Abstract
Abstract L'eccesso di emissioni di CO₂ è all'origine di diverse problematiche ambientali, come l'alterazione del bilancio del carbonio (C) in superficie, l'acidificazione degli oceani e l'effetto serra, che porta a un aumento delle temperature medie annuali globali con effetti a cascata su tutti gli ecosistemi. Tra le possibili strategie previste per contrastare l'accumulo di CO₂ atmosferica, una delle più promettenti è la cattura e lo stoccaggio del C. Questo approccio di mitigazione deve essere implementato insieme a una transizione sociale verso fonti energetiche alternative con un'impronta di carbonio bassa o nulla. Le fonti energetiche alternative attualmente disponibili presentano un grave svantaggio, legato alla natura intermittente della fonte. Per superare questo problema, sono state sviluppate strategie efficienti di accumulo energetico. La più promettente è la conversione dell'energia in eccesso da fonti alternative in idrogeno (H), che può essere immagazzinato nel sottosuolo per lunghi periodi di tempo. C e H sono componenti fondamentali dei fluidi geobiologici e possono fornire preziose soluzioni di stoccaggio. Ad esempio, l'idrogenazione industriale dei minerali di C può produrre materie prime e combustibili preziosi come CO₂, CH₂ e idrocarburi superiori, contribuendo a ridurre le ingenti emissioni industriali di CO₂ nella nostra atmosfera. In natura, l'idrogenazione di carbonato può essere diffusa e portare alla genesi di forme non convenzionali di idrocarburi leggeri. Tuttavia, i processi geobiologici di stoccaggio di C e H rilevanti possono competere tra loro nel determinare i percorsi di cattura o mobilizzazione dei composti C-O-H, con profonde implicazioni sui bilanci di C-H nello spazio e nel tempo. Con questo progetto, miriamo a individuare i percorsi naturali di cattura di C e H concentrandoci sui loro effetti contrapposti e su come questa competizione possa influenzare lo stoccaggio nello spazio e nel tempo. Ci concentreremo sull'idrogenazione di Cate, un processo chiave nello stoccaggio sia di C che di H. Attraverso un approccio multiscala e interdisciplinare che combina approcci naturali, sperimentali di laboratorio e numerici, questa proposta mira a fornire le informazioni mancanti su come i processi di idrogenazione dei carbonati convenzionali e innovativi di natura geo e geobiologica, e i loro sottoprodotti, possano competere dalla scala sub-micronica a quella macro. Attraverso questo progetto caratterizzeremo i modelli geobiochimici e i tassi dei processi naturali selezionati di stoccaggio di C e H, che agiscono a diversi livelli strutturali all'interno della litosfera, e determineremo le condizioni chiave che controllano i loro comportamenti concorrenti. Risultati ottenuti L'unità di Bologna si è concentrata sulla caratterizzazione di rocce metamorfiche naturali, con campagne di campionamento in Sardegna e Norvegia, oltre a campioni aggiuntivi provenienti dalla Corsica e dalla catena taconica (USA). Attraverso l'analisi delle inclusioni fluide e lo sviluppo di nuovi protocolli isotopici, il gruppo ha studiato l'evoluzione di C, H e O nei fluidi geologici intrappolati nelle inclusioni fluide. I risultati hanno inoltre dimostrato che quantità considerevoli di gas serra prodotti durante il metamorfismo possono rimanere intrappolate nelle rocce per centinaia di milioni di anni, ritardandone il rilascio nell’atmosfera e controllandone la speciazione. Sono stati inoltre sviluppati nuovi strumenti numerici per modellare gli equilibri dei fluidi in sistemi ricchi di carbonio e sono state studiate in dettaglio le interazioni carbonato-idrogeno, con particolare riferimento alla formazione di acqua nel mantello. L'Unità di Napoli ha studiato il ruolo delle comunità microbiche sotterranee nella trasformazione del carbonio e dell'idrogeno. Attraverso il sequenziamento del DNA di campioni prelevati da siti italiani caratterizzati da un'attiva circolazione di fluidi, il gruppo ha identificato microrganismi in grado di consumare idrogeno e produrre metano. I risultati indicano che l'attività microbica può influenzare significativamente l'efficienza e la stabilità dei sistemi naturali di stoccaggio sotterraneo di carbonio e idrogeno. L'Unità di Milano-Bicocca ha sviluppato approcci sperimentali innovativi per accelerare la carbonatazione minerale, un processo naturale che cattura la CO2 convertendo i minerali ricchi di magnesio in carbonati stabili. Utilizzando trattamenti idrotermali assistiti da microonde, il gruppo ha ottenuto una significativa accelerazione delle reazioni di carbonatazione e ha identificato additivi chimici in grado di promuovere la formazione di magnesite a temperature inferiori a quelle previste. Questi risultati, che hanno portato al deposito di una domanda di brevetto, sono stati confrontati con analoghi naturali osservati nelle Alpi Occidentali (listveniti dell'Unità Zermatt-Saas), fornendo un collegamento diretto tra esperimenti di laboratorio e sistemi geologici reali. L'Unità di Milano ha sviluppato protocolli analitici di alta precisione per la misurazione di specie volatili (zolfo, CO2, idrogeno) in fluidi sintetizzati ad alta pressione e temperatura, contribuendo a una migliore comprensione del comportamento del carbonio durante i processi di subduzione e fusione profonda della crosta terrestre. Il gruppo ha inoltre studiato l'assorbimento di idrogeno molecolare nei polimorfi della silice, con implicazioni per il ciclo profondo dell'idrogeno. Diffusione e impatto I risultati del progetto hanno finora prodotto 14 pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali (tra cui GSA Bulletin, Geochimica et Cosmochimica Acta, Journal of Geophysical Research e Earth-Science Reviews) e oltre 15 presentazioni a conferenze internazionali, tra cui EGU, Goldschmidt e American Geophysical Union. Diversi altri manoscritti sono in preparazione o in fase di revisione. Il progetto ha inoltre promosso attività di divulgazione scientifica, tra cui gli eventi "Pint of Science" e la partecipazione alla Notte Europea dei Ricercatori, dedicata all'idrogeno come fonte energetica del futuro. Prospettive future I dati raccolti finora gettano le basi per lo sviluppo di modelli predittivi in grado di integrare processi geologici, geochimici e biologici su diverse scale, con l'obiettivo di quantificare con maggiore precisione il ruolo relativo dei processi naturali e biologici nella cattura e nello stoccaggio di carbonio e idrogeno nel sottosuolo: un contributo importante per la comprensione del ciclo naturale del carbonio e per lo sviluppo di tecnologie di stoccaggio energetico nel sottosuolo.
Project details
Unibo Team Leader: Alberto Vitale Brovarone
Unibo involved Department/s:
Dipartimento di Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali
Coordinator:
ALMA MATER STUDIORUM - Università di Bologna(Italy)
Total Eu Contribution: Euro (EUR) 223.924,00
Total Unibo Contribution: Euro (EUR) 59.296,00
Project Duration in months: 24
Start Date:
28/09/2023
End Date:
28/02/2026
