La calce è un prodotto estremamente versatile e largamente disponibile, presente in molte applicazioni ambientali e funzionale alla fabbricazione di diversi prodotti di uso quotidiano essendo impiegata in molti settori quali, ad esempio, la siderurgia, l’industria del vetro, la chimica, l’ecologia, l’edilizia, l’industria alimentare e l’agricoltura.
Nonostante il suo processo di produzione implichi inevitabilmente elevate emissioni di anidride carbonica in atmosfera, la calce è comunque da considerare un elemento che può giocare un ruolo chiave nel processo di decarbonizzazione, grazie alla sua capacità intrinseca di catturare la CO2. Ciò avviene grazie a un processo sostanzialmente inverso rispetto a quello con cui viene originariamente prodotta dal calcare: durante tutto il ciclo di vita dei prodotti in cui viene utilizzata, infatti, la calce è in grado di imprigionare la CO2 dell’atmosfera.
La percentuale di CO2 catturata in rapporto a quella emessa durante il processo di produzione rappresenta il tasso di carbonatazione di un’applicazione e costituisce un importante parametro da considerare per valutarne la sostenibilità.
Il ciclo della calce: le 4 fasi fondamentali
Il ciclo della calce si compie in 4 momenti fondamentali:
- la selezione della materia prima (roccia carbonatica)
- la cottura, ovvero il processo di decarbonatazione della roccia carbonatica che porta alla produzione della calce viva
- l’eventuale spegnimento tramite idratazione della calce viva che porta all’ottenimento della calce idrata, necessaria in alcune applicazioni
- la successiva carbonatazione della calce
La prima fase richiede una accurata selezione di calcari, risorsa base estratta dalle cave, con elevato contenuto di carbonato di calcio e percentuali di impurità che per l’Italia arrivano ad essere inferiori al 1%. La calce viene ottenuta attraverso la cottura del calcare (CaCO3) che, riscaldato a temperature elevate (> 900 °C), si trasforma in ossido di calcio (CaO, calce viva), rilasciando nell’ambiente una quota importante di anidride carbonica (CO2), la cosiddetta “CO2 di processo”. In buona parte delle applicazioni della calce, in particolare quelle che necessitano una elevata reattività del materiale, viene impiegato direttamente l’ossido di calcio, senza ulteriori trasformazioni. In altri casi invece, l’ossido di calcio viene idratato fino a trasformarlo in idrossido di calcio (Ca(OH)2, calce spenta).
Una volta in opera nelle varie applicazioni, la calce, in presenza di anidride carbonica (e acqua libera), subisce il processo di carbonatazione, nel corso del quale riassorbe la CO2 per trasformarsi nuovamente in calcare (Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O), chiudendo così quello che viene chiamato ciclo della calce.
Una volta catturata la CO2 nella calce e divenuta nuovamente calcare, il sequestro di CO2 è permanente, dal momento che un ulteriore suo rilascio richiederebbe ingenti quantità di energia termica, normalmente non disponibili in natura. Pertanto, la calce può essere davvero considerata come un deposito di carbonio permanente.
I benefici della carbonatazione della calce
Per comprendere le potenzialità della calce nel percorso di decarbonizzazione europeo occorre quantificare in modo chiaro il ruolo della calce nella cattura e nello stoccaggio permanente (sequestro) di CO2, valutando i tassi di carbonatazione di tutte le principali applicazioni.
Uno studio del Politecnico di Milano (PoliMI) commissionato nel 2018 da EuLA, l’associazione europea dei produttori di calce, ha evidenziato che il tasso di carbonatazione naturale delle applicazioni dell’industria della calce in Europa rappresenta, in media, il 33% delle emissioni di CO2 di processo originariamente generate nel processo di produzione di calce.
Gli esempi di carbonatazione naturale nelle applicazioni della calce sono molteplici. Nell’edilizia, dove la calce viene impiegata nella formulazione delle malte da costruzione, uno degli impieghi più comuni e più antichi di questo prodotto, il tasso di carbonatazione naturale arriva fino all’80% ed ha un aumento graduale nel tempo, normalmente pari alla vita utile dell’edificio, in funzione della profondità dello spessore di malta applicato. Nel trattamento dell’acqua potabile, durante la quale la calce può essere adoperata per l’addolcimento, la regolazione del pH, la neutralizzazione di acidi, la rimozione di metalli, la regolazione dell’alcalinità oppure per la rimozione di fluoruri, fosfati, solfati e azoto, la calce assorbe istantaneamente la quasi totalità della CO2 emessa nel processo di produzione (tasso prossimo al 100%). Lo stesso avviene nel trattamento dei fumi industriali in cui la calce, utilizzata sotto forma di idrossido (Ca(OH)2), reagisce con i gas acidi (HCl, SOx, HF) presenti negli effluenti degli impianti di combustione (centrali termoelettriche, impianti di combustione a biomassa e inceneritori) e con la CO2, formando carbonato di calcio, con un tasso di carbonatazione naturale di circa il 32%.
Più lenta ma più significativa in termini di volumi è la carbonatazione nell’ambito di utilizzo nell’industria siderurgica, il cui mercato in Europa rappresenta circa il 42% dei volumi di calce prodotta, con un tasso di carbonatazione naturale di circa il 28% in meno di 1 anno. Nelle applicazioni finora considerate, la carbonatazione avviene in modo naturale ed è conseguente all’uso della calce. Tuttavia, il processo può essere anche spinto oltre, mediante lo sviluppo di tecnologie specifiche di cattura e sequestro mirate a massimizzare il tasso di carbonatazione.
I produttori stessi di calce si sono adeguati cercando di sfruttare e massimizzare questa caratteristica della calce; ad esempio UNICALCE, uno dei principali produttori italiani di calce calcica, dolomitica e prodotti derivati, ha compiuto sforzi significativi di ricerca e sviluppo per riuscire ad aumentare, nelle varie applicazioni, la superficie di contatto tra i sottoprodotti contenenti calce e la CO2, così da incrementarne ulteriormente il potenziale di carbonatazione.
La calce costituisce oggi un elemento imprescindibile per la vita quotidiana, che permette di produrre acciaio e vetro sostenibili, avere aria e acque più pulite, strade che durano più a lungo impattando meno sull’ambiente, costruzioni più confortevoli, coltivazioni più produttive con meno inquinanti. Conoscere il suo ruolo e le possibilità che offre in termini di riduzione della carbon footprint nelle varie applicazioni risulta fondamentale per un suo impiego consapevole nelle diverse filiere industriali.
