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CAPITOLO 1: IL QUADRO DELLE FONTI DI ENERGIA NON
RINNOVABILE
1 . 1 I L C A R B O N E
LA STORIA
ABSTRACT.
This thesis wants to explain how ours climatic changes are caused by use of energy not
renewable. In the first chapter there is a description of coal, black oil, natural gas and
nuclear energy, with a short description of definition, transport, and stocks in the
world, for each one. The second chapter aims to describe renewables technology as
garbage, hydroelectric, wind energy, photovoltaic, biomass and hydrogen, with
explanations of technology and environmental impact. The third chapter is divided in
two parts: the first talks about of green politics; the second is an economic analysis that
describe the trend in the world since ten years ago, of this resources. Attached to the
last chapter there is an appendix that contains examples of systems for pointing out the
costs and the emissions reduction of the renewable. The last renewable part explains
new technologies and trends of investments and employment in all of sectors described
above. Personal considerations.
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Fonte 1: frator-solovignette, 2012.
Le principali miniere carbonifere si trovano in Gran Bretagna: Galles meridionale,
Staffordshire, Yorkshire, Northumberland, Durham, e Scozia orientale. Queste fino al
XVIII secolo sono di proprietà della classe aristocratica, dove alcuni sfruttano
direttamente le riserve del sottosuolo, altri le affidano a concessionari in cambio di
rendite. Dal XIX secolo il settore carbonifero si fonde con quello siderurgico cosicché la
produzione e gli investimenti si intensificano a tal punto che le proprietà vengono
vendute alle società di capitali, nelle quali le posizioni privilegiate sono sempre occupate
dagli stessi aristocratici inglesi. E’ proprio l’ Inghilterra infatti ad operare in condizioni di
monopolio del mercato di carbone mondiale mentre l’Europa è occupata in processi di
riunificazione nazionale. Essa soddisfa la quasi totalità della domanda globale di
carbone proveniente da settori in continua espansione come quello navale e ferroviario
(grazie alle invenzioni di Watt, nasce e prende piede la locomotiva). Nel 1870 il 12,5 %
delle flotte navali è costituito da navi a vapore, nel 1900 la percentuale sale fino al 75 %!
La fine del XIX secolo è segnata da scoperte molto importanti come l’invenzione della
dinamite di Nobel nel 1866, il forno elettrico per la produzione di acciaio di Martin-
Siemens nel 1864, la lampadina di Edison nel 1878, il motore a scoppio di Benz nel
1885, il motore a nafta di Diesel nel 1898, etc.. E sono proprio queste scoperte a dare
inizio alla seconda rivoluzione industriale, dove i protagonisti sono ancora il carbone e
l’acciaio. In quest’ultimo settore nel 1890 gli Usa ottengono il primato nel mercato
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mondiale, scaraventando gli inglesi in seconda posizione dove rimarranno fino al 1910,
per poi venire superati anche dalla Germania. In questi anni infatti quest’ultima cerca di
penetrare in luoghi considerati strategici dall’Inghilterra: Medio-Oriente, Estremo-Oriente
ed Africa, con l’obiettivo di strappargli il primato mondiale nella produzione ed
esportazione carbonifera. La meta viene raggiunta attraverso i pool di imprese e
sindacati della Renania-Westfalia ma viene presto persa con la sconfitta nella prima
guerra mondiale dove lascia il posto ad Usa, Belgio ed Olanda. Infatti il bacino tedesco
della Ruhr viene occupato dalle truppe belghe e francesi. Con la crisi del 1929 si assiste
ad un rapido calo della domanda e produzione di carbone che viene soppiantato
dall’entrata in scena di multinazionali elettriche prima e petrolifere poi.
