Il dibattito globale sul cambiamento climatico e la crescente urgenza di mitigare le sue conseguenze hanno spinto la ricerca e lo sviluppo di tecnologie innovative per la riduzione delle emissioni di carbonio. Tra queste, la Cattura Diretta dell'Aria (DAC) emerge come una soluzione promettente, in grado di estrarre l'anidride carbonica (CO₂) direttamente dall'atmosfera, indipendentemente dalla posizione della fonte di emissione. Questo approccio si contrappone alla cattura convenzionale del carbonio, che solitamente avviene alla fonte delle emissioni industriali. La CO₂ catturata tramite DAC può essere utilizzata per svariati scopi, come la creazione di combustibili sintetici, o immagazzinata permanentemente in formazioni geologiche profonde.
La necessità di soluzioni per la riduzione delle emissioni di carbonio è in aumento a causa di normative governative più severe e di una maggiore attenzione alla sostenibilità ambientale. L'impegno globale per raggiungere emissioni nette pari a zero entro il 2050 è una componente fondamentale di questa tendenza, con oltre 140 paesi, inclusi importanti emettitori di carbonio, che si sono impegnati a raggiungere questo obiettivo. Il mercato della cattura diretta dell'aria è stato stimato a 147,4 milioni di dollari nel 2025 e si prevede che raggiungerà i 17,57 miliardi di dollari entro il 2035, con un tasso di crescita annuale composto (CAGR) di circa il 61,3% durante il periodo di previsione, ovvero tra il 2026 e il 2035.
Il Funzionamento della Tecnologia DAC
Il principio di funzionamento della DAC prevede di catturare biossido di carbonio direttamente dall'atmosfera in qualsiasi luogo. Un sistema DAC, in sintesi, aspira aria e cattura mediante un filtro specifico le molecole di anidride carbonica in un ambiente controllato e stoccata. L’aria, priva di CO₂, è reimmessa nell’atmosfera. Il biossido di carbonio può essere immagazzinato in modo permanente in formazioni geologiche profonde o usato per svariate applicazioni. A differenza della tecnologia di cattura del carbonio che viene generalmente effettuata nel punto di emissione, la DAC offre una flessibilità notevole, rendendola adatta alla cattura di emissioni diffuse e preesistenti.
Fattori di Crescita e Sviluppo
Il settore della cattura diretta dall'aria (DAC) è in crescita grazie a diversi fattori chiave. Uno dei più importanti è il crescente sviluppo di infrastrutture per l'utilizzo e lo stoccaggio del carbonio, che offrono percorsi praticabili per la CO₂ acquisita. Nuovi utilizzi del carbonio raccolto, come materiali, prodotti chimici e combustibili sintetici, li stanno rendendo più commercialmente sostenibili e attraggono il coinvolgimento industriale. Inoltre, vi è una crescente necessità di fornitura di CO₂ basata sulla DAC a causa della crescita delle attività di recupero avanzato del petrolio (EOR) e dei siti dedicati allo stoccaggio del carbonio. Gli investimenti nelle infrastrutture di trasporto, come la logistica delle spedizioni e gli oleodotti per la CO₂, stanno aumentando l'efficacia della dispersione del carbonio in una vasta gamma di settori. La DAC sta diventando una componente cruciale del più ampio ecosistema di gestione del carbonio con lo sviluppo di tecnologie di stoccaggio e utilizzo del carbonio, consentendo la rimozione a lungo termine della CO₂ dall'atmosfera.
Un altro fattore significativo è l'espansione della neutralità carbonica nell'industria alimentare. La crescente implementazione della cattura diretta dell'aria nelle aziende alimentari come parte delle loro iniziative per raggiungere la neutralità carbonica è evidente. Con l'emergere della sostenibilità come strategia economica chiave, le aziende alimentari stanno utilizzando strumenti all'avanguardia come la DAC per compensare le proprie emissioni di carbonio e raggiungere gli obiettivi climatici globali. La crescente richiesta alle aziende di affrontare il cambiamento climatico da parte di clienti, autorità e gruppi ambientalisti sta guidando questa transizione. Ad esempio, nel 2024, Climeworks e Coca-Cola hanno collaborato per rimuovere la CO₂ dall'atmosfera e riutilizzarla nel settore delle bevande, con Climeworks che fornirà a Coca-Cola la CO₂ catturata dall'aria per carbonatare Valser.
