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Guido Barone » 2.Prodotti petroliferi


Presentazione

Viene trattata la tecnologia dell’industria petrolifera, dalle fonti ai processi di separazione e trasformazione catalitica, utilizzate per ottenere le varie frazioni e i derivati di uso industriale e civile (benzine, diesel, cherosene, nafta, oli lubrificanti, prodotti per l’industria chimica). In questa lezione accanto ai gas petroliferi liquefatti (GPL) sono trattati anche la produzione e distribuzione del metano gassoso e liquefatto (GNL), nonché il biodiesel, il biogas da fermentazione e i combustibili sintetici come il syngas da carbone, da prodotti petroliferi, da rifiuti urbani. Un breve accenno è dedicato ai carboni fossili. Oltre all’impiego dei combustibili fossili come fonti di energia termica, alcune slide sono dedicate agli impianti per la trasformazione del’energia termica in energia elettrica. Questa lezione è strettamente legata alla precedente di cui potrebbe assumero lo stesso titolo.

Obiettivi
Familiarizzarsi con le tecnologie di produzione dei derivati petroliferi e di altri combustibili fossili e sintetici, inclusi quelli rinnovabili. Particolare attenzione è posta ai progressi nel campo della motorizzazione per autotrasporto con descrizione dello stato attuale dei processi catalitici di abbattimento e riduzione di inquinanti volatili e polveri fini.
Un secondo obiettivo consiste nel familiarizzarsi con i processi di utilizzo dei combustibili fossili e sintetici nella produzione di energia elettrica.

Petrolio

Il petrolio è una complessa miscela di idrocarburi naturali solidi, liquidi e gassosi, contenente in piccole quantità anche composti organici ossigenati, solforati e azotati. Si presenta a temperatura ambiente come un liquido più o meno denso, oleoso, infiammabile, di colore variabile dal giallastro al nero.

In figura: Schema di un impianto di distillazione del petrolio greggio: in realtà l’impianto è costituito da diverse unità e da una batteria di più torri che operano in parallelo.

Approfondimento: Petrolio


Origine del petrolio

Il petrolio si è formato in seguito a trasformazioni subite da materiali biologici (per es., plancton e animali marini) che si sono depositati insieme a sedimenti minerali sul fondo di laghi e oceani. A seguito di sollevamenti o sprofondamenti del suolo, le zone sottostanti i campi di rinvenimento si trovano sepolti nelle grandi pianure alluvionali o in prossimità delle coste marine, vale a dire nei grandi bacini sedimentari delle piattaforme continentali. Durante il processo di i formazione, il petrolio viene “spremuto” al di fuori del materiale fangoso (roccia madre) che via via va compattandosi. Il petrolio che si forma tende a “migrare” verso le rocce permeabili più vicine (in genere arenarie o calcari porosi), che diventano così le rocce magazzino. La densità relativamente bassa degli idrocarburi li porta, in questa fase di migrazione, a occupare le zone più elevate delle rocce magazzino, al di sopra dell’acqua in esse presente. Si forma così una trappola petrolifera, in cui si instaurano pressioni che possono arrivare fino a 900 atm e temperatura dell’ordine dei 150°C. Se la trappola petrolifera permette l’estrazione del petrolio in essa contenuto tramite perforazioni, si ha un campo petrolifero coltivabile.

