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MATERIE PRIME ENERGETICHE fonti dalle quali si ricava energia per le attività domestiche ed industriali M. p. energetiche vegetali legno M. p. energetiche.

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1 MATERIE PRIME ENERGETICHE fonti dalle quali si ricava energia per le attività domestiche ed industriali M. p. energetiche vegetali legno M. p. energetiche minerarie M. p. minerarie non energetiche carbone petrolio metano combustibili fossili nucleari fissili uranio plutonio minerali metalli

2 CARBONE FOSSILE Con il termine carbone fossile si intende qualsiasi sostanza costituita da resti vegetali, più o meno completamente fossilizzati in ere geologiche lontane (Paleozoico superiore) secondo il processo di carbonizzazione (carbogenesi), e che presenti la proprietà di combinarsi con lossigeno atmosferico con reazione fortemente esotermica (produzione di calore). In pratica, la carbonizzazione avviene per trasformazione delle sostanze organiche originali (legno o altri vegetali) secondo un processo che è inizialmente microbiologico e che poi prosegue, nel corso di millenni, attraverso complesse trasformazioni con il determinante intervento di fattori fisici, quali la pressione e la temperatura in assenza dellazione ossidante dellaria.

3 Vi sono numerose tipologie di carboni fossili caratterizzati da particolari proprietà fisiche e chimiche che rivestono grande importanza ai fini della loro utilizzazione pratica. I più noti sono la torba, la lignite, il litantrace (il carbone per antonomasia) e lantracite (la varietà qualitativamente più pregiata). Il carbone fossile è stato utilizzato fin dallantichità come combustibile. Numerose prove archeologiche ne testimoniano luso fin dallEtà del Bronzo, ma è a partire dal secolo XIX che il suo sfruttamento su larga scala imprime unaccelerazione decisiva al progresso industriale.

4 fonte energetica storica prima materia prima energetica dello sviluppo industriale malgrado i vincoli ambientali contribuisce ancora per il 25% al consumo energetico mondiale

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8 Ancora oggi il carbone costituisce una delle fonti energetiche di primaria importanza su scala planetaria, soddisfacendo una quota superiore a un quarto dellintera domanda mondiale di energia primaria confermandosi come la seconda fonte di energia dopo il petrolio. Con una presenza diffusa in molte aree del mondo, il carbone soddisfa quasi il 45% del fabbisogno energetico complessivo dellAsia e più del 50% di alcuni Paesi, tra cui Cina e India. La accresciuta domanda energetica degli ultimi anni ha portato a un incremento della quota di carbone sul totale del fabbisogno energetico mondiale. A ciò ha contribuito, da un lato, la crescita dei prezzi del petrolio e del gas naturale e, dallaltro, il recupero di competitività dellindustria carbonifera, che è riuscita a mantenere bassi i costi di produzione grazie a un continuo miglioramento delle tecnologie di estrazione e allo sfruttamento di miniere a cielo aperto.

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10 ESPLORAZIONE, ESTRAZIONE, PREPARAZIONE, TRASPORTO Localizzazione sistema di trivellazione con recupero di carote (esame natura e consistenza filone carbonifero) Estrazione miniere sotterranee a cielo aperto (max 40 metri) Pulitura classificazione lavaggio miscelazione Trasporto su strada per ferrovia, per via marittima carbodotti

11 CLASSIFICAZIONI DEI CARBONI Era geologica torba ( Kcal/kg) lignite ( Kcal/kg) litantrace ( Kcal/kg) antracite ( Kcal/kg) Potere calorifico carboni duri ( Kcal/Kg) ligniti ( Kcal/kg) Internazionale (CECA, UE)

12 CLASSIFICAZIONE INTERNAZIONALE Classi (da 1 a 9) % sostanze volatili (entro il 30%) potere calorifico (oltre 30%) Gruppi (da 0 a 3) proprietà agglomeranti Sottogruppi (da 0 a 5) proprietà cokificanti Griglia formata da 61 caselle in ognuna delle quali ogni carbone viene individuato da un codice formato da 3 cifre: classe-gruppo-sottogruppo Da un punto di vista commerciale la tabella viene suddivisa in 7 zone nelle quali sono comprese carboni con codice diverso ma idonei allo stesso impiego.

