COMBUSTIBILI FOSSILI

I COMBUSTIBILI FOSSILI

I combustibili sono sostanze che contengono carbonio o idrogeno (o entrambi) e quando bruciano disperdono calore e altri prodotti. I combustibili contengono energia stabilizzata che può essere conservata e poi utilizzata quando serve.

LA COMBUSTIONE

L'utilizzo di energia fossile si basa sul processo di combustione.

Per avere una combustione dobbiamo avere due ingredienti:

Il combustibile che è la sostanza che brucia ed è formata in prevalenza ca carbonio e/o idrogeno,(il nome idrocarburi) tenuti insieme da legami che contengono energia.

Il comburente che è la sostanza che permette la combustione, generalmente l'ossigeno dell'aria, che si intromette tra i legami del combustibile e li rompe. In questo modo l'energia dei legami si libera sotto forma di calore.

Il potere calorifero si misura in chilcalorie(kcal) contenute in 1kg di combustibile solido liquido oppure in kcal contenute in 1m3 di gas.

I COMBUSTIBILI FOSSILI E L'AMBIENTE

CARBONE

GAS NATURALI

PETROLIO

La combustione del petrolio, del carbone e del gas naturale, libera agenti inquinanti nocivi per la salute e per l’ambiente (monossido di carbonio, ossidi di azoto, piombo, polveri fini, metalli pesanti, ozono, nitrati, solfati…) e gas a effetto serra tra i responsabili dei cambiamenti climatici.

IL CARBONE

Il carbone è una roccia color bruno o nero abbastanza leggera, ed è formata da:

• Carbonio in percentule altissima(70-95%)
• Materiale organico , costituito da sostanze argillose e da sali di zolfo.

Oggi il carbone viene bruciato nelle centrali termoelettriche per produrre energia elettrica. Una centrale è formata in genere da quattro moduli detti sezioni termoelettriche, cioè da quattro unità identiche affiancate. Una sezione termoelettrica è formata dai seguenti edifici allineati tra loro: la sala macchine, la caldaia e il percorso dei fumi.

CENTRALE TERMOELETTRICA A CARBONE

ORIGINI DEL CARBONE

IL CARBONE DERIVA DAL PROCESSO DI CARBONIZZAZIONE DI GRANDI CUMULI DI ALBERI ED ALTRI TIPI DI VEGETALI, INIZIATO MOLTI MILIONI DI ANNI FA.

PRIMA FASE SECONDA FASE TERZA FASE

Carbonizzazione: gli alberi distrutti da successive inondazioni, vengono ricoperti da sedimenti che diventano rocce. Nell’arco di milioni di anni batteri ‘’divorano” l’idrogeno e l’ossigeno del legno e resta solo il carbonio.

Giacimento di carbone: nell’arco di milioni di anni si formano sullo stesso luogo nuove foreste. Si creano così diversi strati di carbone, separati da strati di roccia sterile.

Foreste preistoriche: Nel Carbonifero (300milioni di anni fa) il clima caldo-umido favorisce la crescita di grandi foreste con alberi molto fitti in Germania, Gran Bretagna, Cina ecc.

TIPI DI CARBONE

Esistono molte varietà di carbone.

Le ligniti sono carboni abbastanza giovani e poco pregiati. Estratte solo in miniere a cielo aperto. Sono utilizzate sul posto dalle centrali termoelettriche.

Carboni duri: sono i carboni fossili veri e propri, formati nel periodo Carbonifero circa 300 milioni di anni fa. Esauriti gli strati superficiali, oggi si estraggono in sotterraneo.

Le litantraci: sono abbastanza comuni e sono il combustibile per le centrali termoelettriche. L’antracite costituisce il combustibile solido più pregiato.

Coke: è un carbone artificiale che si ricava dal litantrace. Si usa negli altoforni per fondere i minerali di ferro

MINIERA A CIELO APERTO

Si utilizza quando il giacimento è abbastanza vicino alla superficie del suolo e di grande estensione. La crosta rocciosa che copre i filoni viene sbancata con le ruspe, poi inizia l’estrazione del carbone.