La ricerca e sviluppo (R&D) è un pilastro fondamentale per l'avanzamento della tecnologia DAC. L'obiettivo della ricerca e sviluppo è aumentare la scalabilità e l'efficienza della tecnologia DAC. Si prevede che il potenziale della DAC sarà ulteriormente aumentato dall'integrazione con altre tecnologie sostenibili, come la cattura e lo stoccaggio del carbonio e le energie rinnovabili. Aziende come Baker Hughes stanno investendo in tecnologie basate su Strutture Organiche in Metallo (MOF) per adattare i sistemi DAC dalle applicazioni di laboratorio a quelle industriali. Innovazioni come gli assorbenti ibridi, che combinano proprietà liquide e solide, sembrano promettenti nel ridurre i costi e il consumo energetico.
In che modo la cattura diretta dell'aria rimuove la CO₂?
Sfide e Ostacoli
Nonostante il potenziale, la tecnologia DAC affronta sfide considerevoli che ne limitano l'adozione su vasta scala. Uno degli ostacoli più significativi è rappresentato dagli elevati costi di implementazione. I costi iniziali e l'enorme consumo energetico associati alla realizzazione e alla gestione di sistemi di cattura diretta dell'aria rappresentano un ostacolo significativo all'implementazione di questa tecnologia. L'atmosfera ha una concentrazione di CO₂ relativamente bassa (circa lo 0,04%), rendendo la cattura più difficile e costosa rispetto alla cattura di CO₂ da fonti industriali concentrate. Inoltre, il costo dell'energia rinnovabile o dell'energia a zero emissioni di carbonio, necessaria per rendere la DAC realmente sostenibile, contribuisce ai costi complessivi. Climeworks, un pioniere nel settore, puntava a ridurre i costi a 100 dollari per tonnellata di CO₂ entro il 2030, ma ora l'obiettivo è 300 dollari, evidenziando le difficoltà attuali del settore.
Un altro problema è il quadro normativo ristretto. La mancanza di quadri normativi chiari e incoraggianti per la DAC potrebbe limitare la capacità di espansione del mercato della cattura diretta dall'aria. Le incertezze nel panorama normativo possono ostacolare gli investimenti e la creazione di un ambiente favorevole alle imprese. Sono necessari vari sussidi e incentivi finanziari per rendere la DAC più accessibile ed economica per le aziende. Un panel delle Nazioni Unite UNFCCC ha sollevato dubbi sulle attività di rimozione basate sull’ingegneria, affermando che sono “tecnologicamente ed economicamente non provate, soprattutto su larga scala, e pongono rischi ambientali e sociali sconosciuti”.
Howard Herzog, ingegnere ricercatore senior presso la MIT Energy Initiative, ha evidenziato che è necessaria molta energia (circa 1200 kilowattora/tonnellata di CO₂) per separare l’anidride carbonica dalla grande quantità di aria che un’unità DAC deve elaborare. Questo elevato fabbisogno energetico e i costi associati rappresentano una delle principali barriere all'adozione diffusa della DAC.
Tipologie di Tecnologia DAC
Le tecnologie DAC possono essere suddivise in diverse categorie principali, ognuna con le proprie caratteristiche e vantaggi:
DAC Solido (S-DAC): Il segmento Solid-DAC (S-DAC) è destinato a conquistare una quota di mercato significativa, principalmente grazie alla sua efficacia e al ridotto fabbisogno energetico rispetto alle tecniche alternative. Solid-DAC assorbe CO₂ dall'atmosfera utilizzando sorbenti solidi, che vengono successivamente rilasciati per l'utilizzo o lo stoccaggio dopo il riscaldamento. La crescita del segmento solido è dovuta in gran parte al crescente interesse per la riduzione dell'impronta di carbonio e al crescente supporto normativo per pratiche sostenibili.
