COMBUSTIBILI FOSSILI Carbone, petrolio, gas naturale

FONTI ESAURIBILI, INQUINANTI

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CARBONE Sporco e inquinante

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Cos’è il carbone?

Cos’è? •Combustibile fossile

Combustibile = è capace di bruciare Fossile = è diventato una pietra vecchia

centinaia di migliaia di anni

È composto da: • Carbonio

Più è vecchio e più alta è la quantità di carbonio in percentuale = più può bruciare, quindi più il carbone è prezioso

• Acqua Più è vecchio e minore è la percentuale di acqua = brucia meglio

• Altre sostanze Zolfo, Azoto, argilla = sostanze che diventano ceneri volatili inquinanti

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Disponibilità Molte riserve = Le riserve di carbone sono ancora ampie

PRODUZIONE ELETTRICA CON CARBONE

Unione Europea 51%

Stati Uniti 52%

Cina 80%

India 70%

scaricando i fumi direttamente

nell’atmosfera, l’inquinamento delle grandi

città è tale da oscurare il cielo.

Utilizzi in Italia: Siderurgia e centrali termoelettriche Produzione di elettricità = è ancora utilizzato nelle centrali termoelettriche Coke = con la litantrace si produce Coke per l’industria siderurgica

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Impatto sull’ambiente e sulla salute: • Combustibile più inquinante Combustione= inquina l’aria (polveri, CO2, SOx, NOx), causa effetto serra e piogge acide Stoccaggio e trasporto = si può incendiare, si polverizza inquinando l’aria

• Problemi alla salute = Provoca cancro e

problemi respiratori

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Origini del carbone

Foreste preistoriche

Gigantesche foreste

sviluppate grazie al

clima caldo-umido,

vengono sommerse

dall’acqua e

sprofondano sotto strati

di fango. in Germania,

Gran Bretagna, Cina

ecc.

Carbonizzazione Il fango, sotto la forte

pressione degli strati

superiori, si trasforma in

roccia. Nell’arco di

milioni di anni i batteri

“divorano” l’idrogeno e

l’ossigeno del legno e

resta principalmente il

carbonio.

Carbone

Dopo milioni di anni si

formano giacimenti di

carbone, sotto altri strati

di roccia.

Più è antico il carbone e

più è alta la % di

carbone e quindi la resa

= potere calorifico

Carbonifero

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Tipi di carbone Torbe: superficiali, di recente formazione, si

sono formate da piante in zone paludose, sono ricche di acqua con potere calorifico basso

Ligniti: abbastanza recenti, poco pregiate.

Vengono estratte solo da miniere a cielo aperto e utilizzate sul posto dalle centrali termoelettriche.

I carboni fossili veri e propri, formati nel periodo Carbonifero circa 300 milioni di anni fa. Oggi si estraggono in miniere.

Le litantraci: sono abbastanza comuni e sono il

combustibile per le centrali termoelettriche.

L’antracite combustibile solido più antico e

pregiato perché con maggiore % di carbonio e minore di acqua e quindi con maggiore potere calorifico. Bruciando crea poco fumo.

Coke: è un carbone artificiale che si ricava dal litantrace.

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Miniera a cielo aperto

1. Le ruspe sbancano la cava.

2. Una gigantesca escavatrice, alta 70 m, raccoglie, con una ruota a cucchiai, il carbone.

3. Il carbone viene trasportato su un nastro trasportatore

Torba e lignite si possono estrarre in cave (miniere a cielo aperto) perché i giacimenti sono vicini alla superficie.

Solitamente, vicino a una cava c’è una centrale termoelettrica, per la produzione di elettricità con il carbone.

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Miniera di carbone

Sono molto pericolose per i possibili incendi, le infiltrazioni di acqua, le possibili frane,

le polveri sottili e il pericolosissimo gas «grisù», tossico e infiammabile, che si sprigiona

dal carbone.

Sono formate da pozzi che scendono in verticale e da gallerie che si dipartono dai pozzi.

