LE ENERGIE NON RINNOVABILI
La classificazione dei combustibili
Il 90% dei combustibili usati per produrre energia, sono combustibili fossili. Un materiale viene definito combustibile quando bruciando in presenza di ossigeno (comburente), produce calore (energia termica). Questa energia è presente nei legami esistenti tra gli atomi all' interno delle proprie molecole, e durante il processo di combustione questi legami vengono spezzati e viene liberata una certa quantità di energia chimica sottoforma di calore e luce. Viene definito potere calorifico la quantità di calore che sviluppa una determinata quantità di combustibile. Per comustbili fossili intendiamo, a causa della loro origine: carbone, petrolio e gas naturale.
La legna da ardere
Uno dei principali combustibili di uso domestico usato da circa 1\3 della popolazione mondiale, specialmente in Asia,Africa ed America Latina è la legna da ardere. Fortunatamente nei paesi più civilizzati abbiamo fonti alternative ed anche più rinnovabili che fanno sì che si evita l' eccessivo consumo di legna in modo da evitare un disboscamento selvaggio che porterebbe alla distruzione di tutte le foreste.
Pellet
Il pellet è costituito da trucioli di legno pressati che formano tanti cilindri di diametro 6mm e lunghi fino a 5cm. Questa è un' ottima alternativa alle tradizionali fonti energetiche e viene usato come combustibile per stufe, camini e caldaie.
I brichetti
I brichetti sono pellet di grandi dimenzioni e misurano 8cm di diametro e 28 di lunghezza. La differenza dal pellet è che i brichetti sono composti da circa il 40% da legno duro di faggio per fargli raggiungere un potere calorifico maggiore.
Il cippato
Il cippato è composto da piccole scaglie di legno di piccole dimensioni ottenuto dalla frammentazione di pezzi di legno derivante da materiale di scarto che tramite un macchinario detto coppatrice viene frantumato e ridotto in piccole scaglie. Di solito viene usato per alimentare gandi utenze come impianti di cogenerazione e teleriscaldamento.
I carboni fossili
I carboni fossili sono formati da una lunga decomposizione di foreste sotto la crosta terrestre, e grazie anche ad alte temperature, tanto tempo ed in mancanza di aria si è formato il carbone nelle varie ere geologiche. Nell'era primaria in cui c'erano foreste paludose. Nell'era secondaria con vari cambiamenti della crosta terrestre. Successivamente durante la formazione dei continenti. E continuò nelle ere terziaria e quaternaria.
La classificazione dei carboni
I carboni fossili si dividono in quattro gruppi che sono:
Torbe
Le torbe derivano da piante erbacee che crescono in zone acquitrinose, e dato che il loro ciclo di fossilizzazione non è completo non sono più considerati carboni fossili.
Ligniti
I ligniti sono carboni fossili giovani e sono anche chiamati brown coal (carbone marrone).
Litantraci
I litantraci insieme agli antraciti sono classificati come hard coal (carbone duro). Risale a circa 300 milioni di anni fa, e si trovano dai -400 ai -1200 metri sotto il livello del mare. Trovano un uso domestico e commerciale.
Antraci
Gli antraci sono i carboni fossili più antichi e con il potere calorifico maggiore.
Le miniere di carbone
I giacimenti di carbone si possono trovare a cielo aperto oppure scavando delle gallerie e pozzi. Le miniere a cielo aperto sono dannose per lo ambiente. L' estrazione avviene tramite gigantesche macchine scavatrici che possono estrarre fino a 100 000 tonnellate di carbone al giorno. Nelle miniere vere e proprie invece si scavano pozzi profondi e lunghe gallerie per raggiungere le parti più ricche di carbone. Le miniere devono essere ben arieggiate perchè durante la estrazione si produce un gas inodore ed incolore altamente esplosivo.
Gli impieghi del carbone
Il carbone viene utilizzato per alimentare le centrali termoelettriche e come materia prima dell' industria chimica. Dal carbone si possono ricavare anche idrogeno, ammoniaca, metanolo, carburanti, solventi, coloranti, esplosivi, materie plastiche, prodotti medicinali e antiparassitari.
La macchina a vapore
La macchina a vapore fu inventata nella seconda metà del XVIII secolo dall meccanico inglese Thomas Newcamen, e poi migliorata da James Watt. E' alimentata da carbone, ed è un motore termico che sfrutta la dilatazione del vapore acqueo che immesso in uno stantuffo spinge un pistone su un albero a gomiti creando un movimento rotatorio, ( esempio: i pedali di una bicicletta che facendoci pressione sopra fanno girare la ruota ). Grazie a questa invenzione le industrie potettero sfruttare questa macchinma per far girare ingranaggi che alimentavano altre macchine che producevano varie cose. Poi fu usata la macchina a vapore anche per la navigazione e per le ferrovie.
Come funziona la macchina a vapore
La macchina a vapore sfrutta il calore del carbone che viene introdotto in un focolare e fatto bruciare. Questo calore alimenta una caldaia piena d' acqua e la trasforma in vapore. La dilatazione del vapore viene trasferita tramite un passaggio obbligato, in uno stantuffo nel quale è posizionato un pistone che sfrutta la forza del vapore e compie due movimenti in sensi opposti gazie a delle valvole che diriggono il vapore una volta sopra il cilindro ed un'altra sotto. Tramite una biella il movimento alternato si trasforma in movimento rotatorio.
La turbina a vapore
Tutto parte da una caldaia dove viene riscaldata dell' acqua per produrre vapore che entrando nelle turbine, grazie alla compressione del vapore fa girare delle pale, e di conseguenza l' energia termica si trasforma in energia meccanica. Poi il vapore va a finire in uno scarico in cui viene condensato, grazie a dei tubi di acqua fredda e si ritrasforma in acqua, e grazie a un tubo di ritorno va a finire di nuovo dentro la caldaia, e così si ripete il processo.
La centrale termoelettrica
Nella centrale termoelettrica possono essere utilizzati tre tipi di combustibili che sono: il carbone, l' olio combustibile ed il gas metano. La centrale è costituita da un bruciatore in cui avviene la combustione che fa bollire l' acqua contenuta dalla caldaia adiacente il bruciatore, e produce vapore che entra nella turbina e grazie alla forza di compressione del vapore fa girare le pale trasformando l' energia termica in energia meccanica. Alla turbina è collegato l' alternatore, che rtasforma l' energia meccanica in energia elettrica dopo di che passa al trasformatore che stabilizza la corrente, e la trasferisce alla rete elettrica.