Combustibili fossi: carboni

COMBUSTIBILI FOSSILI: CARBONI

ieri, oggi e domani

TECNOLOGIAprof. Giovanni Volpe

OGGI IMPARERAI...

• Definizione di carbone

• Come si formano

• I vari tipi di carbone

• Come si estraggono

• Capirai i vantaggi e gli svantaggi dell'utilizzo del carbone

Consigli: non copiare quando prendi appunti, rielabora e se c'è qualcosa che non è chiara, chiedi. A casa: guarda la presentazione, controlla i tuoi appunti ed integra con quello che trovi online.

COSA VI VIENE IN MENTE QUANDO SENTITE LA PAROLA “CARBONE”?

THINK OF THE TERMS “FOSSIL” AND “FUEL” TO GUIDE YOUR THINKING!

Definizione di carbone

Formato dai resti di piante vissute milioni di anni fa

PROPRIO COME I FOSSILI!

Fonti di energia

PERCHÉ SONO COMBUSTIBILI!

COME SI SONO FORMATI?

Trasformazione in fonti energetiche che possegono una elevata energia chimica

Resti di antiche foreste (materiale organico) sono stati sepolti negli strati rocciosi nel corso di milioni di anni.

Processo di carbonizzazione

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Chimicamente parlando...

Legami molto forti tra atomi di carbonio e carbonio e carbonio ed idrogeno.

Idrocarburi si presentano sotto forma di solido, liquido o gas. Il metano è un esempio di idrocarburo (non è un carbone)

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PERCHÈ CARBONI?

Litantrace

• Il più utilizzato
• Buona % di carbonio
• Utilizzato anche nell'indistria siderurgica

TORBA

• Precursore del carbone vero e proprio
• Bassa % di carbonio
• In fase di carbonizzazione
• Agricoltura, isolante

Lignite

• Relativamente di giovane formazione
• % di carbonio medio/bassa
• ce ne sono di diversi tipi

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Alcuni tipi di carbone

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Antracite

• Molto antico
• Altissima % di carbonio
• Elevato potere calorifico
• Molto costoso

COME VENGONO ESTRATTI?

MINIERE

CAVE A CIELO APERTO

quando il giacimento di carbone si trova vicino alla superficie.

quando il giacimento di carbone si trova a una profondità significativa sotto la superficie.

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QUALI SONO I PRO E I CONTRO DEL CARBONE?

THINK AND DISCUSS WITH YOUR SEATMATE FOR 5 MINUTES.

ELEVATO POTERE CALORIFICO

La combustione del carbone rende produzione di calore e l’elettricità.

...quindi possono generare grandi quantità di energia.

I problemi del carbone

NON RINNOVABILI

Una volta utilizzati, non possono essere rinnovati in tempi brevi!

CONTRIBUISCONO AL SURRISCALDAMENTO GLOBALE

Quando bruciati producono anidride carbonica e altri gas serra. Sono i combustibili fossili più inquinanti

PERICOLOSI PER LA SALUTE

L'utilizzo del carbone è stato collegato a malattie respiratorie.

IN CHE MODO LA SCIENZA AFFRONTA I PROBLEMI DELL'UTILIZZO DEL CARBONE NEL 21° SECOLO?

Ricerca online su ciò che viene attualmente fatto per rendere l'utilizzo del carbone più sostenibile e rispettosi dell’ambiente. Crea con Canva una infografica , condividila su classroom e discutiamone al prossimo incontro.

Estrazione a cielo aperto (Open-Pit Mining): questo metodo viene utilizzato quando il giacimento di carbone si trova vicino alla superficie. Si inizia scavando una grande buca o fossa. Le macchine da miniera, come dragline o scavatrici, rimuovono il terreno sovrastante per raggiungere il carbone. Questo approccio è economicamente vantaggioso per giacimenti superficiali, ma può avere un impatto significativo sull'ambiente circostante. Estrazione tramite miniere di montagna (Mountain Top Removal Mining): questo è un sottotipo di estrazione a cielo aperto utilizzato principalmente negli Appalachi degli Stati Uniti. In questo caso, le cime delle montagne vengono rimosse per accedere al carbone sottostante. Questo metodo è altamente controverso a causa del suo impatto ambientale.

Carbon fossile che trova maggiore utilizzazione nell’industria. E’ di colore scuro opaco o poco lucente, di formazione più antica della lignite e più recente dell’antracite. La sua formazione risale al periodo carbonifero, cioè a circa 300 milioni di anni fa. Contiene una percentuale di carbonio pari a circa il 93% e una percentuale di zolfo molto bassa e talvolta nulla. Per la sua composizione, che permette gli usi più svariati, e per la vastità dei giacimenti, è il più importante dei carboni fossili. Dal litantrace riscaldato ad elevate temperature (1000°C) in assenza di aria, si ricava il coke metallurgico. Quest’ultimo viene utilizzato negli altiforni per la produzione di acciaio.