CARATTERISTICHE
I carboni fossili sono rocce composte da resti vegetali, completamente o in parte
fossilizzati. Le caratteristiche che ne permettono una classificazione sono: il potere
calorifico ( ovvero la temperatura massima di combustione), la composizione chimica,
la percentuale di elementi costituenti (carbonio C, idrogeno H, ossigeno O, azoto N),
l’umidità (la percentuale di acqua presente), il tenore delle ceneri al termine della
combustione (argille, presenza di gessi e calciti, ossidi di ferro, pirite e marcasite) e la
presenza di zolfo.
LA CARBONIZZAZIONE
Questo processo è un’evoluzione chimico-fisica subita dai depositi vegetali in
particolari condizioni atmosferiche, di pressione e di temperatura. Infatti il requisito
fondamentale è l’assenza di ossigeno a contatto coi resti vegetali; ciò è possibile solo
se sopra la massa vegetale si crea uno strato di sostanze impermeabili o una
copertura d’acqua.
CLASSIFICAZIONE
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I carbon fossili, a secondo dei criteri geologici di formazione, si dividono in:
1. Torbe: è la forma più recente di carbon fossile risalente all’età Cenozoica;
è una massa spugnosa di colore bruno o nero costituita da resti vegetali di
piante lacustri o palustri; contengono elevate quantità di acqua, e se
compresse ed essicate possono avere un potere calorifero pari a 6000
kcal/kg. E’ composta mediamente dal 59% di carbonio, 6% di idrogeno,
33% d’ossigeno e 2% di azoto. Le ceneri sono circa il 10% del peso. I
depositi sono detti torbiere e si trovano in paesi dai climi freddi o miti.
2. Ligniti: comprendono una vasta gamma di carbon fossili, alcuni simili alle
torbe altri più simili ai litantraci. Contengono spesso grosse quantità di
zolfo, che ne diminuiscono il pregio, e sono ricchi di acqua che a contatto
con l’ossigeno dell’atmosfera danno luogo a processi di decomposizione.
Ne esistono molte varietà tra le quali: la lignite xiloide, di colore bruno e di
origine lignea; la lignite picea, di colore nero ma lucentezza, ed una
struttura amorfa; il giaietto, con aspetto nero lucente viene usato per
confezionare ornamenti. Il potere calorifero delle ligniti arriva sino ai 7400
kcal/kg, con umidità compresa tra 15% e 45% e composte dal 69% da C,
5,2% da H, 25% da O, e 0,8% da N. Le ceneri rappresentano il 9% del
peso. Si collocano nell’età Cenozoica anche se alcuni ritrovamenti in
Russia fanno pensare a quella Mesozoica.
3. Litantrace: è il carbon fossile usato durante l’era industriale per la
produzione di gas illuminante e coke per altoforno nella produzione dei
metalli. E’ di colore nero o lucido o opaco. Il suo potere calorifero è di 9500
kcal/kg, con umidità compresa tra 1% e 3%. La sua composizione media è
: C 82%, H 5%, O 12,2%, N 0,8%. Le ceneri costituiscono il 10% del peso
totale.
4. Antraciti: sono nere, lucenti e compatte. Non contengono umidità ed il loro
potere calorifero è di 9200 kcal/kg, con ceneri comprese tra il 3% ed il 7%
del peso. Risalgono all’età Paleozoica.
PRESENZA DI ZOLFO ED ANIDRIDE CARBONICA
La presenza di zolfo è uno dei problemi da risolvere legati al carbon fossile; infatti
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esso reagendo con l’ ossigeno produce anidride carbonica che a contatto col vapore
acqueo presente nei fumi che fuoriescono dai camini, può portare alla formazione di
acido solforico, responsabile del fenomeno delle piogge acide!
Ci sono tre percorsi possibili per risolvere il problema. Il primo si applica a monte e
consiste nell’applicazione di una tecnica chiamata beneficiation: si polverizza il
minerale, lo si sottopone a trattamenti chimici (lavaggi) che lo privano dello zolfo e del
residuo di ceneri, ottenendo un carbone di elevata qualità ma anche molto costoso.
