Limenet ha collaborato con scienziati di diversi centri di ricerca, del Politecnico di Milano, dell’Università Milano-Bicocca e del CMCC per studiare tutte le incertezze del processo. In particolare Limenet svolgendo ricerche nei campi sotto riportati.
Precipitazione abiotica
Lo stoccaggio marittimo di CO₂ sotto forma di carbonato di idrogeno e ioni carbonati sembra essere un’opzione praticabile per lo stoccaggio a lungo termine di CO₂, in considerazione ai risultati di diverse ricerche condotte negli ultimi anni.
È noto che la CO₂ è stabile in acqua sotto forma di ioni di bicarbonato o di ioni di carbonato (le quantità relative dipendono dal pH, dalla temperatura, dalla pressione, ecc.).
L’aggiunta di alcalinità all’acqua di mare modifica il pH e la concentrazione degli ioni carbonato e potrebbe causare la precipitazione abiotica del carbonato di calcio (CaCO₃) o dell’idrossido di magnesio (Mg(OH)₂). Questo è un aspetto di particolare rilievo perché questa precipitazione provoca il degassamento di CO₂. Resta da determinare quale combinazione specifica di condizioni di nucleazione adeguate e sovrasaturazione di CaCO₃ sia necessaria per causare precipitazioni significative. La precipitazione abiotica può essere ridotta al minimo controllando la velocità di dissoluzione delle particelle e la diluizione e dispersione dell’acqua equilibrata ad alta alcalinità. (fonte Carbon Plan¹)
Tra il 2022 e il 2023, Limenet ha sviluppato due ricerche sperimentali con il Politecnico di Milano per studiare la stabilità chimica dell’alcalinità equilibrata aggiunta nel mare. Ciò è stato fatto simulando diverse concentrazioni di bicarbonato di calcio in diversi campioni di acqua di mare. Questo ci ha aiutato a raggiungere specifichi livelli di saturazione dei bicarbonati (Omega Aragonite), fondamentale per la precipitazione abiotica.
Gli esperimenti sono stati divisi in due parti:
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Esperimenti di laboratorio
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Esperimenti sul campo
Esperimenti preliminari
Campionamento iniziale
Esperimenti sul campo
Campionamento settimanale
Campionamento a La Spezia
Trasporto a Milano
Analisi di TIC, alcalinità e pH
Esperimenti preliminari
Campionamento iniziale
Esperimenti sul campo
Campionamento settimanale
Campionamento a La Spezia
Trasporto a Milano
Analisi di TIC, alcalinità e pH
Per tre mesi abbiamo analizzato settimanalmente pH, TIC, alcalinità e conduttività, per comprendere, a diverse concentrazioni di bicarbonato, la stabilità chimica.
Per tre mesi siamo stati in grado di testare la stabilità chimica e comprendere la fattibilità dell’aggiunta di acqua con bicarbonati già equilibrati alla CO₂, rispetto al classico approccio dell’alcalinizzazione del mare che considera l’aggiunta di una sostanza alcalina reattiva, come la calce spenta.
I risultati sono risultati simili a quanto trovato da altri gruppi di ricerca, ad esempio Moras et al (2021)² e Hartmann et al (2023)³.
Con livelli di saturazioni pari a Omega aragonite = 7 e Omega calcite = 11 è stato possibile ottenere la stabilità chimica dei bicarbonati di calcio prodotti nell’impianto Limenet TRL 6 di La Spezia (Italia).
Con questo test è stato messo a punto un metodo per studiare la precipitazione abiotica e comprenderne l’efficienza rispetto a quella teorica.
Ulteriori test sono in programma nel prossimo futuro.
Test di stabilità chimica a Milano
Da sinistra, Politecnico di Milano Professor Guido Raos (professore ordinario, Politecnico di Milano), Politecnico di Milano PhD Selene Varliero (PhD, Politecnico di Milano), Federico Comazzi (Ex Politecnico di Milano – now in Limenet, Researcher), Piero Macchi (professore ordinario, Politecnico di Milano)
Test di stabilità chimica a Milano
Il lavoro ha avuto l’obiettivo di comprendere la stabilità chimica e la cinetica dei bicarbonati di calcio nel tempo, al fine di garantire la permanenza della conservazione nel lungo periodo del carbonio nell’acqua di mare.
