CARBONE

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Grazie a rilevanti progressi tecnologici, le prestazioni ambientali del carbone nella produzione termoelettrica sono oggi del tutto confrontabili con quelle degli altri combustibili. Il carbone diventa così una importante opportunità per diversificare il mix di generazione elettrica nazionale, che – caso unico tra i Paesi industrializzati – è pericolosamente sbilanciato a favore di gas e petrolio

A quanto ammontano le riserve mondiali di carbone e chi le detiene?

Il combustibili fossili solidi (carboni e lignite) costituiscono la fonte energetica più abbondante: le riserve accertate ammontano a oltre 900 826 miliardi di tonnellate di minerale. , pari a circa 600 miliardi di tep (tonnellate equivalenti di petrolio). Per un confronto, le riserve provate di petrolio e di gas ammontano a circa 160 miliardi di tep ciascuno.

Le riserve di carbone sono distribuite in tutti i continenti. I principali Paesi per quantità di riserve sono, in ordine di importanza: Stati Uniti, Cina, Russia, India, Sud Africa, Australia, Ucraina, Kazakhstan, Polonia, Germania, Brasile, Colombia e Canada (dati “BP Statistical Review 20052009”)

Cos’è il carbone?

Tecnicamente per carbone fossile si intende qualsiasi sostanza costituita da resti vegetali, più o meno completamente fossilizzati secondo il processo di carbonizzazione, e che presenta la proprietà di combinarsi con l’ossigeno atmosferico dando luogo ad una forte reazione esotermica (reazione chimica che dà luogo ad emissione di calore).

Il processo di carbonizzazione è l'evoluzione fisica, chimica e biofisica subita da un deposito vegetale che si trasforma in carbone. Esso inizia allorché i resti vegetali vengono sottratti all'azione ossidante dell'aria da una copertura protettiva (acqua o sedimenti) determinando la loro trasformazione secondo un processo che è inizialmente microbiologico e che poi - nel corso di millenni - prosegue attraverso complesse trasformazioni con il determinante intervento di fattori fisici, quali la pressione e la temperatura. Avviene cosi una progressiva eliminazione di componenti - quali idrogeno e ossigeno – dagli originali resti vegetali, con conseguente indiretto arricchimento di carbonio che porta a diverse tipologie di “carbone fossile” secondo la percentuale di carbonio presente.

Il carbone viene utilizzato anche in altri Paesi per la produzione elettrica?

Non solo viene utilizzato, ma è, di gran lunga, la più importante fonte per la produzione elettrica.

Nel 2004 di tutta l’energia elettrica prodotta nel mondo, il 39,6% è stata prodotta da carbone, contro il 20,5 da gas, il 16,4% dalle risorse idriche, il 16% da nucleare e il 6,7% da petrolio. Ampie zone del mondo dipendono fortemente dal carbone per la produzione elettrica: la Cina per il 79%, l’India per il 68,6%, tutta l’Africa sub-sahariana per il 66,7%.

Ma anche i Paesi che prestano più attenzione alle problematiche ambientali fanno ampio ricorso al carbone. Nell’Unione Europea, ad esempio, il carbone è la seconda fonte per la produzione elettrica (29,9%), subito dopo il nucleare (31,7%) ma ben distanziato da tutte le altre fonti (21% gas, 10,7% idrico, 4,5% petrolio, 1,7% eolico). Negli Stati Uniti e in Germania il carbone copre rispettivamente il 51 e il 52% della produzione elettrica.

Perché Enel intende incrementare l’uso del carbone nelle proprie centrali termoelettriche?

Perché il carbone è allo stato attuale il combustibile che meglio si presta ad aumentare sia la competitività della generazione elettrica, con un risparmio di cui potranno beneficiare anche i consumatori, sia la sicurezza complessiva del sistema energetico nazionale. E questo anche migliorando sensibilmente l’impatto ambientale delle centrali rispetto alle attuali centrali ad olio.

