Analysis of enhanced pressurized weathering of limestone as a technology for CO2 storage

Enhanced Weathering of Limestone (EWL) has been previously proposed (Rau & Caldeira, 1999; Rau, 2011) to store CO2 in the marine environment in the form of bicarbonate The method consists of the reaction between CO2 captured from an effluent gas stream (i.e. a fossil-fuel power plant), seawater and carbonate minerals (CaCO3, either as calcite or aragonite), and the subsequent discharge of Ca2+ and HCO3- into the ocean, where it is diluted by additional seawater. In this way, a CO2 emission could be effectively stored in the oceans, largely in the form of HCO3-, with the buffering effect of carbonate minerals preventing a further decrease of pH of seawater to level dangerous for the marine biota, like in the case of direct injection of CO2. A limitation of this method is the high request of water, about 3800 tonnes of seawater for tonne of CO2 captured. To overcome this limitation, a new technology called Enhanced Pressurized Weathering of Limestone (EPWL) has been proposed and is here presented. In EPWL, the reaction between a stream of pure CO2, seawater and calcium carbonate happens inside a pipe, in a condition of progressively increased pressure. This pipe is located between the coast and the deep sea, so the apparatus is suitable for generating an increasing pressure taking advantage of the sea’s hydrostatic pressure that enhances the solubility of limestone and increases the partial pressure of CO2, in this way promoting the production of bicarbonates at the depth of the discharge point.Two different scenarios have been considered: the discharge of the effluent below the CCD (carbon compensation depth, typically located at approximately 5.000m) and above the CCD.After the presentation of the technological options, the paper will compare the advantages, limitations, and the need for further R&D for their full-scale deployment

L’Enhanced Weathering of Limestone (EWL) (erosione accelerata del calcare) è un metodo proposto in precedenza (Rau & Caldeira, 1999; Rau, 2011) per stoccare la CO2 in ambiente marino sotto forma di bicarbonati. Il metodo consiste nella reazione fra la CO2 catturata da un gas di scarico (ad esempio di un impianto a combustibili fossili), acqua di mare e carbonati (CaCO3, sia come calcite che aragonite), e il seguente scarico di Ca2+ e HCO3 nell’oceano, dove è diluito da altra acqua di mare. In questo modo, un emissione di CO2 può essere stoccata efficacemente negli oceani, principalmente nella forma di HCO3-, con l’effetto tampone dato dai carbonati che previene un abbassamento del pH dell’acqua di mare a livelli perocolosi per la vita marina, come nel caso dell’iniezione diretta di CO2. Una limitazione di questo metodo è la grande richiesta di acqua, 3800 tonnellate di acqua di mare per tonnellata di CO2 catturata. Per risolvere questo problema, una nuova tecnologia chiamata Enhanced Pressurized Weathering of Limestone (EPWL) (erosione accelerata del calcare in pressione) è stata proposta ed è qui presentata. Nell’EPWL, la rezione fra il flusso di pura CO2, l’acqua di mare e il carbonato di calcio avviene all’interno di una condotta, in una condizione di pressione progressivamente crescente. Questa condotta è posizionata fra la costa e il mare profondo, così il sistema è in grado di generare una condizione di pressione crescente grazie alla pressione idrostatica del mare, che accelera la solubilità del calcare e aumenta la pressione parziale della CO2, promuovendo la produzione di bicarbonati alla profondità del punto di scarico. Due differenti scenari sono stati considerati: scaricare l’effluente sotto la CCD (quota di compensazione dei carbonati, situata tipicamente a circa 5000 m) e sopra la CCD. Dopo la presentazione delle tecnologie, questo studio compara i vantaggi, le limitazioni e il bisogno di successivi studi per il loro sviluppo a grande scala.