Ogni galleria è rinforzata da centine metalliche; un binario e carrelli per trasportare i

materiali. Pompe di drenaggio estraggono l’acqua dalle falde acquifere e ventilatori portano

aria forzata nella miniera.

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Trasporto e stoccaggio del carbone

Il trasporto e lo stoccaggio del carbone sono pericolosi:

- Possibili incendi

- Sprigionamento del pericoloso gas «grisù»

- Polveri pericolose per la salute e inquinanti nell’aria

Per questo motivo il carbone viene costantemente bagnato durante il trasporto o nei

depositi. Le aree di stoccaggio vengono solitamente circondate da alberi e piante che

fungono da filtro per le esalazioni e le polveri sprigionate.

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PETROLIO Materia prima esauribile e molto inquinante per un’infinità di prodotti, combustibili e carburanti VIDEO: www.youtube.com/watch?v=-vl28yOC_V4&list=PLD1465E0B1CE4C44B

www.youtube.com/watch?v=fw8lhrqHhL8#t=927

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Cos’è il petrolio? Il petrolio greggio è un miscuglio di idrocarburi, ed è composto da:

• Carbonio (80-90%)

• Idrogeno (9-15%)

• Zolfo

• Azoto

• Ossigeno

Il petrolio viene usato “frazionandolo” nei suoi componenti, cioè gas, benzina, gasolio, kerosene, oli lubrificanti, cere, bitume, ecc.

RACCOLTA VIDEO: www.youtube.com/watch?v=-vl28yOC_V4&list=PLD1465E0B1CE4C44B

VIDEO: www.youtube.com/watch?v=fw8lhrqHhL8#t=927

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Origine del petrolio

Formazione delle trappole I movimenti tettonici hanno formato le trappole petrolifere, costituite da uno strato impermeabile superiore e da uno strato poroso sottostante. VIDEO: www.youtube.com/watch?v=9dYctvMtKeU&list=UUm6yFVhcVsJEsou3W1ZFu4A

Formazione di un giacimento

gocce di petrolio, che occupano i vuoti delle roccia porose, salgono sino ad incontrare una trappola. VIDEO: www.youtube.com/watch?v=tGsTSISXqzo

Formazione del petrolio Molti milioni di anni fa in fondali marini, plancton e alghe si sono depositati sui fondali e sono stati ricoperti via via da strati successivi fanghi, trasformati in rocce sedimentarie. I depositi organici sono stati trasformati in idrocarburi da microorganismi anaerobici, pressione e calore.

VIDEO: www.youtube.com/watch?v=tGsTSISXqzo&list=UUm6yFVhcVsJEsou3W1ZFu4A

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Ricerca di giacimenti

Ricerca di possibili trappole Il primo passo è la ricerca, con varie tecniche, di zone che, per conformazione geologica come antichi bacini sedimentari, potrebbero ospitare giacimenti di gas e/o petrolio.

VIDEO: www.youtube.com/watch?v=jiLrKHGc95Y

Certezza di aver trovato un giacimento produttivo Per avere la certezza di aver trovato un giacimento produttivo, occorre scavare e studiare i campioni recuperati con «carotaggi».

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Scavo dei pozzi Perforazione dei pozzi Per scavare un pozzo, occorre installare un derrik (traliccio) per sorreggere la trivella e le aste cave collegate, che servono per pompare del fango nel foro e far girare lo scalpello. Mentre lo scalpello, durissimo, perfora la roccia, mentre il fango raffredda e lubrifica. Le aste vengono aggiunte mentre il foro diventa più profondo.

VIDEO: www.youtube.com/watch?v=ws_PhjdNw7M&feature=related

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Offshore In mare perforazione ed estrazione sono più complessi.

Esistono diversi tipi di piattaforme o installazioni per le varie profondità e fondali marini.

Anche in mare, si scavano vari fori, anche obliqui e con ampie curve, per raggiungere il giacimento in vari punti.

