Gli scienziati stanno esplorando strategie per utilizzare i rifiuti minerali dalle miniere per estrarre enormi quantità di anidride carbonica dall’aria.
di James Temple
In una giornata torrida di agosto, Caleb Woodall ha brandito la sua pala come una lancia, infilandola nella crosta indurita di una fossa piena di amianto vicino a Coalinga, in California. Woodall, appena laureato al Worcester Polytechnic Institute nel Massachusetts, stava scavando campioni da una miniera di amianto, chiusa dal 1980, in un sito Superfund, vale a dire oggetto di interventi di bonifica, sulla vetta più alta del Diablo Range. Ha estratto chili di materiale da diverse località della montagna di San Benito, le ha spalate in sacchi dotati di cerniera e le ha spedite a un paio di laboratori per l’analisi.
Lui ei suoi colleghi stanno cercando di determinare la composizione e la struttura dei materiali estratti dalle fosse e di rispondere a due domande critiche: quanta anidride carbonica contengono e quanta ne potrebbero immagazzinare ancora.
La vasta superficie di alcuni tipi di amianto fibroso, una classe di composti cancerogeni un tempo ampiamente utilizzati nei materiali da costruzione resistenti al calore, li rende particolarmente adatti a trattenere le molecole di anidride carbonica disciolte nell’acqua piovana o che galleggiano nell’aria.
Il crisotilo, la forma più comune di amianto, è il minerale caratteristico della zona e si trova nella roccia serpentina, tipica della montagna californiana. La reazione con l’anidride carbonica produce principalmente minerali di carbonato di magnesio come la magnesite, un materiale stabile che potrebbe bloccare i gas serra per millenni.
Woodall e la sua consulente Jennifer Wilcox, una ricercatrice che si occupa della rimozione del carbonio, fanno parte di un gruppo crescente di scienziati che esplorano modi per accelerare queste reazioni altrimenti lente nella speranza di utilizzare i rifiuti minerari per combattere il cambiamento climatico. È un sistema efficace per catturare il carbonio che può funzionare anche con i sottoprodotti ricchi di calcio e magnesio dell’estrazione di nichel, rame, diamanti e platino.
La speranza iniziale è quella di compensare le ampie emissioni di carbonio derivanti dall’estrazione con i minerali scavati. Ma la vera speranza è che questo primo lavoro permetta loro di capire come si possano utilizzare i minerali, compreso l’amianto, per assorbire grandi quantità di gas serra dall’atmosfera.
“La decarbonizzazione delle miniere nel prossimo decennio ci deve aiutare a costruire il know-how per raggiungere l’obiettivo delle emissioni negative”, afferma Gregory Dipple, professore presso dell’Università della British Columbia e uno dei più autorevoli ricercatori in questo settore emergente.
Accelerare un ciclo molto lento
Il panel sul clima delle Nazioni Unite ha scoperto che qualsiasi scenario che non riscaldi il pianeta di oltre 1,5 °C richiederà l’eliminazione quasi totale delle emissioni entro la metà del secolo, oltre a rimuovere da 100 miliardi a 1 trilione di tonnellate di anidride carbonica dall’aria in questo secolo. Secondo uno studio delle National Academies, mantenere il riscaldamento al di sotto dei 2 °C potrebbe richiedere l’aspirazione di 10 miliardi di tonnellate all’anno entro il 2050 e 20 miliardi all’anno entro il 2100.
È una quantità talmente grande che quasi certamente dovremo utilizzare una varietà di metodi per avere successo, tra cui piantare alberi e aumentare l’assorbimento di carbonio nei terreni agricoli. La particolare promessa di usare i minerali per abbattere l’anidride carbonica è che può essere fatto su vasta scala e con risultati definitivi.
La mineralizzazione è già il meccanismo principale utilizzato dalla natura nel cosiddetto “ciclo lento del carbonio
2. L’anidride carbonica nell’acqua piovana dissolve le rocce di base, producendo magnesio, calcio e altri composti che si fanno strada negli oceani dove i materiali vengono convertiti in conchiglie e scheletri che alla fine si trasformano in calcare e altri tipi di roccia.
