Il carbone nel contesto energetico mondiale
Tabella 1
Paesi produttori di carbone
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Il carbone nel contesto energetico mondiale
Tabella 7
Ligniti: sono carboni abbastanza giovani e poco pregiati. Vengono 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.
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Alcune considerazioni sull’ipotesi di abbandono della fonte energetica carbone in Europa
Premessa
Attualmente il carbone costituisce la seconda fonte energetica consumata a livello mondiale, dopo il petrolio e prima del gas naturale. Come per gli altri due combustibili fossili, il suo consumo è in continuo aumento e si prevede che questo trend non solo non si fermerà, ma aumenterà significativamente. Inoltre, le riserve mondiali di carbone sono le più cospicue rispetto agli altri combustibili fossili: mentre petrolio e gas naturale, ai livelli di incremento dei consumi previsti, dureranno qualche decennio, le riserve di carbone potranno durare anche oltre un centinaio di anni.
Utilizzo attuale e trend futuro
Per approfondire l’argomento è importante conoscere la differenza fra riserve e risorse: per riserve si intendono i depositi già identificati e sfruttabili economicamente, per risorse si intendono i depositi probabili ma non identificati con certezza e/o quelli sfruttabili a costi non competitivi.
Per quanto concerne i combustibili fossili, secondo il Rapporto della British Petroleum del 2008, l’indicatore che consente di stimare le riserve è costituito dal rapporto R/P, dove R indica le riserve attualmente stimate e P la produzione annua attuale. In base a questo indicatore le riserve stimate dovrebbero durare: 41,6 anni il petrolio, 60,3 anni il gas naturale e 133 anni il carbone. Tenendo in debita considerazione la crescita della popolazione mondiale e l’incremento dei consumi, è ozioso pretendere, come vorrebbero le anime belle, che si attui una decisiva contrazione dell’utilizzo dei combustibili fossili.
Questo nonostante si stiano costruendo nuove centrali nucleari e malgrado l’incremento delle cosiddette energie rinnovabili. Su queste ultime è necessario un chiarimento di fondo: esistono due tipologie di energie rinnovabili, quelle che sono veramente alternative ai combustibili fossili, ossia, oltre al nucleare, l’idroelettrico, il geotermico, il solare termodinamico ed in parte le biomasse; e quelle che sono integrative, ossia che necessitano sia disponibile una fonte che fornisca energia (carico di base) con continuità ed in quantità utile.
Fra queste si annoverano il fotovoltaico, il solare termico, l’eolico, le maree, ecc. Inoltre, ulteriori handicap delle integrative sono costituiti dalla bassa densità energetica e dall’intermittenza della disponibilità, per cui spesso producono energia quando non serve che quindi va sprecata.
Impatto ambientale e sanitario
L’impatto ambientale e sanitario delle centrali termoelettriche alimentate a carbone è significativo, per cui sono oggetto di ricerca e sviluppo nuove tecnologie tese ad abbassare significativamente questo impatto: quindi analizziamo l’impatto attuale e di seguito discutiamo le tecnologie volte a ridurlo.
Per tracciare un bilancio corretto dell’impatto dell’utilizzo del carbone per produrre energia, dobbiamo farlo per tutto il ciclo del combustibile.
Partiamo quindi dall’estrazione, che presenta un altro grado di inquinamento e di perdite di vite umane per incidenti (senza contare gli invalidi ed i morti causati dall’antracosi, malattia altamente invalidante), secondo il WHO (Word Health Organization) valutabile statisticamente in circa 7000 addetti l’anno di cui 5000 in Cina, per continuare con il trasporto con la conseguente dispersione delle polveri, cosa che si verifica puntualmente anche nel corso dell’alimentazione degli impianti, specialmente in presenza di vento, la combustione con la conseguente formazione di gas e ceneri, l’impatto dei gas sull’atmosfera e delle ceneri su suolo e falde, per finire con lo smantellamento degli impianti.
Inoltre è noto che il carbone che viene combusto non è mai puro, ma presenta quantità significative di metalli pesanti (uranio compreso), mercurio (altamente tossico e cancerogeno, causa effetti nefasti al sistema nervoso provocando ritardi mentali), zolfo (ad esempio il carbone del Sulcis in Sardegna ne presenta quantità industriali tanto che a volte prende fuoco quando portato in superficie!), ossidi di zolfo e di azoto, metano ed altri inquinanti.