• Fino a 100 m di profondità si usano piattaforme mobili autosollevanti.

• Fino a 600 m di profondità si usano piattaforme galleggianti che poggiano su scafi sommersi.

• Fino a 3000 m di profondità servono le navi di perforazione, che hanno un’apertura centrale nello

scafo e accanto una torre di perforazione.

Pozzi petroliferi offshore

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Estrazione del petrolio

Estrazione del petrolio A. Scavato il pozzo sino al giacimento, si producono

delle piccole fratture nella roccia, per favorire la risalita del petrolio e si cementano le pareti del foro, in modo che il greggio non s’infiltri nel terreno.

B. L’apertura superiore del pozzo viene sigillata con un «albero di Natale» con valvole di sicurezza per la regolazione del flusso del petrolio e/o del gas.

C. Per favorire la fuoriuscita del petrolio, si utilizzano pompe e iniezione di acqua nel giacimento.

B

C

B

C

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Trasporto del petrolio

Petroliere Il petrolio può viaggiare in metaniere in navi petroliere, che hanno un doppio scafo di sicurezza, diviso in vari compartimenti.

VIDEO: www.youtube.com/watch?v=bfxEzpuwlxs

Oleodotti Il petrolio viaggia anche in giganteschi tubi sulla terraferma e lungo

fondali marini del mediterraneo.

Arrivo in raffineria La raffineria è un grande impianto dove il greggio viene sottoposto alla distillazione frazionata, nella torre di raffinazione, per separare i vari idrocarburi (solidi, liquidi e gassosi) di cui è composto.

1. cisterne del greggio; 2. torri di lavorazione; 3. cisterne dei prodotti raffinati.

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Distillazione frazionata

1.Il petrolio greggio, entra in una caldaia dove raggiunge la temperatura di 350 ºC.

2.Il petrolio vaporizzato entra nella torre di frazionamento, nella quale sale, per effetto del calore.

3.La torre è divisa in piani, che consentono la risalita dei vapori e la raccolta dei liquidi condensati. Salendo si raffredda e, a temperature diverse, cioè ai vari piani, si condensano i vari idrocarburi, separandosi. Sul fono si condensa il residuo pesante non vaporizzato (cere, bitume, olii pesanti..).

VIDEO: www.youtube.com/watch?v=xlkmoRc4Q-

k&index=310&list=UUm6yFVhcVsJEsou3W1ZFu4A

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Impieghi

VIRGINAFTA: materia prima dell’industria petrolchimica per produrre materie plastiche, gomme sintetiche, fertilizzanti...

CARBURANTI: benzina, gasolio per i diesel, kerosene per gli aerei.

COMBUSTIBILI: gasolio per il riscaldamento e impieghi industriali, olio combustibile (o nafta) per le centrali termoelettriche.

RESIDUO: lubrificanti, asfalti e bitumi, paraffina (cere, lucidi), vasellina (farmacia e prodotti cosmetici) ecc.

GAS: metano per riscaldamento, cucinare, produrre energia elettrica; GPL come carburante

Virgin Nafta

Benzina

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Prodotti petroliferi e ambiente

I prodotti petroliferi sono la fonte principale

d’inquinamento nel mondo, anche per la loro grande diffusione.

Emissioni per combustione di carburanti e combustibili:

• Monossido di carbonio COx, molto tossico che diventa anidride

carbonica, responsabile dell’effetto serra;

• idrocarburi non combusti, cioè non bruciati;

• Ossidi di azoto NOx, responsabili di effetto serra, piogge acide;

• Particolato, polveri e particelle solide e liquide molto tossiche;

• Ossidi di zolfo che causano le piogge acide.

VIDEO: www.youtube.com/watch?v=7kSrToVpUcQ

www.youtube.com/watch?v=jgS6Qyf0GWw&index=319&list=UUm6yFVhcVsJEsou3W1ZFu4A

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GAS NATURALE Il meno inquinante tra i combustibili fossili

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Cos’è e usi del gas naturale

Il gas naturale è un gas incolore e inodore, che pesa circa la metà dell’aria. Esso è formato da metano dal 90 al 99% nei gas più puri.