I prodotti dell’industria petrolifera: BENZINE

Motori a scoppio: l’accensione della miscela benzina-aria (preformata nel carburatore) è indotta nel cilindro dalla scintilla della candela, alimentata dal sistema (dinamo-batteria-bobina-spinterogeno) che fornisce la sufficiente differenza di potenziale elettrico al momento opportuno.
La benzina da semplice distillazione consiste soprattutto di idrocarburi saturi (alcani) prevalentemente a catena lineare o ciclici (cicloparaffine o nafteni)e ha cattive qualità quando viene bruciata nei motori a combustione interna. Una miscela di aria e di vapore formatosi dalla benzina di questo tipo tende ad incendiarsi spontaneamente nel cilindro del motore, prima di essere completamente compressa e innescata dalla candela di accensione, così che il motore <batte in testa> e risente di un calo di potenza.
Al contrario degli alcani non ramificati, quelli fortemente ramificati, come l’isomero dell’ottano 2,2,4-trimetilpentano o <isoottano>, presentano eccellenti qualità alla combustione. Purtroppo questi alcani non sono contenuti in quantità apprezzabili nel petrolio greggio. Di conseguenza tutta la benzina viene riformulata con processi chimico-fisici (reforming) in modo da arricchire in percentuale le sostanze in grado di evitare questo inconveniente.
La capacità di una benzina di generare potenza senza indurre <battito in testa> nel motore viene misurata dal suo numero di ottano. Per definire la scala, all’isoottano è assegnato un numero di ottano pari a 100, mentre all’n-eptano, che provoca un <battito in testa> molto forte, viene arbitrariamente assegnato il valore zero.

Esempio: I prodotti dell’industria petrolifera: BENZINE. Numero di ottano

Approfondimento: I prodotti dell’industria petrolifera: BENZINE

GASOLIO e CHEROSENE

Il gasolio è costituito prevalentemente da idrocarburi lineari di formula generale CH3(CH2)nCH3 con 10<n<16. La notazione più comune si riferisce però al numero di atomi di C: 12 – 18.

La frazione meno pesante (prevalentemente 12 – 16) è comunemente separata e indicata come Cherosene ed è utilizzata nei motori a jet degli aerei, ma anche nelle stufe per il riscaldamento domestico. La frazione più pesante (prevalentemente 15 – 18) è indicata come Gasolio ed è utilizzata nei motori Diesel  per l’autotrazione.

Le proprietà di incendiabilità alla compressione sono espresse dal numero di cetano, che rappresenta in un gasolio standard di riferimento (analogamente al numero di ottano nelle benzine) la percentuale di cetano (C16H34) un idrocarburo lineare, in una miscela con alfa-metilnatalene (C11H10) un idrocarburo aromatico metilato (un derivato della “naftalina”.)

GASOLIO e CHEROSENE

Anche per il gasolio un processo di purificazione dello zolfo è fondamentale per evitare inquinamenti di anidride solforosa e piogge acide. Come per le benzine la desolforazione viene effettuata in raffineria utilizzando l’idrogeno dal cracking di ciclo paraffine ed eliminando l’H2S più facile da separare.

Una fonte interessante di olio diesel prevede l’idrogenazione degli oli vegetali (green diesel  renewable diesel) senza passare per l’idrolisi (che porta la biodiesel) ottenendo come sottoprodotto del propano. Infine si può ottenere olio diesel dal cracking termico di biomasse o di scarti della lavorazione di materie plastiche,  in particolare poliolefine.

Approfondimento: GASOLIO e CHEROSENE

GASOLIO e CHEROSENE

Motori diesel: l’accensione della miscela aria-gasolio (inietta contemporaneamente nella camera di scoppio) avviene spontaneamente a causa dell’innalzamento della temperatura provocata dalla forte e rapida compressione adiabatica.

L’iniezione nei motori Diesel

L’apparato di iniezione è costituito da tanti iniettori quanti sono i cilindri del motore, da una pompa di alimentazione collegata al serbatoio del carburante che fa affluire questo a una pompa d’iniezione (dosatore del carburante), che può essere a stantuffo rotante o a distributore rotante. L’apparato d’iniezione è generalmente di tipo meccanico o elettronico – meccanico; negli autoveicoli, che adottano motori Diesel veloci, l’iniezione può essere diretta (il carburante viene iniettato direttamente nel cilindro mentre l’iniettore che si affaccia nel cilindro stesso) o indiretta (l’iniettore è affacciato a una piccola camera di scoppio, detta “precamera”, dotata di candeletta d’accensione).