Secondo un articolo pubblicato dalla prestigiosa rivista Scientific American nel dicembre 2007, “una centrale a carbone disperde nell’ambiente 100 volte più radiazioni di una centrale nucleare che produce la stessa quantità di energia”. Inoltre, le scorie sono disperse soprattutto nelle ceneri. Tra l’altro, una centrale da 1000 MW termici, quindi 400 MW elettrici, produce ogni anno 240.000 metri cubi di ceneri che, inevitabilmente, sono disperse, almeno in parte, nell’ambiente.
Va sottolineato che le nanoparticelle > PM 10 (contenute anche nei fumi che escono dalle ciminiere delle centrali) non vengono bloccate dal “filtro” nasale. E’ vero che, da alcuni anni, per Legge, in quasi tutti i Paesi europei ed in Nord America, le ceneri sono (o dovrebbero essere) compattate e/o utilizzate nei cementifici, ecc., ma questo avviene da pochi anni, mentre per decenni sono state sotterrate o disperse in mare, cosa che avviene regolarmente nel resto del mondo. Quelle sotterrate, oltre ad inquinare i terreni, inquinano le falde, quelle disperse in mare, provocano danni minori, soprattutto morie di organismi delle zone interessate.
Le centrali termoelettriche a carbone più moderne non utilizzano più la combustione diretta, ma privilegiano la tecnologia letto fluido o la gassificazione. Esistono però tecnologie innovative che riducono drasticamente l’impatto ambientale provocato dalla combustione del carbone. Pregevoli da questo punto di vista quelle sviluppate dall’ENEA (come più sotto brevemente descritto), e diverse tipologie di filtri, sistemi di abbattimento dei fumi, postcombustione, ecc.
Il carbone rimane però il combustibile con il maggiore impatto ambientale e sanitario nei Paesi più arretrati tecnologicamente, per cui sarebbe auspicabile incrementare il passaggio tecnologico da parte dei Paesi più avanzati, eventualmente utilizzando il mercato delle emissioni, oppure come aiuto ai PVS.
In molti Paesi, anche tecnologicamente avanzati come la Germania, si brucia anche la torba che è caratterizzata da un basso potere calorifico e da rilevante percentuale di acqua.
La Germania, al di la della dissennata politica energetica consistente nel notevole finanziamento concesso alle cosiddette energie alternative, addirittura comprendente la costruzione di dispersori di energia elettrica e della priorità concessa loro nel dispacciamento (cosa quest’ultima che avviene anche in Italia), continua a costruire centrali a carbone: l’ultima, licenziata a fine dicembre dello scorso anno, è la più grande al mondo, e ne sono in costruzione altre sette, e sta distruggendo interi villaggi per estrarre la torba presente nel suolo.
Il maggiore produttore ed utilizzatore di carbone è comunque la Cina, seguita dagli Stati Uniti e dall’India.
Secondo il WHO (Word Health Organization) una centrale a carbone da 1000 MW termici, ossia 400 MW elettrici, appartenente alla tipologia più diffusa in Europa, causerebbe ogni anno 4000 morti per carcinomi e malattie polmonari. Sempre secondo lo stesso Ente, in Europa possiamo quantificare una morte ogni due causata dalle emissioni delle centrali a carbone, questo senza calcolare le morti e le malattie indirette causate dall’inquinamento delle falde causato dalle ceneri. Va aggiunto che, specie nei Paesi in Via di Sviluppo, spesso le centrali sono obsolete e non hanno sistemi di contenimento e/o trattamento dei fumi.
Nella Tabella 5 sono indicate le centrali in costruzione nei Paesi extraeuropei che stanno incrementando maggiormente l’utilizzo del carbone.
Utilizzo a minore impatto ambientale
Mentre in Italia continuare con il carbone ha poco senso, anche perché questo è comunque importato, i Paesi che dispongono di vaste riserve ed incrementano continuamente i consumi energetici, difficilmente ne abbandoneranno l’utilizzo. Per citare un esempio significativo, la Cina, come discusso più sopra, sta implementando continuamente la costruzione di nuove centrali, ed anche se sta diversificando la produzione energetica, la maggior parte di questa avviene per mezzo della combustione del carbone.
Questo rende critica la situazione ambientale globale e quindi acuisce la necessità di utilizzare le nuove tecnologie di combustione e di trattamento delle ceneri. Anche se, come sostengono vari Autori, l’incremento dell’effetto serra non fosse causato dalle attività umane, l’impatto provocato dalla combustione del carbone sull’ambiente e sulla salute è comunque devastante.
