Средствами CSS это сделать нельзя.
Можно через Canvas, но это будет довольно муторно и громоздко.
Ещё умеют отбрасывать тени SVG-картинки, но векторные. Чисто теоретически... можно попробовать поковыряться в сторону того, чтобы завернуть PNG в SVG контейнер, потом фильтрами наложить маску и отбросить тень. Но если и получится, то будет опять-таки громоздко. И почти наверняка не будет работать в IE10-.
Ещё можно попробовать расслоить картинку на две - само изображение и тень. Тень тогда можно сжать сильнее, с малым количеством цветов. И возможно, что общий вес снизится.
Но вообще, кмк, всё же лучше не морочить себе голову, а оставить картинки как есть.