Ci sono minerali più che sufficienti per legare tutta l’anidride carbonica che abbiamo mai emesso. Il problema è che la stragrande maggioranza è rinchiusa in una roccia solida che non entra in contatto con i gas serra. Anche quando sono esposti in affioramenti rocciosi, ci vuole molto tempo prima che si verifichino queste reazioni.
Ma una varietà di interventi può trasformare il ciclo naturale lento del carbonio in uno più veloce. Questi includono processi fisici come semplicemente scavare i materiali, macinarli in particelle più fini e spargerli in strati sottili, il che aumenta la superficie reattiva esposta all’anidride carbonica. Esistono anche modi per accelerare le reazioni chimiche aggiungendo calore o composti come gli acidi.
“Questa è la gigantesca opportunità non sfruttata che potrebbe rimuovere enormi quantità di CO2“, afferma Roger Aines, responsabile della Carbon Initiative presso il Lawrence Livermore National Lab, che ha accompagnato Woodall durante il viaggio in California.
La ricetta giusta
Dipple sta esplorando una varietà di modi per farlo. In un progetto pilota dell’anno scorso, finanziato dalla azienda diamantifera De Beers e Natural Resources Canada, lui e i suoi colleghi hanno utilizzato gli scarti di una miniera nei Territori nord-occidentali del Canada per intrappolare l’anidride carbonica rilasciata da un serbatoio. Il punto era valutare la possibilità di utilizzare minerali per catturare e immagazzinare il gas dai fumi di una centrale elettrica.
Il team sta ora portando avanti una prova sul campo per un impianto di nichel proposto nella British Columbia. Hanno collocato gli scarti della perforazione esplorativa in contenitori assortiti e stanno misurando le velocità di reazione risultanti dall’utilizzo di diversi additivi chimici e processi in diverse condizioni meteorologiche. La loro speranza è che la semplice aggiunta di acqua e la lavorazione efficace dei materiali rimuoverà rapidamente l’anidride carbonica dall’aria, formando un blocco solido che può essere sepolto.
Poiché l’operazione proposta si baserebbe principalmente sull’energia idroelettrica, stimano che utilizzare solo il 30 per cento degli scarti più reattivi delle miniere renderebbe l’operazione carbon neutral. L’uso di circa il 50 per cento lo trasformerebbe in un’attività carbon negative.
Ma non tutti gli scarti sono uguali. In un progetto separato, Wilcox e Woodall stanno conducendo ricerche sul campo in una miniera di platino, palladio e nichel nel Montana, nella speranza di sviluppare modi per accelerare le reazioni di cattura del carbonio con sottoprodotti tutt’altro che ideali. I principali minerali degli scarti sono i feldspati di plagioclasio, che trattengono il magnesio e il calcio in una struttura chimica compatta, rendendoli meno reattivi rispetto ad altri tipi di rifiuti minerari.
In laboratorio, stanno verificando se il calore e l’aggiunta di sali di ammonio e alcuni acidi deboli possono rompere i legami, liberando più calcio e magnesio per trattenere l’anidride carbonica. “Se riusciamo a trovare una ricetta per tutti questi diversi rifiuti, le opportunità potrebbero moltiplicarsi”, afferma Wilcox.
I passi successivi
Woodall sta esplorando i siti di amianto perché spera di trovarne uno che possa funzionare bene per una successiva prova sul campo per valutare i modi per accelerare l’assorbimento di carbonio. Gli approcci potrebbero includere la diffusione del materiale per aumentare la superficie reattiva, il funzionamento di ventilatori che aumentano la quantità di aria che scorre sull’amianto o l’iniezione diretta di anidride carbonica concentrata nelle fosse minerali.
Nel tempo, questi processi dovrebbero formare una miscela di roccia e rifiuti vagamente legati, composta principalmente da carbonati di magnesio, bicarbonato e carbonato di calcio, che potrebbe essere semplicemente lasciata sul posto, dice Aines. La conversione dell’amianto aiuterebbe anche a ripulire queste aree. Ma è sicuro soffiare aria attorno all’amianto? E si risanerebbero completamente questi siti tossici?