Sono attualmente in corso studi e ricerche volte a diminuire drasticamente l’impatto ambientale e sanitario del carbone, ma è illusorio pensare che questo avvenga su scala mondiale e possa in ogni caso essere risolutivo. Pregevole da questo punto di vista la ricerca effettuata dall’ENEA: “Modelli avanzati di combustione del carbone e della produzione di inquinanti.
Simulazioni CFD del reattore ISOTHERM-ITEA alimentato con carbone Sulcis”, poiché dimostra la fattibilità di abbattere drasticamente l’impatto prodotto dalla combustione di carbone anche di scarsa qualità.
Sequestro della CO2
Un argomento che viene spesso discusso concerne il sequestro della CO2 (anidride carbonica) prodotta dalla combustione dei fossili, poiché ritenuta la principale causa dell’innalzamento dell’effetto serra. In effetti, esistono svariati progetti in tal senso, di seguito li analizziamo con qualche dettaglio, prendendo in considerazione i vantaggi gli svantaggi ed i possibili rischi connessi ad ognuno di essi:
- Mineral Storage: consiste, come si desume dal nome, nello stoccaggio in minerali, ottenuto facendo reagire l’anidride carbonica con minerali contenenti calcio e manganese, imitando pertanto quanto normalmente avviene in natura, ma velocizzando il processo di alcuni ordini di grandezza. Ovviamente si possono anche utilizzare gli ossidi di calcio e di manganese provenienti da rifiuti industriali. Lo svantaggio di questa tipologia di confinamento consiste nella necessità di un significativo surplus di energia, secondo varie valutazioni, valutabile dal 60 al 180 per cento;
- Miniere di Carbone e Giacimenti Esausti di Petrolio e Gas Naturale: questo tecnica consiste nell’iniezione di CO2 nelle miniere di carbone e nei giacimenti esausti di petrolio e gas naturale. Questa tecnologia richiede attente valutazioni, poiché l’immissione di CO2 nel sottosuolo può comportare reazioni chimiche con le rocce di copertura e con le altre rocce presenti provocando la precipitazione dei carbonati e la riduzione della permeabilità, la variazione del PH dei fluidi presenti causandone l’acidificazione e quindi la morte degli organismi del sottosuolo ed il disfacimento delle rocce, evento che comportala lo liberazione degli eventuali metalli pesanti presenti. Può anche causare la riattivazione di faglie per l’aumentata pressione sulle rocce; può anche determinare la fluidificazione dell’olio, il ripristino delle pressioni nel caso di giacimenti di gas e, nel caso del carbone, la produzione di metano qualora la miniera non sia sfruttabile dal punto di vista economico per estrarre carbone. Non va neanche esclusa la possibile risalita di quantità significative di anidride carbonica a causa di terremoti o bradisismi. Inoltre, possibili rilasci subitanei, possono provocare la morte degli animali e degli uomini presenti nella zona interessata dall’evento poiché l’esposizione a concentrazioni di CO2 in aria superiori al 7% provoca morte o danni alla salute irreversibili;
- Profondità Oceaniche: negli oceani sono già presenti enormi quantità di anidride carbonica e tutta quella prodotta dall’attività umana potrebbe in teoria essere aggiunta a quella già presente, poiché il rilascio attraverso la superficie degli oceani è molto lento e, se iniettata sotto i 1000 metri, potrebbe rimanervi confinata per centinaia di anni. E’ però necessario considerare il ruolo che svolge nel ciclo biogeochimico del carbonio, provocando l’aumento di PH con il conseguente impatto sulle Specie, determinando quindi cambiamenti negli ecosistemi marini. Una eventualità particolarmente critica è rappresentata dal possibile rilascio in atmosfera di CO2 in tempi brevi. Questo potrebbe comportare, se rilasciata in quantità significative, il trasporto in superficie degli idrati di metano (ossia clatrati, gabbiette di ghiaccio d’acqua contenenti metano allo stato liquido, che si trovano soprattutto alla base delle scarpate continentali e contengono almeno il 90% di tutto il metano presente sulla Terra). Questo evento è già avvenuto in passato, allora per cause naturali, quando l’anidride carbonica, allora di provenienza vulcanica, superò un livello di concentrazione elevato (ma non sappiamo di quanto, poiché le uniche testimonianze di questo evento sono geomineralogiche), ciò ha portato, alla fine del Permiano (circa 255 milioni di anni fa), ad un innalzamento notevole della temperatura, stimato in un range di 40/50 °C, causando la più grande delle estinzione di Specie verificatesi da quando esistono Specie pluricellulari.
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