Percorsi di decarbonizzazione per l'industria dell'alluminio – 2050

Un recente rapporto dell'International Aluminium Institute (IAI) delinea dei percorsi chiari e completi che il settore dell'alluminio può seguire per ridurre le emissioni di gas serra nei prossimi 30 anni.

Il documento di posizione IAI, Aluminium Sector Greenhouse Gas Pathways to 2050, presenta una mappa completa del percorso per ridurre le emissioni di gas serrae per la decarbonizzazione dell’industria dell'alluminio nei prossimi tre decenni. Il rapporto si basa sulle principali conoscenze e competenze di IAI del settore globale dell'alluminio, inclusi importanti dati e analisi raccolti.

L'alluminio è un fattore determinante per lo sviluppo economico sostenibile. Essendo leggeri, resistenti, durevoli, conduttivi e riciclabili, i prodotti in alluminio sono elementi essenziali per un futuro a basse emissioni di carbonio. Forniscono soluzioni efficienti dal punto di vista energetico e di risparmio di carbonio a settori ad alta emissione che forniscono servizi, tra cui energia, trasporti, edifici, cibo e prodotti farmaceutici.

Nel 2018, la domanda globale di alluminio è stata di 95 milioni di tonnellate, di cui due terzi (64 milioni) sono stati soddisfatti da alluminio primario, prodotto dal minerale, e un terzo (31 milioni) da alluminio riciclato. La rapida crescita demografica e economica nei prossimi decenni significa che la domanda globale di alluminio aumenterà fino all'80% entro il 2050. Questa domanda sarà soddisfatta dal metallo riciclato e primario.

Nonostante l'aumento previsto della fornitura di metallo riciclato, IAI stima che nel 2050 saranno necessarie fino a 90 milioni di tonnellate di alluminio primario all'anno. L'organizzazione ha affermato che sta esplorando percorsi tecnologici realistici e credibili per riduzioni settoriali entro il 2050 delle emissioni di gas serra e per la decarbonizzazionedel’industria dell’alluminioin linea con l'IAE e gli scenari dell'Agenzia Internazionale per l'Energia.

Decabornizzazione dell’industria di alluminio: scenario oltre i 2 gradi

In uno scenario oltre 2 gradi (Beyond 2 Degree - B2DS), l'industria dovrebbe ridurre le sue emissioni totali a 250 milioni di emissioni C0_2e, da una linea di base di 1,1 miliardi di emissionidiCO₂del 2018 e uno scenario Business asUsual previsto per il 2050 di 1,6 miliardidiemissionidiCO₂. IAI ha pubblicato una scheda tecnica sulsettore dell'alluminio Beyond 2 Degree (2018-2050), delineando l'ambito, le metodologie, i dati e gli strumenti analitici utilizzati dall'IAI per calcolare l'attuale impronta delle emissioni di gas a effetto serra e modellare uno scenario 2050 per la decarbonizzazione dell'industria dell'alluminio, basato sul B2DS dell'AIE.

Ambito, fonti di emissione e processi nei set di dati IAI includono:

• Emissioni di gas serra a ciclo di vita completo per i semilavorati in alluminio;
• Tutti i processi dalla miniera (percorso primario) e dalla raccolta dei prodotti fuori uso (percorso di riciclaggio) alla fabbricazione, inclusi materiali ausiliari, trasporto, produzione di elettricità e processi in background;
• Copertura settoriale globale (100%);
• Dati annuali, produzione di alluminio dal 2018 al 2050 e conseguenti emissioni di processo. Le emissioni totali di GHG del settore attualmente ammontano a 1,1 miliardi di tonnellate di emissionidiCO₂.

Le informazioni di input di IAI per la preparazione del rapporto includevano dati chiave quali: produzione storica di alluminio primario; dati sul riciclaggio; emissioni storiche per tutte le fonti e processi; intensità delle emissioni di alluminio primario, basata sull'inventario del ciclo di vita dell'IAI (2015) e sulle statistiche energetiche annuali, e sulla produzione di alluminio nel 2050 e sulle emissioni B2DS.

Le previsioni dei dati di produzione si basano sullo scenario di riferimento IAI 2020 (marzo 2020). Questo set di dati viene aggiornato annualmente.

L'IEA ha finora pubblicato due scenari di riscaldamento al di sotto dei 2 °C: lo scenario Beyond 2°C (B2DS) nel 2017 e lo scenario di sviluppo sostenibile (SDS) nel 2020. Per l'orizzonte IAT 2050, B2DS prevede una riduzione dell'85% in totale anidride carbonica antropogenica da 34,3 miliardi di CO₂ nel 2014 a 4,8 miliardi di CO₂, mentre la SDS prevede una riduzione del 75% su baseline 2019, da 35,7 a 9,4 miliardi CO₂.