Un secondo processo, applicato nel mentre, consiste nell’impedire la formazione
dell’anidride solforosa durante la combustione; ne è un esempio la “combustione a
letto fluido”: si brucia il carbone all’interno di particolari contenitori nei quali sono
presenti dei minerali cosi che il risultato della reazione da vita a dei Sali che possono
essere facilmente eliminati assieme alle ceneri. L’ultimo percorso può essere
applicato a valle e consiste nel depurare i fumi che escono dai camini prima che essi
siano rilasciati nell’atmosfera; questo processo risulta essere molto costoso e non
garantisce ottimi risultati.
Un ulteriore problema legato alla combustione del carbon fossile, è l’enorme quantità
di anidride carbonica prodotta, durante la fase di ossidazione. Una soluzione prevede
di intrappolare i fumi della combustione nel sottosuolo per evitare che essi vadano ad
alimentare l’effetto serra nell’atmosfera. Più precisamente questa metodologia viene
definita sequestro geologico e consiste nell’iniettare i fumi in sacche sotterranee
dove, attraverso processi chimico-fisici, rimangono per migliaia di anni. Tuttavia il
metodo è in fase di sperimentazione ed il primo stabilimento per la produzione di
energia ad emissioni zero, chiamato progetto Futurgen, partirà quest’anno in Texas.
IL TRASPORTO
A differenza di gas e petrolio che percorrono lunghissime distanze in condotti sigillati
senza grossi rischi d’inquinamento, il carbone viene bruciato in centrali che si
trovano al massimo ad una distanza di 50 km dal luogo di estrazione e quando
viene trasportato rilascia le ceneri nocive all’ambiente circostante. Il carbone viaggia
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in carbonodotti
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(convenienti per tratte medio - brevi altrimenti per percorsi più
lunghi è necessario il trasporto su rotaia o per mare), dove dopo essere stato
polverizzato, viene miscelato ad acqua o olio combustibile. Il problema è poi quello
di separare la miscela prima della combustione, processo che ne aumenta
notevolmente i costi. Un metodo, tutto italiano, consiste nel bruciare l’intera miscela
senza separare i componenti.
RISERVE DI CARBONE
Ad oggi il 40% di tutta l’energia elettrica proviene dalla combustione di carbone.
Alcune stime rilevano che le riserve di carbone presenti nel mondo possano
soddisfare la domanda energetica per i prossimi 200 anni; alcune di queste però si
trovano ad una profondità di circa 1500 metri e, considerando che i giacimenti fino
ad ora sfruttati si trovano circa 200 metri sottoterra, sembra difficile poterle utilizzare
tutte, oltre al fatto che non si può stabilire a priori se le risorse ancora da scoprire
diano risultati qualitativamente positivi. Il 95 % circa delle riserve si trovano in Usa,
Cina e nelle Nazioni ad est; in Europa i paesi più ricchi di carbone sono: Gran
Bretagna, nord della Francia, Belgio, Olanda, Polonia e Germania.
IL CARBONE IN ITALIA
Nel Nostro paese sono presenti grandi quantitativi di torba, che però è poco
utilizzabile come combustibile ed infatti è considerata carbone “povero”. In tutta
l’Europa meridionale troviamo presenza di torba dovuta al fatto che questa parte del
continente ha avuto origine nell’era Mesozoica ed essendo quindi relativamente
giovane, non c’è stato il tempo sufficiente per la fossilizzazione delle sostanze
vegetali. Nonostante in Italia ci siano 50 milioni di tonnellate di torba, con un
contenuto d’acqua al 25 %, e discrete quantità di ligniti, per i costi onerosi legati alla
loro estrazione, esse non risultano economicamente utilizzabili.
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Il carbonodotto o carbodòtto è un impianto idraulico che permette il trasporto del carbone tramite condutture. In
partenza vi si trovano una macina che trita il carbone, una miscelatore che lo combina all’acqua, ed una stazione di
pompaggio; all’arrivo invece vi si trova uno strumento per separare l’acqua dal carbone.