Un ringraziamento va ai Professori Piero Macchi e Guido Raos, del Dipartimento di Chimica del Politecnico di Milano, al Professor Stefano Caserini (ora Università di Parma), che hanno contribuito a questo progetto, nonché ai dottorandi Selene Varlerio e Federico Comazzi.
Un articolo scientifico che descrive in dettaglio la ricerca è stato pubblicato ed è disponibile al seguente link: Varliero et al.
Precipitazione biotica
Poiché la calcificazione rilascia CO₂ come sottoprodotto, è necessario prendere in considerazione qualsiasi modifica al tasso di calcificazione biotica in risposta all’aggiunta di alcalinità alla superficie dell’oceano. Cambiamenti nei tassi di calcificazione biotica potrebbero verificarsi sia nelle acque costiere sia in quelle in mare aperto, e a livello di singoli calcificatori o popolazioni di calcificatori.
Con questa ricerca si cerca di quantificare la risposta biotica della calcificazione all’aggiunta di alcalinità.
Limenet ha nei suoi progetti la realizzazione di specifici esperimenti con benthos e plancton, seguiti dalla professoressa Daniela Basso dell’Università di Milano Bicocca.
Limenet condurrà questa ricerca nel 2024 con la professoressa Daniela Basso dell’Università di Milano-Bicocca e la professoressa Arianna Azzellino del Politecnico di Milano.
Monitoraggio bicarbonati nel mare
Al fine di evitare precipitazioni abiotiche e biotiche, è importante studiare la saturazione di Omega Aragonite e Calcite nel sito di iniezione dell’impianto Limenet.
Lo scopo di questo lavoro è simulare la distribuzione di uno scarico di bicarbonati di calcio in un ambiente oceanico in profondità.
Lo scopo delle simulazioni sarà quello di valutare la distribuzione dello stato di saturazione dell’acqua Ω durante un ciclo di scarico, al fine di valutare la probabilità di fuoriuscite di CO₂, studiando quindi un metodo di scarico idoneo a minimizzare il rischio.
Il lavoro ha lo scopo di comprendere le scelte modellistiche effettuate e le ipotesi sottostanti, nonché le equazioni adottate, l’ambiente simulato e gli aspetti computazionali di interesse. Un ringraziamento va a Diego Bindoni (Politecnico di Milano), alla professoressa Antonella Abba’ e ai professori Stefano Caserini, Piero Macchi e Guido Raos del Politecnico di Milano, che hanno contribuito a questo progetto, nonché alla dottoranda Selene Varlerio, a tutto il CMCC e in particolare a Giovanni Coppini, Simona Masina e Tommaso Lovato.
Per ulteriori informazioni scarica il report di Limenet.
Effetti sul biota marino dei bicarbonati di calcio
Tra il 2022 e il 2023, Limenet ha effettuato un test qualitativo nel mesocosmo presso la struttura di La Spezia.
Si è rilevato un miglioramento qualitativo dell’organismo calcificato nel mesocosmo ad alcalinità più elevata, ma non è stato ancora possibile stimare in termini quantitativo l’effetto. Ulteriori test saranno effettuati nel quarto trimestre del 2023 e nel primo trimestre del 2024 per valutare l’impatto benefico dello scarico di bicarbonati sul biota marino.
Questo lavoro sarà svolto dalla professoressa Daniela Basso e Arianna Azzellino, già autrici di un lavoro a scala di mesocosmo, con riferimento ad uno scarico di calce spenta. https://meetingorganizer.copernicus.org/EGU23/EGU23-10342.html
Fonti
¹ https://carbonplan.org/research/cdr-verification/ocean-alkalinity-enhancement-mineral
² Ocean Alkalinity Enhancement – Avoiding runaway CaCO3 precipitation during quick and hydrated lime dissolution. https://doi.org/10.5194/bg-2021-330
³ Stability of alkalinity in ocean alkalinity enhancement (OAE) approaches – consequences for durability of CO2 storage https://doi.org/10.5194/bg-20-781-2023
⁴ https://www.frontiere.polimi.it/cattura-e-stoccaggio-della-co2-una-tecnologia-promettente-per-la-lotta-al-cambiamento-climatico/