GASOLIO e CHEROSENE

La concezione del motore Diesel è molto più semplice, in origine, di quella dei motori a scoppio a benzina. Presentava dei vantaggi (maggiore compressione significa maggior coppia traente e quindi maggior potenza) sfruttati a  lungo prevalentemente nei trasporti pesanti (autotreni, locomotive). Nonché migliore resa per kg di carburante e quindi minor consumo rispetto alla benzina. Di contro i difetti erano la relativa mancanza di ripresa o scatto e una sgradevole emissione di particolato (fumo nero) e di ossidi di azoto (NOx) a causa della più alta temperatura di esercizio rispetto ai motori a benzina. Nel tempo numerosi miglioramenti sono stati apportati, innanzitutto l’uso dei turbo compressori a ventola che consentono anche di sfruttare l’energia cinetica dei gas e fumi in uscita. L’uso di rapporti di compressione più alti comporta una migliore coppia rotazionale a basso regime e un miglioramento nelle partenze.

Un miglioramento importante per diminuire l’emissione degli inquinanti gassosi è stato l’uso dei combustibili desolforati che prevengono la formazione di anidride solforosa SO2 e le piogge acide, oltre ad allungare la vita dei motori.

BIODIESEL

Da qualche anno si sta cominciando a utilizzare un diesel di origine vegetale. In principio è un combustibile rinnovabile perché le piante utilizzano l’energia solare, attraverso la fotosintesi, per riprodursi a spese della CO2 atmosferica.

Per la preparazione si parte da oli di semi vegetali: chimicamente sono trigliceridi

CH2(OR1)-CH(OR2)-CH2OR3

dove le catene idrocarburiche R sono perlopiù insature, cioè presentano un doppio legame C=C.
Ad esempio: R1=saturo, R2=insaturo, R3=insaturo.
Trattamenti chimici

  1. Trasformzaione catalizzata (idrolisi) → glicerina + acidi grassi insaturi
  2. Esterificazione con metanolo  → CH3OOC(CH2)nCH=CH(CH2)mCH3 il processo chimico in realtà è più complicato, e coinvolge più passi successivi.

Si confronti comunque la formula con quella di un gasolio da petrolio: CH3(CH2)n+m+2 CH3.

BIODIESEL

Come base di partenza si può usare l’olio di colza o da altre crucifere (non commestibili), ma anche olio di soia, di palma, di cocco, di jatropha (pianta africana che vive su suoli aridi) ma anche alghe, oli vegetali esausti (da friggitorie) e oli da grassi animali e di pesce e residui vegetali differenti dagli oli di semi.

Gli oli di semi, utilizzati come tali, usurano i motori diesel specie i più moderni, perché a caldo liberano gli acidi grassi. Inoltre utilizzarli è un reato fiscali in quanto non soggetti alla tassazione sui combustibili.

Il biodiesel ha il grande vantaggio di non richiedere un processo di deslforazione, un po’ meno ossigeno per la combustione e produce minori quantità di inquinanti e di polveri sottili.

E’ stata introdotta, a questo punto per ragioni di omogeneità e compattezza, la produzione e l’utilizzo del biodiesel, pur trattandosi di un combustibile non fossile ma rinnovabile e la cui collocazione avrebbe potuto figurare nella III parte riguardante le energie rinnovabili.

BIODIESEL

In realtà sostituire il diesel da petrolio con il biodiesel dagli oli vegetali richiederebbe un grande consumo di suolo agricolo e acqua, da sottrarre alle necessità alimentari di paesi decisamente popolati, per cui deve considerarsi una produzione di “nicchia”, anche se le limitate disponibilità previste in Italia sono sicuramente troppo esigue rispetto alla media europea. Comunque l’UE prevede di non superare la quota del 5.75% al 2010.

Un proposta è quella di utilizzare soprattutto i suoli contaminati, non utilizzabili per il pascolo o le coltivazioni a scopo alimentare.

Un problema analogo a quello dei biodiesel si sta prospettando per l’etanolo da fermentazione di biomasse vegetali (“bioetanolo”). Anche in questo caso si sta rischiando una competizione per il suolo e per le acque, destinate alla coltivazioni di mais o canna da zucchero, sottraendola alle necessità alimentare della popolazione mondiale, speculazioni a parte.