Il budget settoriale 2050 dell'IEA allineato al B2DS per l'industria dell'alluminio (250 milioni di emissionidiCO₂) è stato calcolato sommando:

• le emissioni dirette di CO₂ dell'alluminio pubblicate dall'IEA sotto B2DS (171 milioni di emissionidiCO₂);
• la valutazione delle emissioni derivanti dal consumo di elettricità della fusione (8 milioni di emissionidiCO₂);
• le emissioni stimate per l’estrazione mineraria, contando elettricità e gas serra nei processi non fusori, trasporto e nei materiali ausiliari (69 milioni di emissionidiCO₂).

Il budget B2DS dell’IEA per il settore dell’alluminio include un sottoinsieme delle emissioni dirette dell’industria, con percorsi regionali separati per l’elettricità consumata. L’IAI ha quindi riunito lo scenario dell’AIE per le emissioni dirette di CO₂, generate dal settore dell’alluminio e il suo consumo di energia, e ha sviluppato percorsi allineati a B2DS per le emissioni non incluse nel set di dati dell’AIE.

Il risultato è un percorso allineato al B2DS per l’intero settore dell’alluminio, che indica il proesso di decarbonizzazione e che entro il 2050 le emissioni totali del settore dell’alluminio che coprono l’intera filiera (produzione di bauxite, allumina e alluminio primario, riciclaggio di rottami pre e post consumo e processi di produzione dei semilavorati) dovrebbero essere ridotte a 250 milioni (partendo dal dato del 2018 di 1.100 milioni di emissionidiCO₂ e da una proiezione Business asUsual (BAU) 2050percorso di 1.600 milioni di emissioni).

Di questi 250 milioni di tonnellate, le emissioni dell’elettricità consumata in tutti i processi, ma in particolare nella fusione, rappresenterebbero emissioni prossime allo zero. Attualmente, questa fonte rappresenta 700 milioni di emissionidiCO₂e nel 2050 aumenterebbe a 900 milioni, sotto BAU.

Le emissioni di alluminio primario non elettrico dovrebbero essere ridotte da 400 milioni oggi (oltre 520 milioni nel 2050 sotto BAU) a meno di 200 milioni.

Le emissioni di combustione del carburante derivanti dai processi di riciclaggio e fabbricazione dovrebbero essere ridotte del 55% rispetto al BAU, da oltre 110 a 50 milioni di emissionidiCO₂.

Tre percorsi perla decarbonizzazione dell’industria dell’alluminio

Per elaborare una mappa del percorso efficace per la riduzione delle emissioni e la decarbonizzazione dell’industria dell’alluminio, l’IAI ha calcolato tutti i dati chiave e identificato tre ampi percorsi, che continuerebbero a soddisfare la crescente domanda di metalli: Percorso 1 – Decarbonizzazione dell’elettricità; Percorso 2 – Riduzione delle emissioni dirette e Percorso 3 – Riciclo ed efficienza delle risorse. Tutti i percorsi implicherebbero un mix di tecnologie, comprese quelle esistenti, alcune nuovesoluzioni in via di sviluppo e altre ancora da sviluppare.

Decarbonizzazione dell’elettricità del settore dell’alluminio

La produzione di alluminio è un processo ad alta intensità energetica, che richiede quantità significative di elettricità per rompere i forti legami ossigeno-alluminio della materia prima, l’allumina.

Oltre il 60% degli 1,1 miliardi di tonnellate di emissioni di CO₂ del settore dell’alluminio nel 2018 derivano dalla produzione di elettricità consumata durante il processo di fusione. Entro la metà del secolo, in uno scenario IAE Beyond 2 Degree (B2DS), tali emissioni si ridurrebbero quasi allo zero, poiché i combustibili fossili sarebbero gradualmente eliminati o sostituiti con la cattura, l’utilizzo e lo stoccaggio dell’anidride carbonica (CCUS – Carbon dioxideCapture&Utilization or Storage).

I due terzi del fabbisogno elettrico del settore sono soddisfatti da centrali elettriche di proprietà e gestionediproduttori di alluminio. La maggior parte di questi sono a base fossile e sono tra i più nuovi ed efficienti nel settore. La produzione di energia decarbonizzata e l’implementazione di CCUS offrono l’opportunità più significativa di riduzione delle emissioni per questi produttori-consumatori di energia. Le fonderie, già connesse alla rete, dovranno ridurre le proprie emissioni di elettricità attraverso la decarbonizzazione delle reti esistenti. Con la transizione del sistema energetico alle energie rinnovabili (intermittenti), grandi e consistenti consumatori di elettricità, come le fonderie, svolgeranno un ruolo essenziale nella stabilizzazione delle reti. Oltre alla decarbonizzazione del processo di fusione (già elettrificato), l’elettrificazione e le energie rinnovabili potrebbero ridurre le emissioni dei principali processi di combustione del settore (forni, raffinerie di allumina e trasporti).

