo ancora ridurre le emissioni di carbonio, affondare il carbonio il più velocemente possibile e abbassare la temperatura della Terra fino a riportare la CO2 a livelli ragionevoli.
Non è chiaro quale sia la tempistica, ma se il consumo di energia da parte delle persone continua a crescere in modo esponenziale, anche l’estrazione di CO2 potrebbe crescere. I processi esponenziali hanno la cattiva abitudine di diventare molto grandi molto velocemente. Il feedback di Casey Handmer a questo proposito è che ci vorrebbe molto tempo per creare un qualsiasi tipo di scarsità di carbonio nell’aria.
Molti di voi mi hanno fatto: E l’idrogeno? Questo è particolarmente rilevante nel contesto di questo articolo, perché qui stiamo dicendo che dovremmo produrre metano. Ma per questo, abbiamo bisogno dell’idrogeno. Non avrebbe senso fermarsi all’idrogeno?
E la migliore meta-analisi sembra essere questa .
Tomas Pueyo
Fonte: unchartedterritories.tomaspueyo.com