Gas petroliferi liquefatti (GPL)

Dai processi di distillazione frazionata del petrolio escono, come prodotti di testa, degli idrocarburi gassosi, a punti di ebollizione inferiore a 40°C, costituiti da una miscela di metano, etano, propano e butano (1 – 4 atomi di carbonio).
Talvolta questi gas vengono incendiati, almeno i più volatili, per la difficoltà di catturarli.
Quando possibile la frazione a 3 – 4 C (propano + butano) viene raccolta e compressa fino a liquefarla. Se la frazione è stata ben desolforata è un ottimo combustibile per l’autotrazione (GPL) e in genere viene distribuito in bombole ricaricabili e sostituibili periodicamente. Questi recipienti debbono avere pareti spesse e il loro peso si aggiunge a quello del carico trasportato. La distribuzione avviene mediante grandi cisterne depositabili eventualmente presso i punti di vendita.
Una parte di questa frazione viene commercializzata per usi domestici (sotto il nome in Italia di PiBiGas) sempre in bombole. Sia per impedirne l’uso come combustibile per autotrazione (si tratta di un reato fiscale), sia per avvertire quando sta per esaurirsi la bombola, alla miscela viene addizionato del mercaptano (tioetanolo) o altro composto solforato analogo dall’odore nauseante che comincia a fuoriuscire quando quasi tutto il combustibile è stato consumato. Ciò è indispensabile per evitare che nella bombola esaurita penetri dell’aria con pericolo di esplosioni all’urto.

Metano e Gas naturale liquefatto (GNL)

Nel mondo industrializzato si fa un ampio uso del combustibile chiamato “gas naturale”, formato essenzialmente da metano oltre a piccole quantità di etano e di propano. Normalmente il trasporto del gas avviene mediante condotte che dai giacimenti arrivano alle abitazioni degli utenti, per il riscaldamento e la cottura dei cibi, e ad alcune centrali elettriche che lo utilizzano come combustibile alternativo al carbone o al petrolio per produrre elettricità, in quanto meno inquinante:

CH4+2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l)

→ ΔH = – 890 kJmol-1

= -55,6 kJ per grammo di combustibile

Metano e Gas naturale liquefatto (GNL)

Purtroppo dove non esistono gasdotti, il gas naturale che si forma nel processo di produzione del petrolio, direttamente nei giacimenti petroliferi, viene disperso direttamente nell’atmosfera o lo si incendia (ovvero lo si lascia bruciare all’aria aperta), aggravando così il carico atmosferico dei gas serra.

In diversi Paesi europei in Canada e Nuova Zelanda, il gas naturale fortemente compresso (GNL prevalentemente metano) viene utilizzato come combustibile per veicoli. Dato il costo non indifferente della conversione di un motore a benzina in uno che possa utilizzare il metano come carburante, l’uso corrente del GNL per veicoli è stato inizialmente limitato ai taxi, e ad altri veicoli in servizio continuo. Inoltre il metano compresso deve essere mantenuto a pressioni relativamente elevate in modo da consentire l’immagazzinamento in volumi ragionevolmente piccoli: occorre quindi utilizzare serbatoi per carburante dotate di pareti spesse. La legislazione italiana vieta il ricorso di auto a metano in garage sotterranei.

Metano e Gas naturale liquefatto (GNL)

Attualmente nel Nordamerica circolano più veicoli alimentati a GPL di quelli che utilizzano il GNL, anche se l’energia interna che si sviluppa per grammo di propano consumato, 50.3 kJ non è elevata come quella prodotta dal metano, 55.6 kJ. L’energia che si libera dalla combustione della benzina dipende dalla composizione del tipo di miscela in esame ma risulta, in genere, leggermente inferiore a quella prodotta dal propano. Se paragonato alla benzina, anche il metano compresso presenta vantaggi e svantaggi come qualsiasi combustibile per veicoli. Poiché le molecole del metano non contengono alcuna catena di atomi di carbonio, la combustione di questo gas non forma né libera nell’aria particolato o idrocarburi reattivi; la qualità dell’aria risulta quindi migliore se viene usato il metano piuttosto che la benzina o il gasolio per motori diesel.

