Valutazione del potenziale e ottimizzazione delle zone favorevoli per lo stoccaggio geologico di CO2 in giacimenti di carbone profondi

Perché immagazzinare il carbonio nelle lenti di carbone è importante

Ridurre le emissioni di anidride carbonica (CO2) abbastanza rapidamente da raggiungere gli obiettivi climatici richiederà non solo energie più pulite, ma anche luoghi dove confinare in sicurezza grandi quantità di CO2 sotto terra per secoli. Le lenti di carbone profonde e non estraibili sono un’opzione promettente: possono assorbire CO2 sulle superfici interne e trattenerlo, oltre ad aiutare a spingere fuori gas naturale di valore. Questo studio analizza una grande lente di carbone nel bacino di Qinshui, in Cina, per porsi una domanda pratica: quanta CO2 possono effettivamente contenere questi strati di carbone profondi e dove sono i punti migliori per iniettarla?

Il contesto sotterraneo sotto una regione carbonifera

Il lavoro si concentra sulla lente n. 3 nel settore meridionale del bacino di Qinshui, una delle aree più importanti della Cina per carbone e metano dei giacimenti di carbone. Qui, spessi strati di carbone di rango medio-alto si trovano a poche centinaia fino a oltre mille metri di profondità, intrappolati tra argilliti e arenarie poco permeabili che fungono da sigilli naturali. Le acque sotterranee sono suddivise in livelli in gran parte separati, quindi i fluidi non si spostano facilmente tra di essi. Il carbone nella lente target è un’antracite dura e di alto rango con pori molto piccoli e una grande area superficiale interna, il che lo rende particolarmente efficace nell’immagazzinare gas per adsorbimento — molecole che si attaccano alle pareti dei pori — mentre le rocce circostanti aiutano a prevenire perdite.

Come si comporta la CO2 al variare delle condizioni con la profondità

Quando la CO2 viene pompata in profondità, temperatura e pressione aumentano con la profondità, portando infine il gas in uno stato supercritico che combina densità di un liquido e mobilità di un gas. I ricercatori hanno ricreato queste condizioni in laboratorio usando carbone polverizzato proveniente da circa 900 metri di profondità. Hanno misurato quanto CO2 il carbone poteva assorbire a tre temperature (20, 30 e 40 °C) e a pressioni fino a 20 megapascal. A tutte le temperature, il carbone inizialmente catturava rapidamente CO2 con l’aumento della pressione, poi raggiungeva un picco e infine mostrava un lieve calo nella quantità “in eccesso” misurata. Condizioni più calde riducevano la quantità di CO2 mantenuta a una data pressione, il che significa che le lenti più profonde e più calde si comportano diversamente rispetto a quelle più basse e più fredde.

Costruire un calcolatore di stoccaggio semplice ma efficace

Per trasformare queste misure in uno strumento di pianificazione, il team ha testato tre descrizioni matematiche standard dell’adsorbimento e ha scoperto che un approccio multistrato noto come modello BET catturava al meglio il comportamento della CO2, specialmente vicino e al di sopra del punto critico dove il gas diventa supercritico. Hanno quindi combinato questo modello di adsorbimento con formule separate per la CO2 che occupa lo spazio poroso come fluido libero denso e per la piccola frazione che si dissolve nell’acqua di formazione. Le reazioni minerali, che legherebbero la CO2 in carbonati solidi su scale temporali di milioni di anni, sono state giudicate trascurabili per le scale temporali ingegneristiche in questa lente di carbone. Il risultato è un insieme compatto di equazioni che stima lo stoccaggio totale di CO2 per unità di massa di carbone in funzione della profondità, usando valori tipici per porosità, contenuto d’acqua, densità del carbone e pressione e temperatura in situ.

Quanto si può immagazzinare e dove è meglio

Inserendo dati geologici regionali in questo quadro, gli autori hanno calcolato come la capacità di stoccaggio varia da circa 300 a 1300 metri di profondità. Nei livelli più superficiali, “subcritici”, domina l’adsorbimento sulle superfici del carbone e aumenta modestamente con la profondità prima di stabilizzarsi. Sotto circa 800 metri, dove la CO2 diventa supercritica, la quota di stoccaggio come fluido libero denso nei pori aumenta rapidamente e la capacità totale cresce ripidamente fino a circa 1100 metri, per poi aumentare più lentamente. Complessivamente, le principali lenti carbonifere del blocco di studio potrebbero teoricamente contenere circa 575 milioni di tonnellate di CO2, con circa due terzi di questa capacità nella zona profonda supercritica. Una mappatura strutturale dettagliata mostra che le zone più promettenti, etichettate Unità I e II, si trovano nella parte settentrionale e strutturalmente semplice del blocco, dove spessi strati di carbone, buone rocce sigillanti e poche faglie soggette a perdite coincidono con un forte potenziale per il metano da giacimenti di carbone.

Cosa significa per l’azione climatica e l’uso energetico

Per i non specialisti, il messaggio chiave è che alcune lenti di carbone profonde possono agire come enormi spugne sotterranee per la CO2, soprattutto dove pressione e temperatura spingono il gas in uno stato denso e supercritico. Nell’esempio del bacino di Qinshui, l’adsorbimento sul carbone e la CO2 densa libera nello spazio poroso insieme rappresentano oltre il 99% del potenziale di stoccaggio, mentre la dissoluzione in acqua e le reazioni minerali molto lente hanno scarsa rilevanza nel breve e medio termine. Lo studio mostra che il punto ottimale per sicurezza ed efficienza si trova tra circa 800 e 1100 metri di profondità, e che i migliori siti d’iniezione spesso si sovrappongono a giacimenti e pozzi già esistenti. Questo apre la strada a progetti che immagazzinano CO2 e contemporaneamente aumentano la produzione di metano, contribuendo a coprire i costi dello stoccaggio mentre si avanzano gli obiettivi di “doppio carbonio” della Cina di picco e poi riduzione delle emissioni.

Citazione: Xue, Z., Xu, X., Tian, L. et al. Potential evaluation and favorable zone optimization of CO₂ geological sequestration in deep coal reservoirs. Sci Rep 16, 12208 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42680-z

Parole chiave: stoccaggio CO2, lenti di carbone profonde, fluidi supercritici, metano da giacimenti di carbone, cattura e stoccaggio del carbonio