Dati i rischi per la salute dell’amianto, qualsiasi intervento successivo dipenderà dalle determinazioni dei comitati di supervisione scientifica e dei funzionari di regolamentazione. È possibile che una certa quantità di amianto rimanga o possa essere dispersa nel corso del lavoro, dice Aines. Queste sono tra le domande chiave che dovranno essere vagliate, egli aggiunge.
È anche il motivo per cui è importante svolgere tale lavoro in un sito limitato e perché qualsiasi ricerca o successivo impegno su vasta scala dovrebbe seguire regole e percorsi chiari per lavorare con questi materiali. Woodall sottolinea che dovrebbero essere prese tutte le precauzioni necessarie, inclusa la spruzzatura dei materiali con acqua per evitare che l’amianto fluttui intorno, nonché l’utilizzo di sensori per monitorare i livelli di esposizione.
Le prossime sfide
Alla fine, i soli scarti non ci porteranno molto lontano. Woodall stima che un sito di amianto nel Vermont, con circa 30 milioni di tonnellate di rifiuti, potrebbe catturare fino a 12 milioni di tonnellate di anidride carbonica. Secondo lo studio delle National Academies, le miniere a livello globale producono abbastanza sottoprodotti minerali per catturare quasi 40 milioni di tonnellate di anidride carbonica all’anno.
Ma stiamo parlando di una piccola frazione dei miliardi di tonnellate di anidride carbonica che devono essere catturate per affrontare in modo significativo il cambiamento climatico. Quindi avvicinarsi alla scala necessaria richiederà di scavare più minerali. Woodall e Aines affermano entrambi che si dovrà includere l’amianto, in considerazione della sua reattività, se le prove sul campo dimostrano che il processo è efficace e sicuro. Ma, ovviamente, l’idea solleva serie preoccupazioni visti i rischi per la salute.
Altri gruppi di ricerca e organizzazioni non profit stanno cercando modi per utilizzare minerali aggiuntivi una volta estratti. Una tecnica potrebbe essere quella di spargere olivina macinata lungo le spiagge o polvere di basalto sui terreni agricoli per assorbire l’anidride carbonica e aiutare a fertilizzare i raccolti.
L’estrazione di qualsiasi materiale su scala molto più ampia, tuttavia, dovrà affrontare una serie di sfide. L’estrazione stessa è dannosa per l’ambiente. Tutta l’energia necessaria per estrarre, macinare, distribuire ed elaborare i minerali andrà a ridurre le emissioni. Potrebbero anche esserci seri limiti sulla terra disponibile, soprattutto perché possono volerci anni prima che la maggior parte dei minerali reagisca con l’anidride carbonica.
Per esempio, secondo un documento di Nature Communications, la rimozione di 2,5 miliardi di tonnellate di CO2 all’anno utilizzando l’ossido di magnesio richiederebbe uno strato di 10 centimetri di spessore che copre circa 15.000 chilometri quadrati . Si tratta dell’equivalente di poco più del 5 per cento del territorio del Nevada.
Ma il principale ostacolo è il costo. Wilcox dice che si può arrivare a 200 dollari per tonnellata, il che è molto più oneroso che piantare alberi. È possibile che alcuni dei materiali possano finire in prodotti commerciali, come gli aggregati in calcestruzzo, per sostenere i costi. Anche un certo livello di compensazione volontaria del carbonio, in cui le persone o le aziende pagano per bilanciare le proprie emissioni, potrebbe aiutare.
Ma arrivare alla scala di miliardi di tonnellate, secondo la maggior parte degli osservatori, richiederà politiche pubbliche coraggiose che aumentino i costi dell’inquinamento da carbonio o creino generosi incentivi per rimuoverlo.
Foto: Una miniera di amianto sul monte San Benito, vicino a Coalinga, in California.Roger Aines, Lawrence Livermore National Lab