MINIERA IN SOTTERRANEO

Si utilizza quando il giacimento è abbastanza vicino alla superficie del suolo e di grande estensione. La crosta rocciosa che copre i filoni viene sbancata con le ruspe, poi inizia l’estrazione del carbone.

TORRE DI MANOVRA

Un “ascensore” fa salire escendere i carrelli pieni di carbone o di roccia, i macchinari di perforazione e le squadre di minatori.

IL CARBONE E L'AMBIENTE

Il carbone è il combustibile più inquinante, perché emette nell’aria: anidride solforosa, ossidi di azoto, polveri sottili…ovvero sostanze altamente inquinanti per l’ambiente e tossiche per l’essere umano. Inoltre, come qualsiasi altro combustibile provoca emissioni di :  anidride carbonica, uno dei principali responsabili dell’effetto serra.  Monossido di carbonio, dannoso per l’apparato respiratorio degli esseri viventi.

IL PETROLIO

Combustibile fossile allo stato liquido. Il petrolio greggio è un miscuglio di idrocarburi, costituiti soprattutto da carbonio (80-90%) e, in parte, da idrogeno (9-15%). In percentuali minori si trovano zolfo, azoto e ossigeno. Il petrolio viene usato “frazionandolo” nei suoi componenti, cioè benzina, gasolio, Kerosene, gas ecc.

ORIGINE DEL PETROLIO

Formazione del petrolio: il plancton che viveva milioni di anni fa negli specchi d’acqua interni è stato ricoperto via via da strati successivi di rocce sedimentarie. Senza il contatto con l’aria si è poi trasformato in idrocarburi

Formazione dei giacimenti: i movimenti tettonici hanno formato le trappole petrolifere, costituite da uno strato impermeabile superiore, da uno strato poroso sottostante, contenenti gocce oleose di idrocarburi e uno strato impermeabile inferiore.

Giacimento: gocce di petrolio che occupano i vuoti della roccia porosa.

INDUSTRIA PETROLIFERA: La ricerca delle trappole

La ricerca del petrolio viene fatta negli antichi bacini sedimentari, dove è più probabile trovare le trappole petrolifere. I geologi usano la tecnica della sismica a riflessione Si inviano onde nel sottosuolo che vengono riflesse dagli strati rocciosi e il computer disegna il profilo degli strati. Se esistono le forme tipichedelle trappole si eseguono i pozzi esplorativi

IL POZZO ESPLORATIVO

Il pozzo esplorativo serve per confermare la presenza di giacimenti Il derrik è la struttura per perforare il terreno. Al centro della torre gira una tavola rotante che trascina un’asta a cui vengono avvitate una serie di aste tonde di perforazione. L’ultima asta è dotata di uno scalpello che frantuma la roccia.

IL CAMPO PETROLIFERO SU TERRAFERMA

CAMPO PETROLIFERO OFFSHORE

Fino a 100 m di profondità si usano piattaforme mobili con tralicci scorrevoli fino al fondo (scafo sollevato di 20m per non risentire di onde e maree). Fino a 600 m di profondità si usano piattaforme galleggianti, ancorate al fondo, appoggiate su scafi sommersi.

Fino a 3000 m di profondità servono le navi di perforazione, che hanno un’apertura centrale nello scafo e accanto una torre di perforazione. Sei eliche mantengono la nave in posizione e una trivella scende per 3km in acqua e poi penetra nel suolo.

TRASPORTO DEL GREGGIO

Oleodotto: L’oleodotto è una conduttura formata da tubi saldati l’uno all’altro in cui viene pompato il petrolio greggio. L’oleodotto in trincea è sotterraneo.L’oleodotto su sostegni è sospeso a circa 1 m dal suolo, il petrolio viene spinto con pompe, è il più rapido da costruire. Petroliera: Una petroliera è un gigantesco serbatoio galleggiante a forma di nave. Per maggiore stabilità, lo scafo è suddiviso in compartimenti. Oggi le navi cisterna hanno un doppio scafo per sicurezza in caso di incidenti.