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1 . 2 L ’ E L E T T R I C I T A ’
L’elettricità non è una fonte ma una forma di energia: gli apparecchi elettrici sono convertitori
che trasformano l’acqua, il vapore, o altre forze primarie in corrente, usata per illuminare,
riscaldare, comunicare o muovere motori. Tra le diverse invenzioni (da Galvani e Volta ad
Ampère e Faraday), quella indubbiamente più significativa è la lampadina a filamento
incandescente di Edison del 1878. Grazie ad essa si sviluppano generatori sempre più
avanzati in grado di cedere l’energia prodotta. Il 14 settembre del 1882, nasce la prima
centrale elettrica a New York. Successivamente in tutte le grandi città del mondo vengono
costruiti impianti alimentati da macchine a vapore. Esse per i primi tempi soddisfano solo la
domanda privata di energia dato che per quella pubblica si utilizza ancora gas illuminante,
(ottenuto dalla lavorazione di carbon fossile: il litantrace), distribuito per mezzo di condutture
sotterranee. Alla fine di questo secolo inizia l’elettrificazione delle reti tramviarie, ed agli inizi
del XX viene inaugurata la prima rete metropolitana alimentata dalla centrale elettrica della
Société d’Electricité de Paris. Da qui la domanda di elettricità si espande in brevissimo
tempo grazie alla crescente richiesta dalle industrie elettromeccanica ed elettrochimica per
l’alimentazione dei motori delle fabbriche. Questa continua domanda porta la creazione di
forti concentrazioni e cartelli atti ad accaparrarsi il monopolio delle vendite nel mondo
elettrico. Come fece notare Lenin in un suo saggio: “le due maggiori potenze nel settore
sono ancora una volta Usa e Germania”.
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1 . 3 I L P E T R O L I O
LA STORIA
E’ vicino a Titusville (Pennsylvania - Usa) sull’ Oil Creek, nell’agosto del 1859 che L. Edwin
Drake
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scopre il petrolio, dando inizio all’epoca più dinamica nella storia dell’ energie
rinnovabili: quella dell’oro nero! Sei anni più tardi nasce il primo oleodotto lungo dieci
chilometri e composto da tubi di ghisa del diametro di due pollici. Ancora oggi esso è il
combustibile più usato e ricercato, che da sempre è protagonista di molte battaglie a sfondo
economico.
DEFINIZIONE
Il petrolio è un combustibile liquido oleoso composto da insiemi di idrocarburi
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; esso si
trova in natura in sorgenti affioranti o nel sottosuolo dal quale viene estratto per
trivellazione. Ha origine, come accennato poco sopra, dalla decomposizione di
organismi animali, specialmente marini, che grazie a condizioni di assenza di ossigeno,
azoto ed idrogeno, ed alla presenza di batteri e microorganismi (come: Pseudomonas,
Achromobacter, Desulfovibrio, Flavobacterium), si trasformano da sedimenti organici
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Edwin Laurentine Drake (1819-1880): è stato un inventore statunitense che usando le macchine per la produzione
di sale, scopre il rpimo pozzo di petrolio a 21 metri di profondità.
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Idrocarburo: composto chimico di natura organica composto da atomi di idrogeno e di carbonio.
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ad idrocarburi.
GIACIMENTI
I giacimenti superficiali si distinguono in attivi, come le sorgenti di petrolio o vulcani di
fango, e fossili, come depositi di asfalti, bitumi, cere minerali o peci. I giacimenti
sotterranei possono essere classificati in: accumuli di greggio in serbatoi naturali isolati;
in campi petroliferi, ovvero un insieme di giacimenti con la stessa struttura geologica; in
province petrolifere, ovvero campi petroliferi con caratteristiche geologiche simili.