13 Cokizzazione Gassificazione Idrogenazione Ossidazione Estrazione Idrolisi Solfonazione Amminazione Alogenazione CARBONE Coke Catrame Gas di cokeria Gas dacqua Gas daria Gas misto Gas doppio Combustibili liquidi Prodotti chimici Acidi umici rigenerati Acidi organici Carboni privi di ceneri Cere e resine Prodotti chimici Resine scambiatrici Materiali per trattamento acque Resine scambiatrici Solventi fluorurati

14 APPLICAZIONI INDUSTRIALI 1/2 Produzione di energia elettrica 40% c.m. Produzione di vapore e calore per usi industriali 30% c.m. Produzione di ghisa ed acciaio (coke metallurgico) 30% c.m. Australia86% Cina81% Danimarca59% Grecia70% India75% Polonia96% Repubblica Ceca74% Sud Africa90% USA56%

15 APPLICAZIONI INDUSTRIALI 2/2 Carbone da vapore (Steam Coal) –Centrali termoelettriche produzione energia elettrica –Centrali termiche produzione vapore e calore (usi industriali) Carbone metallurgico (Met Coal) Coke (residuo solido ottenuto dalla distillazione secca del carbone fossile) ghisa ed acciaio

16 In Italia, lunica risorsa carbonifera è concentrata in Sardegna, nel bacino del Sulcis. Si tratta però di minerale di scarsa qualità. Per tale motivo, oltre che per ragioni di economicità, il carbone viene quasi interamente importato.

17 In ogni caso il suo contributo al fabbisogno di energia primaria nazionale è ancora relativamente modesto, pari a circa l8%.

18 È invece opportuno che tale quota cresca, in considerazione della necessità sia di diversificare le fonti energetiche nazionali, sia di ridurre i costi di produzione, visto che il prezzo del carbone è molto più contenuto rispetto a quelli di petrolio e gas. Un esempio concreto di benefici ambientali è quello della riconversione della centrale di Torrevaldaliga Nord, presso Civitavecchia, da olio combustibile a carbone. In Europa circa un terzo dellenergia elettrica viene prodotta utilizzando il carbone come combustibile. Anche Paesi ad alta sensibilità ambientale come la Germania e la Danimarca usano il carbone per produrre una quota assai rilevante della loro elettricità.

19 IL CARBONE E L'IMPATTO AMBIENTALE Per le sue caratteristiche di: abbondante disponibilità sicurezza di approvvigionamento competitività intensità di mano dopera elevata sicurezza nel maneggio, trasporto ed uso il carbone è, e rimarrà nelle previsioni al 2020 il combustibile primario nella generazione di energia elettrica nel Mondo ed in Europa. Così come rilevato nel libro verde il carbone nel trasporto e nello stoccaggio presenta rischi minori di quelli attribuibili al trasporto di altri combustibili fossili.

20 Nel corso del 1997 la International Maritime Organization (I.M.O.) ha sancito lesclusione del carbone fossile, a differenza del petrolio e del gas naturale, dalle sostanze rischiose e nocive trasportate via mare. lItalia rappresenta solamente lo 0,10% del totale delle emissioni mondiali di CO2 generate dalla combustione nelle centrali elettriche a carbone. LUE stima che tale percentuale decrescerà al 0,05% nel 2030 a fronte di una crescita del +87% nelle emissioni a livello mondiale. Relativamente alle normative comunitarie sugli impianti termoelettrici, lItalia ha recepito la Direttiva 88/609/CEE concernente la limitazione delle emissioni nellatmosfera di taluni inquinanti originati dai grandi impianti di combustione introducendo limiti più severi di quelli previsti dalla direttiva stessa. Ciò sia per gli impianti nuovi, sia soprattutto per gli impianti esistenti.