DAC Liquido (L-DAC): Il Liquid-DAC (L-DAC) assorbe la CO₂ direttamente dall'aria utilizzando un solvente liquido. È apprezzato per la sua capacità di scalabilità e integrazione con gli attuali impianti industriali. Aziende e istituti accademici stanno studiando metodi per aumentare l'efficacia del solvente e ridurre il consumo energetico complessivo del processo. Carbon Engineering, una filiale di Oxy Low Carbon Ventures, ha sviluppato l'innovativa tecnologia DAC liquida che utilizza la soluzione di idrossido di potassio per catturare CO₂.
DAC Elettrochimico (E-DAC): L'Electrochemical-DAC (E-DAC) è un'altra tecnologia all'avanguardia che estrae CO₂ dall'aria attraverso processi elettrochimici. Grazie al suo ridotto fabbisogno energetico e alla possibilità di utilizzare fonti di energia rinnovabili, l'E-DAC si sta rivelando promettente. Sebbene questa tecnologia sia ancora nelle sue fasi iniziali di sviluppo, ha un enorme potenziale di crescita, soprattutto nelle aree in cui le energie rinnovabili sono ampiamente utilizzate.
Fonti Energetiche per la DAC
L'efficacia e la sostenibilità dei sistemi DAC dipendono fortemente dalle fonti energetiche utilizzate per alimentarli:
Elettricità: Si prevede che il segmento elettrico nel mercato della cattura diretta dall'aria acquisirà una quota significativa entro il 2035, principalmente grazie all'ampia disponibilità e alla riduzione dei costi delle fonti energetiche rinnovabili, rendendo i sistemi DAC alimentati elettricamente sia praticabili che sostenibili. I sistemi DAC utilizzano l'elettricità per alimentare processi importanti come la rigenerazione, la compressione e il trasporto dei sorbenti di CO₂. Inoltre, l'elettricità offre la possibilità di espandere facilmente i processi, da piccole unità modulari a grandi impianti industriali. Questi sistemi, che si basano esclusivamente sull'elettricità per alimentare l'intero processo di cattura e rilascio di CO₂, beneficiano dell'attuale tendenza globale verso le energie rinnovabili, riducendo i costi operativi e aumentando l'attrattiva ambientale.
Calore: Anche il calore come fonte di energia è importante nelle tecnologie DAC, in particolare nelle procedure che richiedono reazioni termiche per rilasciare la CO₂ assorbita dagli assorbenti. Sebbene abbia una quota inferiore rispetto all'elettricità, l'utilizzo del calore è fondamentale nei sistemi che richiedono alte temperature per rigenerare gli assorbenti. Il calore può essere recuperato da fonti di calore di scarto o integrato nei processi industriali, migliorando l'efficienza energetica e riducendo l'impronta di carbonio complessiva della tecnologia.
Panorama Globale degli Impianti DAC e CCS
Attualmente, circa 30 impianti DAC sono entrati in funzione in tutto il mondo, con una capacità totale di progetto pari a 5,346 milioni di tonnellate. Secondo l'obiettivo di zero emissioni nette dell'Agenzia Internazionale per l'Energia (IEA) per il 2050, la tecnologia DAC deve catturare oltre 85 milioni di tonnellate di CO₂ entro il 2030 e circa 980 milioni di tonnellate entro il 2050.
Il mercato della cattura e dello stoccaggio del carbonio (CCS) è strettamente correlato alla DAC e rappresenta un settore in forte crescita. Secondo il Global CCS Institute, ad oggi (metà 2024), ci sono 41 impianti attivi nel mondo, 171 impianti in diversi stadi di realizzazione in Europa e più di 265 in Nord America, di cui la maggioranza negli Stati Uniti. La stessa fonte, nel report “The Global Status of CCS 2023”, indicava come l’anno scorso le attività di cattura e conservazione del carbonio abbiano raggiunto la capacità di quasi 50 milioni di tonnellate. Il mercato globale della cattura e dello stoccaggio del carbonio è stato valutato a 8,8 miliardi di dollari nel 2024 e si stima che crescerà a un CAGR del 16,7% dal 2025 al 2034.
