Dal contrasto all’effetto serra alla difesa diretta degli ecosistemi marini, il Direct Ocean Capture si distingue perché non si limita a ridurre la CO₂ atmosferica, ma interviene anche sull’acidificazione degli oceani, offrendo una possibile via di recupero per coralli, molluschi e intere catene biologiche marine.
Tutti conoscono il Direct Air Capture (DAC), i sistemi che aspirano anidride carbonica direttamente dall’atmosfera. Il limite principale è fisico: la CO₂ nell’aria è estremamente diluita, circa 420 ppm, e questo rende la cattura inefficiente perché richiede di processare grandi volumi di aria per ottenere quantità significative di gas. Questo problema è ampiamente discusso nei modelli di rimozione della CO₂ atmosferica e nei limiti energetici dei sistemi DAC.
L’alternativa emergente è il Direct Ocean Capture (DOC). Gli oceani assorbono circa il 30% della CO₂ emessa dall’uomo e agiscono come un enorme serbatoio di carbonio disciolto, come documentato dal NOAA Ocean Acidification Program, che monitora il ciclo del carbonio e l’acidificazione degli oceani.
Questo significa che l’acqua di mare contiene una concentrazione di carbonio disciolto molto più alta rispetto all’atmosfera, ben 150 volte superiore all’aria, per questo l’estrazione di CO2 dal mare è potenzialmente più efficiente dal punto di vista energetico e chimico.
Startup come Captura ed Equatic stanno sviluppando sistemi elettrochimici (basati su elettrodialisi e processi di separazione ionica) che permettono di rimuovere la CO₂ dall’acqua marina per poi reimmettere l’acqua trattata nell’oceano.
La riduzione della CO₂ disciolta in acqua contribuisce anche a contrastare l’acidificazione degli oceani, un fenomeno che abbassa il pH dell’acqua e minaccia ecosistemi come le barriere coralline.
Questo introduce un doppio beneficio: rimozione di CO₂ atmosferica indiretta e deacidificazione degli oceani, con effetti potenzialmente positivi sugli ecosistemi marini sensibili.
Il limite delle spugne terrestri e il potenziale liquido
Il principale limite del Direct Air Capture è la diluizione estrema della CO₂ atmosferica. L’aria contiene circa 420 parti per milione (ppm) di CO₂, quindi solo una frazione minima dell’aria, il che obbliga i sistemi DAC a movimentare enormi volumi di atmosfera per estrarre quantità utili di gas. Questo comporta un elevato costo energetico, come evidenziato nei modelli di cattura diretta dell’aria e nei limiti fisici della separazione gas-catturante.
Nel caso del Direct Ocean Capture, il contesto è completamente diverso. Gli oceani assorbono circa il 30% delle emissioni antropiche di CO₂, come riportato dal NOAA nei suoi dataset sul carbonio oceanico.
Il carbonio nell’acqua di mare non è presente in forma gassosa ma disciolta, sotto forma di sistemi chimici come bicarbonati e carbonati. Questo significa che, a parità di volume, l’acqua marina contiene una quantità di carbonio circa 150 volte superiore rispetto all’atmosfera, rendendola una “riserva concentrata” rispetto all’aria.
Da qui nasce il principio della “spugna liquida”. Se la CO₂ viene rimossa dall’acqua oceanica tramite processi elettrochimici come quelli descritti da Captura (elettrodialisi e separazione ionica), l’equilibrio chimico dell’oceano reagisce automaticamente. L’oceano tende infatti a ristabilire il proprio equilibrio assorbendo nuova CO₂ dall’atmosfera.
Questo meccanismo trasforma il mare in un sistema dinamico di compensazione. La rimozione della CO₂ non si limita quindi all’acqua trattata, ma può innescare un riassorbimento atmosferico continuo. È proprio questo principio a rendere il Direct Ocean Capture interessante dal punto di vista climatico, perché sfrutta un sistema naturale già attivo invece di crearne uno artificiale completamente nuovo.
Come funziona il processo: dall’elettrodialisi all’acqua alcalina
Il funzionamento del Direct Ocean Capture si basa su una combinazione di chimica dell’acqua marina e ingegneria elettrochimica. In particolare, la tecnologia di Captura e quella di Equatic rappresentano una delle implementazioni più avanzate di questo approccio, con sistemi che integrano elettrodialisi, separazione del carbonio e restituzione controllata dell’acqua agli oceani. Nel caso di Captura, il processo sfrutta l’energia elettrica per modificare temporaneamente l’equilibrio chimico dell’acqua di mare, rendendo possibile la rimozione del carbonio dagli oceani in modo continuo e scalabile.