Competitività. Il carbone costa meno degli altri combustibili. Inoltre le nuove centrali a carbone hanno una efficienza energetica superiore a quella delle centrali ad olio (45% contro 38%), il che consente un risparmio di combustibile a parità di energia elettrica prodotta. In tal modo il kWh prodotto nelle centrali a carbone è notevolmente più economico di quello prodotto con olio o gas.

Sicurezza. L’incremento d’uso del carbone riduce la dipendenza energetica dalle importazioni di idrocarburi (petrolio e gas), che peraltro provengono principalmente da aree politiche ancora poco stabili (Russia, Medio oriente, nord Africa). Il carbone è infatti un combustibile molto diffuso e può essere importato anche dal Nord America, dall’America Latina, dal Sud Africa, dall’Australia e da altre zone ancora.

Perché si parla di carbone pulito?

Allo scopo di aumentare la compatibilità ambientale e l’efficienza delle varie fasi del ciclo del carbone, sono state avviate da tempo numerose iniziative di ricerca, sviluppo e dimostrazione sulle cosiddette “tecnologie pulite”, riguardanti soprattutto la combustione.

Si parla di “carbone pulito” perché le moderne centrali a carbone consentono di ridurre notevolmente l’impatto ambientale rispetto alle convenzionali centrali ad olio combustibile.

In particolare la tecnologia del “carbone pulito” adottata da Enel prevede:

- Impiego di caldaie con parametri di processo ai limiti delle possibilità tecniche, con elevati rendimenti termodinamici (aumento dell’efficienza dal 38 al 45%) e quindi anche con notevole risparmio di combustibile

- Nuovi sistemi di denitrificazione catalitica dei fumi ad elevata efficienza (85%, contro l’80% degli impianti ad olio) per l’abbattimento degli ossidi di azoto

- Utilizzo di filtri a manica di ultima generazione per la depolverizzazione dei fumi, con efficienza di abbattimento delle polveri del 99,9% (contro il 90% degli impianti ad olio combustibile)

- Nuovi sistemi di desolforazione dei fumi, del tipo calcare/gesso ad umido, ad elevata efficienza di abbattimento degli ossidi di azoto (97% circa)

- Adozione di un impianto di cristallizzazione delle acque di spurgo del desolforatore con completo recupero di tali acque, che pertanto non costituiscono un effluente liquido in uscita dagli impianti

- Movimentazione e stoccaggio a ciclo chiuso del minerale, con strutture isolate dall’ambiente, depressurizzate e automatizzate.

Le emissioni di CO2 degli impianti a carbone per unità di energia prodotta sono leggermente superiori a quelle degli impianti ad olio (770 gr/kWh per il carbone contro 740 gr/kWh per l’olio). La CO2 non è tuttavia un inquinante, ma ha rilievo esclusivamente nell’ambito delle emissioni climalteranti globali regolate nell’ambito del Protocollo di Kyoto. Da questo punto di vista vale osservare che, in realtà, le emissioni specifiche di CO2 dovute alla produzione elettrica da olio combustibile risultano complessivamente superiori a quelle da carbone, considerando anche le ulteriori emissioni dovute alle fasi di estrazione e raffinazione del petrolio.

Qual è il costo di un kWh prodotto con carbone rispetto a quello prodotto da altre fonti di energia?

Considerando tutte le voci di costo, il carbone è nettamente la fonte di energia elettrica più economica tra i combustibili fossili. Infatti 1000 kWh prodotti da carbone hanno un costo di circa 40 euro, contro i 65 euro per un MWh prodotto dal più efficiente impianto a gas e circa 80 euro per un moderno impianto a olio. Non solo, ma questa ipotesi di costo è molto prudente, perché si basa su valori del greggio di 50 dollari/barile, cioè molto inferiori a quelli attualmente in vigore (dati elaborati da Enel).

Qual è stata l’importanza del carbone nella storia?

Tra le fonti fossili di energia il carbone fossile è quella più abbondante e forse la più importante per la storia umana. Infatti, unitamente ad una serie di altri fattori, quali lo sviluppo mercantile e la "rivoluzione scientifica" dei secoli XVI e XVII, fu proprio la disponibilità di carbone che consentì nell'Inghilterra del XIX secolo di sviluppare su larga scala le applicazioni della macchina a vapore facendo esplodere la prima grande "rivoluzione industriale".

