Technologies for decarbonization: state of the art and expected evolution

Decarbonization process refers to the action of reducing the emissions of carbon dioxide (CO2) and other greenhouse gases into the atmosphere, with the aim of mitigating climate change. This implies the transition from an economy based on fossil fuels to renewable and low carbon energy sources. The decarbonization process involves several sectors, including energy, industry, transportation, construction, and agriculture, and as will be seen further, can bring many benefits. However, there are also significant challenges to overcome, including the need for significant investments in low-carbon technologies and the presence of some sectors defined as “hard to abate” where it is difficult, or at least very costly, to implement green technologies. The main objective of this thesis is to give a comprehensive view of the decarbonization technologies present on the market today, defining their most important techno-economic parameters, identifying the ones with the most potential. In addition, a deeper dive into the steel industry would allow us to grasp the real impacts and challenges of decarbonizing one of the most polluting hard to abate sectors. In conclusion of the thesis, the main data obtained will be summarized, evaluating the current results and likely future developments of decarbonizing technologies, based on these. Along with this, however, insights into the complementarity of these technologies will be provided, demonstrating the interdependence of the solutions of the technological trajectories presented.

Il processo di decarbonizzazione si riferisce all'azione di riduzione delle emissioni di anidride carbonica (CO2) e di altri gas serra nell'atmosfera, con l'obiettivo di mitigare i cambiamenti climatici. Ciò implica la transizione da un'economia basata sui combustibili fossili a fonti di energia rinnovabili e a basse emissioni di carbonio. Il processo di decarbonizzazione coinvolge diversi settori, tra cui l'energia, l'industria, i trasporti, l'edilizia e l'agricoltura e, come si vedrà più avanti, può portare molti benefici. Tuttavia, ci sono anche sfide significative da superare, tra cui la necessità di investimenti significativi in tecnologie a basso contenuto di carbonio e la presenza di alcuni settori definiti "difficili da abbattere" in cui è difficile, o almeno molto costoso, implementare tecnologie verdi. L'obiettivo principale di questa tesi è fornire una visione completa delle tecnologie di decarbonizzazione presenti oggi sul mercato, definendone i parametri tecno-economici più importanti e identificando quelle con il maggior potenziale. Inoltre, un'immersione più profonda nell'industria siderurgica ci permetterebbe di cogliere i reali impatti e le sfide della decarbonizzazione di uno dei settori più inquinanti e difficili da abbattere. A conclusione della tesi, verranno riassunti i principali dati ottenuti, valutando i risultati attuali e i probabili sviluppi futuri delle tecnologie di decarbonizzazione, sulla base di questi. Oltre a questo, però, verranno forniti approfondimenti sulla complementarietà di queste tecnologie, dimostrando l'interdipendenza delle soluzioni delle traiettorie tecnologiche presentate.