Usi domestici: cottura dei cibi, riscaldamento e produzione di acqua calda.

Industria: come combustibile in forni (cottura di ceramiche, fusione del vetro, produzione del cemento) e per riscaldamento.

Trasporti: come gas GNL (gas naturale liquefatto) per veicoli a metano.

Petrolchimica: per produrre fertilizzanti, gomme sintetiche, materie plastiche.

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Utilizzi

Usi domestici: cottura dei cibi, riscaldamento e produzione di acqua calda.

Industria: come combustibile in forni (cottura di ceramiche, fusione del vetro, produzione del cemento) e per riscaldamento.

Trasporti: come gas GNL (gas naturale liquefatto) per veicoli a metano.

Petrolchimica: per produrre fertilizzanti, gomme sintetiche, materie plastiche.

Metano

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Trasporto e stoccaggio

Gasdotto Il gasdotto, formato da molti tubi saldati, viene

posato su terra e su fondali marini.

L’Italia importa il 70% del gas naturale: • da nord: gas olandese; • da sud: Transmed dall’Algeria; • da est: gas russo dalla Siberia.

Nave metaniera Per il trasporto tramite metaniera, il metano dev’essere liquefatto a -161 ºC. Per lo scarico occorrono 24 ore.

VIDEO: https://www.youtube.com/watch?v=Dypqgk0vc2Q

Stoccaggio del gas Il gas viene immagazzinato in cisterne e giacimenti esauriti. VIDEO: www.youtube.com/watch?v=_7Jxm2CXusM&index=316&list=UUm6yFVhcVsJEsou3W1ZFu4A

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Metano e ambiente

Tra i combustibili fossili, il metano è quello meno inquinante. La sua combustione produce: pochissimo ossido di carbonio, ma molta anidride carbonica.

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Metano

CH4

Ossigeno

O2 + O2 Vapore

acqueo

H4O

Anidride

Carbonica

CO2

Vapore

acqueo

H4O

+ + +

Centrale termoelettrica

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Centrale termoelettrica

Funzionamento di una centrale termoelettrica Legna e derivati, carbone, olio combustibile, metano e persino rifiuti vengono bruciati nelle caldaie delle centrali termoelettriche per scaldare

acqua (o liquidi organici), in una caldaia (3), fino a farla diventare vapore. La potenza dell’energia cinetica del vapore sottopressione, che cerca di espandersi, fa muovere una turbina (7), ovvero una serie di ruote dentate. La turbina trasforma l’energia cinetica in energia meccanica di rotazione, che viene trasmessa all’alternatore (11), il quale la trasforma in elettricità.

Da energia chimica a energia elettrica L’energia chimica dei combustibili viene trasformata in energia elettrica per comodità d’uso e di trasporto.

turbina

3

7

11

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Centrale termoelettrica

Trasformazione del voltaggio L’energia elettrica generata dall’alternatore (7), viene elevato il voltaggio con trasformatori (9), per minimizzare le perdite lungo il percorso, e quindi viene immessa sulla

rete elettrica (12), tramite la quale arriva istantaneamente alle città, dove viene nuovamente trasformata 220 volt.

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7 11

9

12

11- Generatore/alternatore

7-Turbina

7-Turbina

Centrale termoelettrica

VIDEO Turbina a gas 3d: www.youtube.com/watch?v=A8ijPoZHj6k&index=39&list=PLB056DCFBA24917C0

How Turbine works: www.youtube.com/watch?v=gPzC_Ii3_nc&list=PLB056DCFBA24917C0

La scelta termoelettrica, osservazioni critiche: www.youtube.com/watch?v=fiIOQOiJeCQ

Il vapore, che ha perso potenza, viene ricondensato raffreddandolo con acqua di fiume/mare o torri di raffreddamento (10), e ritorna alla caldaia.

