Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici prof. ing. Francesco Asdrubali a.a. 2007/08.

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1 Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici prof. ing. Francesco Asdrubali a.a. 2007/08 Combustibili fossili e nucleari

2 COMBUSTIBILI FOSSILI In senso stretto andrebbero identificati come combustibili fossili i soli combustibili solidi, generati con processo chimico-fisico di pietrificazione o fossilizzazione Nella corrente accezione ingegneristica del termini vengono compresi anche gli idrocarburi - SOLIDI - LIQUIDI - GASSOSI Risorsa non rinnovabile

3 CARBONE: sostanze complesse ad alta massa molecolare di origine organica, contenenti carbonio, idrogeno, azoto, zolfo, ossigeno; minerali quali pirite, argilla, calcite I carboni fossili derivano da ammassi di piante decomposte sotto elevate pressioni e temperature e grazie allausilio di microrganismi speciali eliminazione di O e H cellulosa, rimane il C AUTOCTONI CLASSIFICAZIONE DEI CARBONI ALLOCTONI ETA Palustre TorbaErbacea Marina Torbosa LigniteXiloide Picea Magro Litantrace Grasso Antracite

4 CLASSIFICAZIONE ASTM CLASSE Icarboni antracitici CLASSE IIcarboni bituminosi CLASSE IIIcarboni sub bituminosi CLASSE IVcarboni lignitici ETA

5 Variazione della composizione e delle proprietà del carbone con letà

6 ANALISI DEI CARBONI: - APPROSSIMATE (QUALITATIVE/ QUANTITATIVE) - DI LABORATORIO volte a determinare il contenuto di acqua, ceneri, componenti volatili, carbonio, H, S, N, O, ecc. AS MINEDappena estratto AS RECEIVEDappena ricevuto AS BURNTappena bruciato

7 Umidità: varia dal 30% e oltre nelle torbe al 5% e meno nelle antraciti; Ceneri: ricche di silice, allumina, calcio, ferro, sodio, potassio, magnesio. Sono un materiale inerte, ma se hanno punto di fusione inferiore a 1300°C possono formare scorie fluide Zolfo: di natura organica o inorganica, durante la combustione si trasforma in anidride solforosa Sostanze volatili: sono i prodotti che si liberano come gas e vapori per riscaldamento dei carboni ad alta temperatura

8 SO 2 NO x COMBUSTIONE DEL CARBONECO CO 2 particolato ceneri Preparazione del combustibile Controllo del particolato, CO; NOx, SOx Smaltimento ceneri

9 Composizione e proprietà dei diversi tipi di carbone

10 Combustione a letto fluido

11 TRASPORTO DEL CARBONE MARITTIMO SUL TERRITORIO SLURRY costi elevati FERROVIA130 – 140 L/t CHIATTE210 – 260 L/t AUTOCARRO260 – 290 L/t NASTRI TRASP.150 – 180 L/t SLURRY180 – 230 L/t

12 Idrocarburi Co mposti da carbonio e idrogeno Origine: Trasformazione di sostanze organiche di origine animale e vegetale (naftogenesi) raccoltesi in formazioni sedimentarie

13 Giacimenti petroliferi Roccia madre (di natura argillosa) Roccia serbatoio (porosa) Roccia di copertura (impermeabile)

14 Estrazione del petrolio

15 l petrolio greggio si presenta come un liquido viscoso più o meno colorato ed è costituito da una miscela di idrocarburi con piccole percentuali di acqua, composti ossigenati, azotati, e solforati ed impurità quali sabbia Valore del greggio : Costo di trasporto dal luogo di origine Densità Tenore di zolfo

16 La densità, si misura in gradi API (American Petroleum Institute), su una scala che va da meno di 10 a oltre 50. Maggiore è il grado API e minore è la densità. Un greggio meno denso viene definito leggero. Su questa base i greggi si dividono in pesanti, con un grado API inferiore a 22, medi tra i 22° e 34° e leggeri da 34 gradi API in poi. I greggi leggeri sono i più pregiati, mentre quelli pesanti sono i meno pregiati. Anche per quanto riguarda il contenuto di zolfo i greggi vengono suddivisi in tre categorie: sweet (zolfo inferiore allo 0,5% del peso), medium sour (tra 0,5% e 1,5%) e sour (maggiore di 1,5%). Un minor contenuto di zolfo è indice di una maggiore qualità del greggio e di un maggior valore

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18 Raffinazione del petrolio

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20 resa in frazioni leggere: 15-20% resa in frazioni medie: 30-50% gas condensabili: GPL

21 Proprietà dei prodotti petroliferi

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23 Composizione e proprietà dei diversi tipi di combustibili liquidi

24 Prezzi del petrolio

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28 Gas naturale: miscela di idrocarburi saturi alifatici (paraffine) Metano: gas inodore, incolore, più leggero dellaria, insolubile in acqua. Temperatura critica: - 82,6 °C; temperatura di ebollizione alla Patm: -161,5°C.

29 Proprietà dei combustibili fossili gassosi

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32 Distribuzione di gas naturale in Europa

33 Distribuzione di gas naturale in Italia Alta pressione: > 0,5 MPa Media pressione: 0,05-0,5 MPa Bassa pressione: <0,05 MPa

34 1986

35 2006

36 Il ruolo della rigassificazione

37 il ruolo crescente del GNL nel mercato internazionale del gas naturale

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40 COMBUSTIBILI NUCLEARI RADIOATTIVITA NATURALE alcuni nuclei tendono a decadere, ossia a trasformarsi in elementi a configurazione più stabile, con emissione di particelle e/o radiazioni tempo di dimezzamento Becquerel (Bq) = 1 disintegrazione al secondo Curie (Ci)1 Ci = 3,7 x 10 10 Bq RADIOATTIVITA INDOTTA = conferimento di protoni o neutroni Plutonio non esiste in natura 239 tende a decadere composizione atomica Uranio naturale U23899,274% U2350,72%arricchimento dellUranio U2340,0006%

41 Reazione nucleare di fissione: 235 U + n 2PF + 2,5 n + 200 MeV FISSILE subisce direttamente la MATERIArezione di fissione FERTILEpuò diventare fissile attraverso successive trasformazioni FISSILEU235, Pu239 U23592 protoni143 neutroni U23894 protoni145 neutroni isotopo più stabile delluranio: U238

42 ARRICCHIMENTO URANIO 235 -Separazione elettromagnetica - diffusione in mezzi porosi - forza centrifuga NEUTRONI VELOCIgenerati reazione fissione NEUTRONI LENTI O TERMICI (2-3.000 m/s) rallentati da un moderatore probabilità 200 volte superiore che avvenga la reazione di fissione supercritica + di 1 neutrone Reazionecontrollata 1 neutrone incontra 1 nucleo fissile sottocritica – di 1 neutrone - Reazione nucleare di fissione:

43 MODERATORI FORTIarricchimento U235 (acqua) MODERATORI DEBOLIva bene contenuto naturale (grafite) ASSORBITORE REFRIGERANTE Reazione nucleare di fissione: