Valutazione della velocità di corrosione di acciai al carbonio per il trasporto e lo stoccaggio di CO2 ad alta pressione (CCTS)

Con l’acronimo CCTS (Carbon Capture, Transport and Storage) si intende la tecnologia per il recupero della CO2 dai gas di combustione dei combustibili fossili impiegati per la produzione di energia, la sua compressione e liquefazione, il trasporto in tubazioni e l’immagazzinamento nel sottosuolo profondo (sotto gli 800 metri), generalmente in giacimenti di gas ed olio ormai esauriti o in acquiferi salini profondi non potabili. In Italia grazie al protocollo d’intesa tra Eni ed Enel della fine del 2008, è stato realizzato un impianto pilota per la cattura della CO2 prodotta dalla centrale Enel a carbone di Brindisi, mentre ENI ha già individuato nel giacimento esaurito di Cortemaggiore in provincia di Piacenza il primo sito d’immagazzinamento. A fronte dei notevoli vantaggi ambientali che queste iniziative comportano, rimangono tuttavia da superare numerose problematiche, legate principalmente agli aspetti economici e ai rischi di accidentali rilasci in atmosfera di grandi quantità di CO2. Quest’ultimo aspetto è collegato alla resistenza al degrado dei sistemi di trasporto e immagazzinamento della CO2, che dovranno essere garantiti nel primo caso per almeno vent’anni, nel secondo per tempi molto più lunghi. Non si hanno attualmente informazioni sistematiche sulle problematiche di corrosione dei materiali (in grande maggioranza acciaio al carbonio) con i quali dovranno essere realizzate le tubazioni di trasporto e di iniezione nel sottosuolo della CO2, i sistemi di compressione, le valvole, etc. Il trasporto di CO2 è infatti previsto in condizioni supercritiche, in cui la CO2 è mantenuta ad elevata pressione, in modo da massimizzare il volume di gas trasportato. Se il gas trasportato è completamente anidro i fenomeni di corrosione sono trascurabili, ma questa condizione è difficilmente ottenibile dagli impianti di abbattimento e sicuramente non economica. Viceversa se si considera la possibilità di formazione di condensa, la velocità di corrosione, calcolabile attraverso i modelli impiegati in ambiente petrolifero, risulta talmente elevata da rendere irrealizzabile la condotta. Tuttavia i pochi risultati sperimentali preliminari mostrano velocità di corrosione molto inferiori. In presenza di pochissima acqua ed elevatissime pressioni di CO2 è infatti possibile formazione di scaglie protettive che rallentano notevolmente la velocità di corrosione rispetto a quanto atteso. Lo scopo del presente lavoro è stato la valutazione dell’effetto della pressione di CO2 e della temperatura sulla velocità di corrosione di un acciaio al carbonio per tubazioni (API 5L X65) in acqua distillata satura di CO2. È stato indagato un intervallo di temperatura compreso tra 40 e 60°C, e di pressione di CO2 tra 20 e 135bar. Sono state inoltre effettuate prove nella stesse condizioni ambientali, ma in assenza di acqua condensata (CO2 satura di vapor d’acqua), dove teoricamente la velocità di corrosione dovrebbe essere nulla. I risultati in fase acquosa hanno confermato che nelle condizioni operative adottate i modelli di previsione della velocità di corrosione adottati in campo petrolifero, sovrastimano la velocità di corrosione. Inoltre l’aumento della temperatura, contrariamente a quanto prevedibile ad esempio con il modello di De Waard e Milliams, diminuisce la velocità di corrosione, presumibilmente per la diminuzione della solubilità della CO2 e per la formazione di un film di carbonato di ferro protettivo. L’aumento della pressione di CO2 in condizioni subcritiche sembra abbastanza ininfluente sulla velocità di corrosione, mentre si ha notevole riduzione della velocità di corrosione passando a pressioni alle quali la CO2 è in condizioni supercritiche. Viceversa, le velocità di corrosione misurate in fase vapore, sebbene notevolmente inferiori a quelle ottenute in fase condensata, sono risultate non trascurabili. In questo caso è stato ipotizzato un meccanismo di condensazione del vapore d’acqua saturo sulla superficie del metallo simile a quanto avviene in condizioni di corrosione atmosferica. Si è quindi osservata una forte diminuzione della velocità di corrosione al crescere della temperatura ed un aumento significativo al crescere della pressione di CO2.