I pregi del carbone erano indubbi rispetto alle due tradizionali fonti di energia (il legno e l'energia idrica): dotato di un alto potere calorifico (calore prodotto per unità di peso del combusto) e trasportabile a distanze notevoli per essere praticamente utilizzabile ovunque, rendeva disponibile energia termica di buona qualità in sostituzione del legno (il cui impiego intensivo creava rapidamente penuria locale di materia prima) e delle ruote idrauliche (la cui efficacia richiedeva, oltretutto, specifiche caratteristiche di velocità e/o portata della risorsa idrica).

L'utilizzo del carbone e della macchina a vapore permise dunque, e velocemente, di disporre in abbondanza di forza motrice. Questa, a sua volta, consentiva di produrre maggiori quantità di carbone e di trasportarlo sempre più lontano a ritmi fortemente crescenti, in un ciclo "virtuoso" che si autososteneva. Ciò consentì la creazione di quella rete di trasporti su rotaia che favorì i commerci e le comunicazioni e fu alla base dello sviluppo dei Paesi industrializzati. Il carbone fu in sostanza l'elemento strategico del sorgere della civiltà industriale e della sua diffusione; possederlo, fin dopo la seconda Guerra Mondiale, voleva dire disporre di un potenziale energetico agevolmente utilizzabile non solo per la generazione di energia elettrica e per il riscaldamento,ma anche per alimentare praticamente ogni attività industriale.

Quali sono le principali proprietà fisiche e chimiche del carbone?

Le varie classi di carbone fossile, come pure ciascuna singola tipologia, sono caratterizzate da particolari proprietà fisiche e chimiche di grande importanza ai fini della loro utilizzazione pratica.

Tali caratteristiche sono:

- il potere calorifico, cioè il numero di calorie sviluppate dall'unità di peso del combustibile, che viene espresso in kcal/kg. Indicativamente il p.c. della torba è di 4-6.000 kcal/kg, della lignite è di 6-7.500 kcal/kg, del litantrace è di 7.500-9.000 kcal/kg, dell'antracite è di 8.200-9.200 kcal/kg;
- temperatura di combustione, cioè la massima temperatura raggiungibile dai prodotti gassosi della combustione;
- peso specifico, espresso in kg/m3;
- composizione chimica elementare, cioè tenore di carbonio, ossigeno, azoto e idrogeno;
- composizione chimica approssimata, relativa cioè alla quantità di materie volatili, ceneri, umidità, zolfo ed altri elementi presenti, fattori che incidono significativamente sulla qualità complessiva del carbone proveniente dai diversi giacimenti.

Quali sono le principali tipologie di carboni fossili?

Le principali tipologie di carboni fossili si distinguono in:

- Torba. È la forma più recente di carbone fossile: di colore bruno, aspetto spugnoso ed elevato tenore di acqua, è costituita da una massa più o meno compatta di resti vegetali con prevalenza di piante palustri e lacustri. Le torbiere sono diffuse principalmente nei Paesi a clima temperato e freddo.

- Lignite. Comprende vari tipi di carbone fossile, alcuni più simili alla torba, altri al litantrace. Contiene spesso accentuate percentuali di zolfo, è ricca di acqua ed è igroscopica (per cui all'aria tende a decomporsi).

- Litantrace. È il carbone fossile per antonomasia, quello prevalentemente utilizzato, ad esempio, nella rivoluzione industriale del XIX secolo. Di colore nero, spesso a strati alterni brillanti e opachi, è largamente utilizzato per innumerevoli impieghi, dalla combustione diretta alla produzione di gas illuminante e del coke metallurgico.

- Antracite. È il carbone più pregiato, con il più elevato potere calorifico. È nero, compatto, lucido e privo di umidità; non dà coke e viene di preferenza utilizzato direttamente come combustibile.

Esistono comunque numerose altre tipologie di carboni fossili di uso e d'interesse industriale più limitato, quali: gli scisti carboniosi, la dopplerite, i noduli calcareo carboniosi eccetera.

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