Riduzione delle emissioni dirette

Le principali fonti di emissioni non legate all’elettricità nel settore dell’alluminio sono la combustione del carburante, il consumo di anodi delle fonderie, i trasporti e l’impronta di carbonio delle materie prime. Queste fonti sono comuni a tutti i produttori, con una piccola variabilità nelle prestazioni in tutto il settore.

Entro il 2050, sotto un pendio alienato da IEA B2DS, i 650 milioni di tonnellate di gas serra Business AsUsual emessi da queste fonti dovranno essere ridotti a circa 250 milioni di tonnellate, anche se la domanda del metallo aumenterà di circa l’80%.

Le emissioni dirette dalla combustione di combustibili per produrre calore e vapore costituiscono il 15% delle emissioni del settore (2018) – dalla raffinazione dell’allumina, produzione di anodi, colata, rifusione e processi di riciclaggio. Per questi processi termici, l’elettrificazione con fonti a basse emissioni di carbonio offre un potenziale percorso verso la decarbonizzazione. Laddove l’elettrificazione non è fattibile, l’idrogeno verde, l’energia solare termica concentrata e l’utilizzo e lo stoccaggio dell’anidride carbonica (CCUS) sono le opzioni migliori.

Un altro 15% delle emissioni del settore proviene direttamente dai processi di raffinazione e fusione. La rimozione delle emissioni del processo di fusione è una sfida comune a tutti i produttori e richiederà un cambiamento tecnologico profondo.

Le nuove tecnologie delle celle come gli anodi inerti, che emettono ossigeno invece di CO₂, svolgeranno un ruolo importante nella riduzione delle emissioni, anche se il loro impiego è attualmente molto limitato.

I materiali ausiliari e le emissioni dei trasporti (che rappresentano circa l’8% del totale del settore) saranno ridotti attraverso cambiamenti in altri settori e scelte di acquisto da parte dei produttori di alluminio. Saranno necessari investimenti senza precedenti per fornire altri 20 milioni

tonnellate di alluminio primario a basse emissioni di carbonio, decarbonizzare i 65 milioni di tonnellate esistenti e costruire un’industria di riciclaggio dei rottami post-consumo a basse emissioni di 60-70 milioni di tonnellate entro il 2050.

Riciclo ed efficienza delle risorse per la decarbonizzazione dell’industria dell’alluminio

La riciclabilità infinita senza perdita di proprietà è uno dei vantaggi esclusivi dell’alluminio. Il riciclo dei rottami post-consumo oggi mitiga il fabbisogno di quasi 20 milioni di tonnellate di alluminio primario, evitando circa 300 milioni di tonnellate di emissionidiCO₂ogni anno. Quando il metallo riciclato non viene trattenuto nell’economia,viene sostituito dall’alluminio primario. La produzione primaria oggi ha un profilo di emissioni di gas serra mediamente 25 volte superiore al recuperodi metallo riciclato.Tassi di riciclaggio dell’alluminio prossimi al 100%, una migliore selezione dei rottami, l’eliminazione degli scarti pre-consumo e delle perdite di metallo potrebbero ridurre la necessità di alluminio primario del 20% entro il 2050. Ciò consentirebbe un’ulteriore riduzione di300 milioni di tonnellate di emissionidiCO₂nel 2050, un impatto della stessa entità della riduzione delle emissioni dirette nell’ambito del Percorso 2.

Le scelte di percorso fatte dai protagonisti dell’industriadell’alluminio, afferma IAI, dipenderanno da vari fattori, quali: dotazioni energetiche uniche, disponibilità di materie prime e rottami, politiche regionali, opzioni di investimento edisponibilità, velocità e costi di sviluppo e implementazione della tecnologia. In definitiva, saranno necessarie partnership settoriali e intersettoriali per affrontare questa sfida di riduzione delle emissioni su larga scala e, allo stesso tempo, soddisfare la crescente domanda di alluminio.

Questa trasformazione nella fornitura dialluminio richiede un’azione da parte di tutti nella catena. Richiederebbe anche quadri politici che consentano la circolarità e che incoraggino gli investimenti nella progettazione dei prodotti e nelle innovazioni per il riciclaggio efficiente dell’alluminio.

Inoltre, con il costo della decarbonizzazionedelsettore dell’alluminio di trilioni di dollari, il fattore chiave per l’industria a basse emissioni di carbonio entro il 2050 è scegliere un investimento per:

• fornire fino a 25 milioni di tonnellate di nuova capacità fusoria e la decarbonizzazione di una capacità di 65 milioni;
• i 180 milioni di tonnellate di capacità di allumina necessaria per soddisfare la domanda delle fonderie;
• le nuove tecnologie carbon-free o CCUS che attualmente costituiscono meno dell'1% della produzione di alluminio, ma entro il 2050 dovranno soddisfare oltre il 50%;
• l'elettrificazione delle operazioni lungo l'intera catena e le reti rinnovabili che le alimentano.

Fonte: International Aluminium Journal