Progetti DAC e CCS per Regione
Nord America
Si prevede che il Nord America, nel mercato della cattura diretta dall'aria, dominerà una quota di fatturato di oltre il 49,4% entro il 2035. Il mercato è fortemente trainato dalla forte enfasi sui progetti di sostenibilità e riduzione delle emissioni di carbonio, insieme a una legislazione governativa di supporto. La regione comprende un'efficace infrastruttura di stoccaggio del carbonio, tra cui reti di condotte di CO₂ e siti di sequestro. I principali istituti accademici e aziende private stanno promuovendo l'innovazione continua per migliorare l'efficienza della cattura e ridurre i costi.
Gli Stati Uniti sono all'avanguardia grazie a significativi incentivi governativi, investimenti del settore privato e infrastrutture avanzate per la gestione del carbonio. Finanziamenti federali, agevolazioni fiscali e supporto legislativo stanno accelerando l'adozione del DAC su scala commerciale. Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha lanciato un programma da 3,5 miliardi di dollari per sostenere la cattura diretta delle emissioni di anidride carbonica nell’aria.
Bantam (Stati Uniti): Heimdal ha lanciato Bantam nel 2024. Bantam è ora il più grande impianto DAC negli Stati Uniti e il secondo al mondo, con una capacità nominale di oltre 5.000 tonnellate di CO₂ catturabili dall'atmosfera ogni anno. Il lancio rappresenta una svolta importante nel boom della cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) del Paese e l'inizio delle operazioni commerciali di cattura del carbonio di Heimdal negli Stati Uniti. Bantam si distingue nel settore in rapida espansione delle tecnologie CCS per la sua velocità di sviluppo e i costi di costruzione, significativamente inferiori a quelli di altri sistemi DAC realizzati finora.
Project Cypress (Louisiana, Stati Uniti): Il progetto Cypress in Louisiana intende arrivare a catturare più di 1 milione di tonnellate di CO₂ all’anno e a trasferire il carbonio nel sottosuolo tramite lo stoccaggio geologico. Il progetto promette di essere un volano occupazionale, capace di generare oltre 2.000 posti di lavoro. La tecnologia DAC impiegata è quella messa a punto dalla startup svizzera Climeworks.
Progetto STRATOS (Texas, Stati Uniti): In Texas, la società petrolifera Occidental punta a catturarne fino a 500mila tonnellate annue mediante il progetto STRATOS. Per realizzarlo può contare sul sostegno finanziario del colosso finanziario BlackRock che investirà 550 milioni di dollari sul progetto che Occidental gestirà attraverso la società controllata 1PointFive. Lo scorso anno dovrebbe anche avvenire il lancio di Stratos, l’impianto di 1PointFive in Texas, che è protetto dai tagli di Trump grazie al suo finanziamento privato.
Global Thermostat (Colorado, Stati Uniti): Global Thermostat, società di ricerca già attiva dal 2010, ha messo a punto un processo brevettato di adsorbimento solido. La società statunitense ha presentato in primavera un impianto in Colorado dalla capacità di oltre mille tonnellate di anidride carbonica all’anno, che è la misura-soglia per beneficiare di un credito d’imposta ai sensi dell’Inflation Reduction Act.
Project Bison (Wyoming, Stati Uniti): CarbonCapture, che progetta e produce sistemi DAC modulari, sta sviluppando Project Bison, nel Wyoming, che intende arrivare a catturare e immagazzinare cinque milioni di tonnellate di anidride carbonica atmosferica all’anno entro il 2030.
I modelli EMF 37 indicano che per raggiungere emissioni nette pari a zero entro il 2050, gli Stati Uniti devono implementare il DAC per catturare tra 100 milioni e due miliardi di tonnellate di CO₂ ogni anno.