E’ un carbone abbastanza giovane detto anche brown coal (carbone marrone) e, a differenza della torba che proviene dalla carbonizzazione di erbe palustri, deriva da masse di alberi d’alto fusto di più remota formazione e che hanno subito trasformazioni più profonde rispetto alla torba. A secondo dei giacimenti ed i gradi di carbonizzazione vengono distinti diversi tipi di lignite: lignite torbosa (friabile e stratificata); lignite picea (nera, lucida); lignite xiloide (che porta ancora visibile la struttura del legno). La lignite appena estratta contiene il 40% di umidità, che dopo l’essiccamento, si riduce al 15-20%. Può essere utilizzata direttamente o in forma di mattonelle ottenute per semplice compressione. Questo carbone, che contiene una percentuale di carbonio pari a circa il 75%, non è un buon combustibile e poiché non conviene affrontare le spese di trasporto, viene utilizzato sul posto per alimentare centrali termoelettriche o come materia prima per alcune industrie chimiche.

rocce sedimentarie costituiti principalmente da carbonio e idrogeno, derivati da resti vegetali e animali seppelliti sotto pressione e calore per milioni di anni.

Derivano da grandi distese di foreste che, centinaia di milioni di anni fa, sono sprofondate e sono state ricoperte dalle acque e, poi, sepolte sotto una spessa coltre di argilla ed altri materiali. La lenta e graduale decomposizione di queste enormi quantità di legname, avvenuta in assenza di aria, in presenza di batteri anaerobi e sotto l’azione di grandi pressioni ed alte temperature, ha generato un processo di trasformazione chiamato carbonizzazione. I tessuti vegetali, che sono costituiti prevalentemente di cellulosa (costituita da idrogeno e ossigeno), durante il processo di carbonizzazione hanno perso gradualmente l’idrogeno e l’ossigeno. Al termine della trasformazione è rimasto solo il carbonio. I grandi sconvolgimenti geologici che causarono l’inizio di questi grandi fenomeni di trasformazione avvennero in diverse Ere, quindi i carboni fossili che estraiamo hanno età diverse e sono di vario tipo a seconda della durata del processo di trasformazione subito.

Non è un vero carbon fossile, infatti contiene una percentuale di carbonio pari a circa il 60%, perché deriva da piante erbacee lacustri che hanno subito una trasformazione limitata. Ha un aspetto spugnoso o addirittura filamentoso, fibroso ed un colore nerastro. Si trova in giacimenti superficiali (pochi metri di profondità) e in terreni acquitrinosi detti torbiere (giacimenti importanti si trovano in Islanda, Olanda, Germania, ex Unione Sovietica e Finlandia) dove viene estratta con una draga (macchina da scavo). Contiene molta acqua (fino al 70-90%) e viene pertanto essiccata e compressa in mattonelle. Ha un alto contenuto di ceneri e non è un buon combustibile, viene pertanto impiegata soprattutto in agricoltura come concime e come correttivo dei terreni per arricchirlo di humus, come isolante termo-acustico e, grazie al suo elevato potere assorbente e deodorante, come lettiera per il bestiame.

Il più antico dei carboni fossili e rappresenta il prodotto di un avanzatissimo stadio di carbonizzazione dei vegetali. Ha un aspetto metallico, nero, lucente e compatto e brucia lentamente non lasciando alcun residuo durante la combustione. Contiene una altissima percentuale di carbonio (circa il 95%) e conseguentemente bassi tenori di ceneri e di sostanze volatili. Per il suo notevole potere calorifico è uno tra i migliori combustibili . Ideale per il riscaldamento, non trova grandi applicazioni industriali perché si preferisce il meno costoso litantrace.

Estrazione tramite gallerie (Underground Mining): questo metodo è utilizzato quando il giacimento di carbone si trova a una profondità significativa sotto la superficie. Si scavano tunnel o gallerie per accedere al carbone. Ci sono vari tipi di estrazione sotterranea, tra cui il room and pillar mining (estrazione a stanze e pilastri) e il longwall mining (estrazione a fronte avanzante). L'estrazione sotterranea è più costosa e complessa rispetto a quella di superficie ma è spesso utilizzata quando i giacimenti di carbone sono troppo profondi per l'accesso diretto dalla superficie.

La qualità del carbonio dipende dal grado di carbonizzazione che ha subito la massa vegetale, cioè dalla sua età. I carboni più antichi sono molto ricchi di carbonio e quindi hanno un maggiore potere calorifico. I vari tipi di carbone si distinguono in base al periodo geologico in cui è iniziato il loro processo di carbonizzazione.