21 Il principale impatto ambientale causato dalla combustione del carbone è costituito dalle emissioni di: anidride solforosa (SO2) 70% rispetto al 1980 ossidi di azoto (NOx) 63% rispetto al 1987 polveri presenti nei fumi di combustione (ceneri) riciclo al 100% (calcestruzzo, cemento, pavimentazione stradale) Negli ultimi anni i sistemi per ridurre le emissioni si sono profondamente evoluti rispetto al metodo iniziale che si basava sulla dispersione dei fumi con alti camini. Labbattimento delle emissioni di inquinanti, con sistemi sempre più sofisticati di trattamento dei fumi, quali i desolforatori, i denitrificatori, i depolverizzatori; La prevenzione della loro formazione, per abbattere allorigine la produzione di emissioni inquinanti con tecniche e processi innovativi che migliorano le efficienze energetiche

22 Allo scopo di aumentare la compatibilità ambientale e lefficienza delle varie fasi del ciclo del carbone, sono state avviate da tempo in tutti i maggiori paesi numerose iniziative di R&S tecnologie pulite fattore combustione tecnologie Zero emission (impiantistiche integrate in impianti di massificazione, con trasformazione del gas di sintesi in idrogeno, che darebbero luogo a soluzioni effettivamente ad emissioni nulle) Fondo per il finanziamento delle attività R&S di interesse generale del sistema elettrico nazionale Il programma nazionale della ricerca.

23 Le tecnologie innovative oggi utilizzate per il carbone pulito sono: Combustione a Letto Fluido FBC Polverizzazione del carbone PCF Combustione a letto fluido pressurizzato PFBC Gassificazione del carbone IGCC Polverizzazione pressurizzata del carbone PPCC Gassificazione del carbone Fuel Cell Systems IGFC LItalia può contribuire efficacemente al contenimento globale delle emissioni di CO2 impegnandosi fortemente nel sostenere i meccanismi flessibili previsti nel Protocollo di Kyoto: le Joint Implementation – JI il Clean Development Mechanism - CDM.

24 NUOVE TECNOLOGIE PER LUTILIZZO DEL CARBONE Polverizzazione del carbone (PF): è la tecnica innovativa di combustione oggi maggiormente diffusa, adottata da tutti gli impianti a carbone che prevedono lutilizzo della sola turbina a vapore. Sta conoscendo recentemente ulteriori sviluppi nei bruciatori a basso NOx con carboni sempre più polverizzati. Tecnologia ultrasupercritica (USC): rappresenta unevoluzione della precedente tecnologia. I parametri termodinamici vengono spinti fino a °C e le pressioni fino a bar, introducendo innovazioni di tipo fluidodinamico sul macchinario e tecnologie più avanzate di combustione.

25 Gassificazione del carbone (IGCC): rappresenta unalternativa al sistema attuale di combustione e consiste nel portare il polverino ad elevata temperatura a contatto con vapore ed ossigeno. Attraverso reazioni chimiche viene prodotto un gas utilizzato nelle turbine a gas, mentre i fumi caldi di scarico sono in grado di generare il vapore che alimenta la turbina. I rendimeni attesi sono dellordine del 50%. Lo zolfo presente nel carbone può essere completamente recuperato in forma commerciale e le ceneri vengono convertite in scorie inerti vetrificate. Di questa tipologia sono in funzione in Europa e negli USA vari impianti dimostrativi con taglie comprese tra 80 e 318 MW.

26 Combustione a letto fluido (FBC): con questa tecnica la combustione del carbone avviene in un letto di particelle riscaldate sospese in un flusso gassoso che consente la loro rapida miscelazione. Attualmente sono disponibili due tipi di letto fluido pressurizzato: a letto ribollente e a letto circolante. I rendimenti attesi sono inferiori a quelli della gassificazione (42-45%), ma le prestazioni ambientali sono significative perché grazie a questo sistema si ottiene un abbattimento fino al 90% degli SOx come residui gassosi stabili ed una riduzione degli NOx determinata dalle più basse temperature di combustione. In Europa sono stati avviati vari impianti dimostrativi, tra cui uno in Gran Bretagna da MW. Un impianto a letto fluido circolante da 340 MW (Suclis 2) è in corso di realizzazione in Sardegna ad opera di ENEL.

27 Cicli combinati a combustione esterna (EFCC): si tratta di impianti nei quali un ciclo convenzionale viene alimentato dai fumi provenienti dalla combustione esterna di combustibili poveri (biomasse o rifiuti) o di carbone. Il rendimento atteso è compreso tra il 45 e il 50% ma la maturità tecnologia di questi impianti viene indicata non prima del 2010 in quanto risulta critico lo sviluppo dello scambiatore di calore. In USA è in corso un ampio programma di sviluppo su scala dimostrativa.


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