In Canada, la cattura diretta dall'aria sta crescendo principalmente grazie alla collaborazione tra aziende energetiche, imprese tecnologiche e governi, che crea un clima favorevole all'espansione del DAC e all'integrazione nei programmi nazionali di riduzione delle emissioni di carbonio. Il Canada ha aumentato il suo obiettivo climatico, puntando a ridurre le emissioni di gas serra (GHG) del 40-45% rispetto ai livelli del 2005 entro il 2030, e ha emanato una legislazione per raggiungere l'obiettivo di zero emissioni nette entro il 2050.
Europa
Il mercato europeo della cattura diretta dall'aria sta attraversando una profonda trasformazione, guidata da una forte enfasi sulla neutralità carbonica, da sistemi di sostegno finanziario e da rigide politiche climatiche. Gli attuali quadri normativi e i meccanismi di fissazione del prezzo del carbonio nella regione promuovono gli investimenti nelle tecnologie di rimozione del carbonio. La Commissione Europea mira a immagazzinare fino a 50 Mt CO₂ all’anno entro il 2030, anche grazie al contributo di questa tecnologia.
Mammoth (Islanda): Climeworks ha inaugurato il suo ultimo impianto di cattura diretta del CO₂ dell'aria, Mammoth, a Hellisheidi, in Islanda, nel maggio 2024. Climeworks gestisce anche Orca in Islanda, il primo impianto di rimozione dell’anidride carbonica su larga scala al mondo, avviato nel 2021. Sebbene Mammoth, che secondo Climeworks potrà rimuovere 36.000 tonnellate di CO₂ all’anno a pieno regime, abbia catturato solo 750 tonnellate nei primi dieci mesi dall’apertura, l'azienda continua a puntare su queste tecnologie.
Regno Unito: Il Regno Unito sta ricercando e investendo nella tecnologia di cattura diretta dell'aria (DAC) per catturare la CO₂ dall'atmosfera e contribuire al raggiungimento di emissioni nette pari a zero entro il 2050. La macchina elettrochimica azionata a distanza recupererà 50 tonnellate di CO₂ ad alta purezza dall'atmosfera utilizzando acqua ed energia solare generata nel sito TERC. TERC utilizzerà la CO₂ in un esclusivo progetto di ricerca britannico per valutare la sintesi di carburante per l'aviazione sostenibile (SAF) dal carbonio atmosferico. Il Regno Unito ha annunciato di stanziare circa 25 miliardi di dollari per applicazioni CCUS, compreso il DAC.
Germania: I crescenti round di venture capital e finanziamenti in Germania stanno accelerando lo sviluppo di tecnologie DAC innovative, consentendo dimostrazioni su scala ingegneristica, test pilota commerciali ed espansione del mercato della cattura diretta dell'aria per soluzioni di rimozione del carbonio economicamente vantaggiose. L'analisi si concentra sul processo DAC a bassa temperatura, che potrebbe essere più vantaggioso per la Germania rispetto a quello ad alta temperatura, mirando alla rimozione di 20 Mt di anidride carbonica (CO₂) all’anno tramite DACCS a partire dal 2045.
Italia: Anche l'Italia non è da meno. Già nel 2022 Eni e Snam avevano creato una joint venture con l'obiettivo di avviare lo sviluppo dell'infrastruttura di stoccaggio di CO₂ in Italia attraverso il progetto “Ravenna CCS”. I giacimenti esausti di gas naturale del Cane a sei zampe nell'alto Mare Adriatico sono infatti luoghi ideali per la conservazione dell'anidride carbonica e la prima fase del progetto prenderà il via durante il 2024. L'hub di Ravenna diventerà il sito di riferimento del Mediterraneo per lo stoccaggio permanente della CO₂, con una capacità totale ad oggi valutata in oltre 500 milioni di tonnellate. Tra le startup più recenti nel comparto Direct Air Capture ce n’è anche una italiana, CarpeCarbon, attiva da un anno circa e che dichiara un sistema proprietario ad alta efficienza energetica.