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Fonti fossili a confronto

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Produzione di energia elettrica

Il sistema energetico italiano è principalmente di origine fossile: gas naturale, carbone, petrolio.

Le “fonti non rinnovabili”, destinate prima o poi ad esaurirsi, rappresentano oltre il 70% della produzione di energia elettrica italiana.

32 Prof. A.Battistelli

Riserve

Le fonti fossili sono destinate a finire. La disponibilità di petrolio è minore di quella del gas e nettamente inferiore a quella del carbone.

Le riserve di gas e petrolio sono maggiori in Medio Oriente e quelle di Carbone sono maggiori in Europa e Russia, Oceania e Asia pacifica, Nord America

33 Prof. A.Battistelli

Riserve di petrolio

Le riserve di petrolio si trovano nel sottosuolo di poche aree geografiche e di pochi paesi: • Medio Oriente con i 2/3 delle riserve (soprattutto in Arabia Saudita) • Parte dell’Africa, soprattutto sahariana • Centro America e Sud America • Russia, Stati Uniti, Gran Bretagna, Norvegia ecc.

hanno riserve inferiori che finiranno presto.

VIDEO: https://www.youtube.com/watch?v=4WX4hfTafqs

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Riserve di gas naturale e di carbone

Gas naturale Le riserve di gas naturale sono localizzate per 2/3 in due sole aree geografiche: il Medio Oriente (quasi il 40%), la Russia (26%).

Carbone Le riserve di carboni fossili sono maggiori rispetto agli idrocarburi, almeno tre volte tanto. Esse sono distribuite un po’ in tutti i continenti.

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Fonti fossili e ambiente

Il Carbone è in assoluto il combustibile fossile più inquinante, dannoso per la salute e pericoloso.

La combustione di metano produce quasi esclusivamente anidride carbonica: è il meno inquinante delle fonti fossili, ma contribuisce sensibilmente all’effetto serra.

Per scongiurare le conseguenze per la fuga di gas, il metano, inodore e incolore, viene addizionato a sostanze che ne conferiscono il tipico odore.

Video: www.youtube.com/watch?v=7kSrToVpUcQ

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Video consigliati

Petrolio Raccolta video: www.youtube.com/watch?v=-vl28yOC_V4&list=PLD1465E0B1CE4C44B

Documentario sul petrolio: www.youtube.com/watch?v=fw8lhrqHhL8#t=927

Formazione del petrolio: www.youtube.com/watch?v=tGsTSISXqzo&list=UUm6yFVhcVsJEsou3W1ZFu4A

Giacimento di petrolio: www.youtube.com/watch?v=9dYctvMtKeU&list=UUm6yFVhcVsJEsou3W1ZFu4A

Ricerca del petrolio: www.youtube.com/watch?v=jiLrKHGc95

Perforazione di un pozzo: www.youtube.com/watch?v=ws_PhjdNw7M&feature=related

Trasporto di petrolio e gas: www.youtube.com/watch?v=bfxEzpuwlxs

Raffineria: www.youtube.com/watch?v=xlkmoRc4Q-k&index=310&list=UUm6yFVhcVsJEsou3W1ZFu4A

Effetto serra Effetto serra: www.youtube.com/watch?v=7kSrToVpUcQ

Effetto serra: www.youtube.com/watch?v=jgS6Qyf0GWw&index=319&list=UUm6yFVhcVsJEsou3W1ZFu4A

Cattura CO2: https://www.youtube.com/watch?v=i7d_lFzgOgE

Centrale termoelettrica

Turbina a gas 3d: www.youtube.com/watch?v=A8ijPoZHj6k&index=39&list=PLB056DCFBA24917C0

How Turbine works: www.youtube.com/watch?v=gPzC_Ii3_nc&list=PLB056DCFBA24917C0

La scelta termoelettrica, osservazioni critiche: https://www.youtube.com/watch?v=fiIOQOiJeCQ

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