La raffinera

Distillazione frazionata

Il greggio entra in un forno, dove scorre un tubo fortemente riscaldato. Dal forno esce alla temperatura di 350 ºC, in parte vaporizzato, ed entra dal basso della colonna di frazionamento. La parte vaporizzata sale e raffreddando si condensa. A ogni piano si fermano i vapori di un certo tipo, che condensano nei piatti e vengono raccolti. Dal fondo esce il residuo, detto olio combustibile

INQUINAMENTO DA PRODOTTI PETROLIFERI

I prodotti petroliferi sono la fonte principale di inquinamento nel mondo, anche per la loro grande diffusione. La combustione della benzina emette il monossido di carbonio che è molto tossico, idrocarburi non bruciati e composti dell’azoto. La combustione del gasolio emette particolato, particelle liquide e solide molto tossiche, e i composti dello zolfo che causano le piogge acide.

IL GAS NATURALE

Combustibile fossile allo stato gassoso. Il gas naturale è un gas incolore e inodore, che pesa circa la metà dell’aria. Esso è formato da metano per il 99% nei gas più puri, per il 90% nei meno puri. Il passaggio allo stato liquido avviene diminuendo la temperatura o aumentando la pressione.

Ricerca: La ricerca del gas non è distinta da quella del petrolio, ma esiste un’unica attività di ricerca degli idrocarburi. Solo dopo la perforazione dei pozzi esplorativi è possibile accertare il tipo di giacimento. I giacimenti possono essere di solo gas o di gas associato al petrolio nei giacimenti petroliferi. Estrazione: L’estrazione è simile a quella del petrolio: appena lo scalpello fora una cupola che contiene il gas, esso risale nella tubazione verticale spinto dalla pressione; in superficie, alla testa del pozzo, viene messo il complesso di valvole detto “albero di Natale”, che ne regola il flusso.

IL TRASPORTO

Il gas naturale può essere trasportato:  allo stato gassoso, tramite gasdotti o metanodotti sotterranei, grosse tubature di acciaio speciale resistenti alla pressione del gas, con diametro di anche 120 cm. Ogni 100-200km, le stazioni di compressione spingono il metano a 20-30km/h. Lungo il percorso si trovano centrali di stoccaggio (ex giacimenti esauriti)  allo stato liquido (GNL =gas naturale liquefatto), tramite le navi metaniere.

TRASPORTO MEDIANTE GASDOTTI

Posa di un gasdotto Il lungo tubo che forma il gasdotto è costituito da molti tubi saldati tra loro. Il tubo viene sollevato in simultanea da molte gru che lo adagiano nella trincea scavata; infine viene ricoperto di terra. Gasdotti per l’importazione L’Italia importa il 70% del gas naturale: - da nord arriva il gas olandese; - da sud arriva il Transmed che parte dall’Algeria; - da est arriva il gas della Russia che parte dalla Siberia.

LA NAVE METANIERA

Nave metaniera: Il gas liquefatto (GNL) è ottenuto per raffreddamento a -161°C e il suo volume si riduce fino a 600 volte! Lo scafo della metaniera contiene quattro grandi cisterne sferiche d’acciaio, e trasporta 130.000 m³ di metano liquefatto. L’operazione di ormeggio e scarico dura 24 ore. Prima di essere immesso nella rete di distribuzione, il GNL deve essere “rigassificato” in appositi impianti a terra o su strutture offshore (in mare) su basamenti fissi o galleggianti.

L'INQUINAMENTO DA GAS NATURALE

Il metano è il combustibile fossile più “pulito” (meno inquinante) dal punto di vista delle emissioni di CO (ossido di carbonio), CO2 (anidride carbonica) e polveri La sua combustione comunque, non è del tutto pulita perché produce 190 g di anidride carbonica per kw

Il metano è un gas serra responsabile quindi del surriscaldamento terrestre. Rispetto alle attività dell’uomo, il metano viene prodotto dagli allevamenti intensivi, dalle discariche, dai fumi delle centrali, ma viene prodotto anche naturalmente dalla decomposizione di sostanze organiche in zone paludose, dagli incendi e dalle eruzioni vulcaniche.

Grazie!

De Meglio Giuseppe 3E