Asia-Pacifico, Medio Oriente e Africa
Il mercato asiatico della cattura e stoccaggio del carbonio è previsto per crescere ogni anno del 21% del tasso di crescita fino al 2034, guidato da crescenti esigenze di energia, alte operazioni industriali e nuovo avvio del progetto. Ad ottobre 2024, il progetto Moomba CCS in Australia è stato avviato con la capacità di immagazzinare circa 1.700mila tonnellate di carbonio all'anno. La continua ricerca e sviluppo e la presenza di un'eccessiva produzione di petrolio e gas, causando elevate emissioni di carbonio, aumenta la diffusa adozione di CCS in Medio Oriente e Africa.
Collaborazioni e Investimenti nel Settore
Il successo delle tecnologie DAC e CCS dipende in larga misura da collaborazioni e investimenti significativi. I fondi del governo sono destinati anche allo sviluppo di tecnologie CCS avanzate, inclusi sistemi di pre-combustione e sistemi di cattura dell'aria post-combustione, insieme al miglioramento dell'infrastruttura associata che sta ulteriormente alimentando la cattura del carbonio e la crescita del mercato di stoccaggio.Molti privati, non solo fondi di investimento, ma anche colossi IT come Alphabet, Microsoft, Meta, Amazon, Stripe e Google, hanno intercettato l’interesse per la DAC. Ad esempio, Stripe e Google si sono uniti per creare un nuovo progetto CCS con un bilancio stimato di oltre 80 milioni di dollari nel dicembre 2024. Nel gennaio 2025, Chevron, Engie e GE Vernova sono entrate in una partnership strategica per sviluppare un impianto di gas naturale negli Stati Uniti.
L'industria globale della cattura e dello stoccaggio del carbonio è stata stimata a 6,2 miliardi di dollari, 6.8 miliardi, e 8.8 miliardi nell'anno 2022, 2023, e 2024 rispettivamente. Le aziende leader del settore CCS includono Exxon Mobil, Aker Solutions, Carbon Engineering, Shell ed Equinor. Queste aziende sono attivamente impegnate in ricerca e sviluppo per innovare e introdurre nuovi prodotti e soluzioni.
Il Contesto più Ampio della Decarbonizzazione
Le tecnologie DAC e CCS sono considerate essenziali per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione, soprattutto per i settori cosiddetti "hard to abate", dove la tipologia di processo industriale rende pressoché impossibile la completa decarbonizzazione. Tuttavia, è importante notare che queste tecnologie non sono l'unica soluzione. Un sistema al 100% rinnovabili ridurrebbe di quasi il 92% i costi climatici, sanitari ed energetici rispetto alla cattura della CO₂. Gli aumenti netti di posti di lavoro si verificherebbero in 25 delle 29 regioni del mondo considerate con la transizione verso le energie rinnovabili.
"L’energia da fonti fossili è instabile, costosa e letale. Le rinnovabili offrono una via d’uscita realistica. L’unico modo per eliminare tutti i gas e particelle che inquinano l’aria e scaldano il clima è eliminare la combustione”, hanno scritto gli autori dello studio della Stanford University, guidati da Mark Z. Jacobson. Sebbene le tecnologie CCS e DAC siano sostenute da molte politiche internazionali, presentano gravi limiti. La lotta al climate change passa ovviamente da politiche per la riduzione delle emissioni alla fonte, ma le tecnologie come la DAC sono un complemento cruciale per affrontare le emissioni residue e preesistenti.
La quantità di anidride carbonica annualmente immessa in atmosfera è raddoppiata dal 1978 ad oggi, secondo il report “Global Carbon Budget 2023”, raggiungendo un nuovo record di 37,55 miliardi di tonnellate di CO₂ lo scorso anno. La concentrazione in atmosfera ha raggiunto le 421 parti per milione nel 2023, in costante e continuo aumento a partire dagli anni ’60. In questo contesto, l'integrazione di tecnologie come la DAC con altre strategie di decarbonizzazione sarà fondamentale per affrontare la crisi climatica in modo efficace e sostenibile.