Il prelievo e l’acidificazione controllata
Il primo step del processo consiste nel prelievo dell’acqua di mare e nella sua separazione elettrochimica. Impianti come quelli sviluppati da Captura utilizzano un sistema di elettrodialisi che applica una lieve corrente elettrica per separare ioni presenti naturalmente nel sale marino. Questo processo genera due flussi distinti, uno acido e uno alcalino.
L’acido prodotto viene poi reintrodotto in una porzione controllata dell’acqua in ingresso. Questo passaggio modifica temporaneamente l’equilibrio chimico del sistema e induce la cattura dell’anidride carbonica dall’acqua, perché la CO₂ disciolta si converte in forma gassosa (effetto di degassificazione).
Il risultato è una sorta di “effervescenza controllata”, in cui il carbonio disciolto viene liberato sotto forma di gas CO₂, pronto per la fase successiva di cattura.
L’estrazione del gas sottovuoto
Da sviluppare: Il momento della cattura. L’acqua, ora piena di bollicine di CO₂, passa attraverso una membrana speciale sottovuoto che “risucchia” via il gas puro. Questo gas può poi essere immagazzinato sottoterra (come nel processo CarbFix) o riutilizzato per fare carburanti sintetici.
Una volta che la CO₂ si è liberata dall’acqua sotto forma di micro-bolle, il flusso viene fatto passare attraverso un sistema a membrana in condizioni di vuoto. Questo step permette di separare il gas dall’acqua in modo efficiente, concentrandolo in forma pura.
Questo tipo di separazione è coerente con i processi di cattura e stoccaggio del carbonio studiati anche in progetti di carbon mineralization come CarbFix in Islanda, dove la CO₂ viene poi stabilizzata e immagazzinata nel sottosuolo attraverso reazioni geologiche.
Il gas estratto può seguire due percorsi: essere stoccato permanentemente in formazioni geologiche profonde oppure essere utilizzato come materia prima per carburanti sintetici, chiudendo così il ciclo del carbonio in ottica industriale.
La neutralizzazione e il ritorno in mare
L’ultimo passaggio è quello più critico dal punto di vista ecologico. Dopo l’estrazione della CO₂, l’acqua residua viene trattata per ripristinare il suo equilibrio chimico naturale. Questo avviene aggiungendo una soluzione alcalina, ottenuta dai sottoprodotti del processo elettrolitico del sale.
Questa fase serve a neutralizzare l’acidità generata nello step precedente e a riportare il pH dell’acqua a valori simili a quelli naturali dell’oceano.
Una volta neutralizzata, l’acqua viene reimmessa in mare. A questo punto è priva del carbonio disciolto precedentemente estratto e può tornare a funzionare come “spugna naturale”, pronta ad assorbire nuova CO₂ dall’atmosfera, chiudendo il ciclo della rimozione del carbonio dagli oceani in modo continuo.
DAC vs DOC
Per capire davvero perché il Direct Ocean Capture sta attirando sempre più attenzione rispetto al Direct Air Capture, è utile mettere i due approcci a confronto. Non si tratta solo di tecnologie diverse, ma di due strategie completamente differenti per affrontare lo stesso problema: la CO₂ in eccesso nell’atmosfera e nel sistema climatico.
Il DAC lavora direttamente sull’aria, dove la CO₂ è estremamente diluita (circa 420 ppm), il DOC invece sfrutta l’acqua di mare, dove il carbonio è già presente in forma disciolta e molto più concentrata, rendendo più efficiente la fase di separazione chimica.