La formazione di un giacimento avviene in tre fasi: origine degli idrocarburi, migrazione
primaria dalla roccia madre alla roccia serbatoio, migrazione secondaria dalla roccia
serbatoio alla “trappola” che è il giacimento vero e proprio. Al momento dell’estrazione il
petrolio è detto grezzo, e per poter essere utilizzato è necessario procedere ad una sua
distillazione. Si ottengono così una serie di sostanze dalle quali risultano ottimi
combustibili e materie prime per le industrie chimiche. Esse sono:
1. benzina, da cui si ricava combustibile per autotrazione, il cui punto di
ebollizione finale è 200 ° C;
2. cherosene, da cui si ricava combustibile per aviazione e olio
per l’illuminazione e riscaldamento, il cui punto di ebollizione si
trova tra 175 e 275 ° C;
3. gasolio, da cui si ricava combustibile per motori Diesel,
paraffina o oli lubrificanti, il cui intervallo di ebollizione arriva
sino a 375 ° C;
4. olio residuo, utile come olio lubifricante o bitume.
CLASSIFICAZIONE DEI PETROLI
A seconda del giacimento da cui si estrae il petrolio, esso assume caratteristiche chimico-
fisiche diverse. La sua colorazione può variare dal colore nero (ad alto contenuto di
asflato), al colore giallastro (principalmente gasolina). La densità può variare tra 0,82 e
0,95 g/cm
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.
Gli idrocarburi si classificano in: paraffine, nafteni, e cicloparaffine che sono composti
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aromatici e asfaltici, da cui s’intuisce quanto sia difficile individuare che tipo di idrocarburi
sono presenti in un certo greggio. Il petrolio più richiesto è quello più facile da trasformare
nei prodotti finiti. La composizione chimica media
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può essere molto diversa da
giacimento a giacimento poiché quella che cambia maggiormente è la struttura
molecolare degli idrocarburi che costituiscono il greggio. Infatti nello stesso giacimento si
possono trovare, a seconda della profondità, diversi tipi di greggio!
RAFFINAZIONE
Le fasi di distillazione ed i costi degli impianti utilizzati dall’industria della raffinazione,
sono diversi a seconda delle tipologie di petroli estratti dal sottosuolo. Infatti la qualità
iniziale del greggio è poi quella che definisce il prezzo di vendita sul mercato
internazionale.
Gli esami riguardano la composizione chimica – quantità di zolfo, sali ed acqua presente -
la curva di distillazione e caratteristiche del greggio. L’iter a cui viene sottoposto il petrolio
durante la raffinazione è :
1. decantazione, de salificazione e stabilizzazione: vengono eliminati acqua, Sali e
gas disciolti;
2. distillazione: si separano i singoli componenti del greggio;
3. cracking
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e reforming
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: rende i costituenti più adatti all’utilizzo finale;
4. processi chimici e fisici: tolgono le impurità;
5. isomerisation
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: migliora le caratteristiche dei prodotti finiti.
Ovviamente in raffineria questi processi vengono ripetuti a ciclo continuo quindi
riguardano grandi quantità di greggio. L’immagazzinamento finale avviene in cisterne o in
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Composizione chimica media è intesa come contenuto di carbonio (83-87%), idrogeno (11,4-14,4%) e in misura
minore zolfo, ossigeno, azoto.
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Il cracking è un processo mediante il quale da idrocarburi paraffinici pesanti, (dove con idrocarburi paraffinici
s’intende gli alcani), si ottengono idrocarburi paraffinici leggeri, (come la benzina) per rottura delle molecole.
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Il reforming è il processo chimico che permette di aumentare il numero di ottani del carburante attraverso la
modifica della struttura molecolare degli idrocarburi in esso contenuti.
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L’isomerizzazione è il processo che permette di modificare la struttura molecolare (in questo caso degli idrocarburi
ma questo strumento è utilizzato anche per i cibi ad es.), di due o più prodotti in modo da renderli simili,
migliorandone le qualità chimico-fisiche. Gli agenti in questione, che possono essere strutturalmente diversi, per
poter essere sottoposti al fenomeno devono presentare lo stesso peso molecolare iniziale (si dice abbiano la stessa
formula “bruta”).
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