Il confronto diventa molto più chiaro quando si mettono i due sistemi fianco a fianco.
| Parametro | Direct Air Capture (DAC) | Direct Ocean Capture (DOC) |
| Concentrazione CO₂ (Input) | Molto bassa (circa 420 parti per milione – ppm) nell’aria, rendendo il processo energeticamente oneroso e lento. | Molto alta (fino a 150 volte la concentrazione atmosferica, sotto forma di ioni bicarbonato e carbonato) nell’acqua di mare. Questa elevata concentrazione ottimizza l’efficienza di cattura. |
| Ingombro e Design dell’Impianto | Enorme (richiede grandi superfici di contatto e l’uso di ventilatori giganti per muovere enormi volumi d’aria). Gli impianti sono spesso strutture ingombranti. | Compatto (sfrutta le normali pompe idrauliche e i sistemi di movimentazione dell’acqua già esistenti. Integrabile facilmente nei dissalatori o nelle centrali elettriche costiere). |
| Impatto sull’Ecosistema Locale | Neutro (l’impatto primario è legato al consumo energetico e al sequestro, con effetti diretti minimi sull’ecosistema circostante l’impianto). | Altamente Positivo (riduce l’acidificazione marina). Rimuovendo CO₂ dal mare, il DOC contribuisce a ripristinare il pH oceanico, salvaguardando in particolare gli organismi che formano scheletri calcarei, come i coralli e i molluschi. |
| Costo Energetico (Separazione CO₂) | Elevato. L’energia richiesta per separare la CO₂ dalla miscela gassosa a bassa concentrazione è uno dei maggiori ostacoli economici. | Relativamente inferiore. La maggiore concentrazione di CO₂ disciolta nel mezzo liquido permette una cattura più efficiente dal punto di vista energetico. |
| Scalabilità e Logistica | La scalabilità è limitata dalla necessità di accedere a grandi quantità di energia pulita e vasti spazi per gli impianti di ventilazione. | Altamente scalabile e potenzialmente più decentralizzata, sfruttando l’infrastruttura costiera esistente e il mare come “serbatoio” di CO₂ pre-concentrata. |
| Prodotto Finale | CO₂ pura, adatta per il sequestro geologico (CCS) o per l’utilizzo in prodotti (CCU). | Acqua di mare con pH ripristinato (benefico per l’ecosistema) e CO₂ pura per CCS/CCU. |
| Efficacia nel Contesto Globale | Agisce sulla CO₂ che contribuisce all’effetto serra, ma non affronta direttamente l’acidificazione degli oceani, un altro grave problema climatico. | Agisce sia sull’effetto serra (rimuovendo CO₂ che sarà poi riassorbita dall’atmosfera nel bilancio complessivo) sia sull’acidificazione degli oceani, offrendo un duplice beneficio ambientale. |
Combattere l’effetto serra e curare l’acidificazione marina
Il problema della CO₂ non riguarda solo l’atmosfera. Una quota significativa delle emissioni viene assorbita dagli oceani, che oggi svolgono il ruolo di “cuscinetto” del sistema climatico globale.
Le conseguenze biologiche sono già osservabili. L’aumento dell’acidità riduce la disponibilità di carbonati, fondamentali per la formazione di gusci e scheletri calcarei. Questo significa che organismi come molluschi, coralli e alcuni tipi di plancton fanno sempre più fatica a costruire e mantenere le proprie strutture. Nei coralli, in particolare, lo stress chimico si somma allo stress termico, contribuendo a fenomeni di sbiancamento sempre più frequenti.
È qui che il Direct Ocean Capture introduce un cambio di prospettiva radicale. A differenza delle tecnologie climatiche tradizionali, che agiscono solo sulla concentrazione di CO₂ atmosferica, il DOC interviene direttamente sul sistema marino, rimuovendo carbonio disciolto dall’acqua e contribuendo al ripristino dell’equilibrio chimico naturale. Le tecnologie sviluppate da Captura ed Equatic si basano proprio su questo principio di separazione del carbonio disciolto e successivo riequilibrio dell’acqua trattata.
Il risultato potenziale è significativo. Infatti attorno agli impianti si possono creare zone di acqua temporaneamente più alcalina, cioè meno acida rispetto all’ambiente circostante. Queste condizioni locali possono funzionare come micro-ambienti di recupero, vere e proprie “oasi di acqua deacidificata” in cui organismi sensibili come coralli e molluschi trovano condizioni più favorevoli alla crescita.
Dal punto di vista ecologico, questo rende il Direct Ocean Capture una delle poche tecnologie climatiche con un doppio effetto diretto: da un lato contribuisce alla riduzione della CO₂ responsabile dell’effetto serra, dall’altro agisce su uno degli impatti già in corso del cambiamento climatico, l’acidificazione marina, che i dati NOAA indicano come una delle minacce più critiche per gli ecosistemi oceanici.