La fuoriuscita del gas metano dalle condotte durante il suo trasporto o dai tubi di scappamento dei veicoli (per la sua incompleta combustione) è però causa di un incremento della temperatura globale del pianeta poiché la vita media del metano nell’atmosfera supera il decennio ed è un gas che aggrava l’effetto serra.

Metano e Gas naturale liquefatto (GNL)

Gas naturale: miscela di idrocarburi gassosi alifatici, talvolta associati a giacimenti di petrolio e anche di carbone fossile, il cui costituente principale è il metano CH4. L’origine del gas naturale è legata a processi di decomposizione (o fermentazione) di sostanze organiche vegetali operati da batteri anaerobi e può essere in comune con il petrolio; insieme a quest’ultimo, il gas naturale può essere intrappolato all’interno di rocce permeabili (solitamente arenarie o calcari porosi) chiuse verso l’alto da una barriera impermeabile. Poiché il gas naturale tende a sovrastare il petrolio per la sua minore densità, lo si ritrova nella parte sommitale dei giacimenti. I campi di metano però sono spesso isolati dai giacimenti di petrolio per diversa origine biologica o per tramigrazione attraverso le rocce sotteranee.

In alcuni casi potrebbero avere origine dalla paleoatmosfera come quelli intrappolati nelle scarpate continentali o nei fondali oceanici.

Metano e Gas naturale liquefatto (GNL)

Composizione e impieghi. La composizione del gas naturale non è costante: il metano può rappresentare anche il 99%, seguito dagli altri idrocarburi alifatici gassosi, quali etano, propano. Se l’origine è comune a quella del petrolio sono presenti anche il butano, pentano ed esano e in certi casi idrocarburi alifatici e aromatici liquidi. Un gas naturale costituito quasi solo da metano è detto seccounido se invece contiene più di 14.3 cmdi vapori idrocarburi liquidi per m3. I gas naturali comprendono anche sostanze non idrocarburiche, le più diffuse delle quali sono il biossido di carbonio, l’azoto, il solfuro di idrogeno (o idrogeno solforato) e inoltre, elio, argo, vapor acqueo e mercaptani. Il solfuro di idrogeno, in particolare, è tossico e corrosivo (i gas naturali per uso domestico ne devono essere completamente privi).

I principali impieghi del gas naturale riguardano la produzione di calore, di energia elettrica, l’autotrazione e lo sfruttamento chimico per ricavare nerofumo, ammoniaca, formaldeide, urea, acetilene ecc.

Reti di distribuzione del metano e processi di rigassificazione


Turbine a gas. Centrali termoelettriche tradizionali e a ciclo combinato.

Centrale Termoelettrica a ciclo combinato alimentata a gas naturale
Con l’espressione “ciclo combinato” si definisce l’unione di due cicli tecnologici, uno compiuto da aria e gas naturale (ciclo a gas) e l’altro compiuto da acqua e vapore (ciclo a vapore), entrambi finalizzati a produrre energia elettrica con elevato rendimento.
Il Ciclo a gas
Un compressore aspira, attraverso un filtro silenziatore, l’aria dall’ambiente esterno portandola a 14 bar. L’aria così compressa viene immessa in camera di combustione assieme al combustibile, costituito da gas naturale (metano): la miscela che si forma viene incendiata e i gas prodotti ad alta pressione e temperatura (1200°C)si espandono in una turbina a gas (turbogas). I gas investono le palette della turbina a gas espandendosi e cedendo la propria energia alla macchina che, a regime, ruota alla velocità di 3000 giri/minuto, trascinando nel suo moto l’alternatore e lo stesso compressore che la alimenta. I gas scaricati dal turbogas sono ancora molto caldi (600°C)e, se rilasciati direttamente in atmosfera, costituirebbero uno spreco energetico che l’impianto pagherebbe in termini di rendimento.

Schema 3D della centrale termoelettrica a ciclo combinato alimentata a metano -CCGT

Schema 3D della centrale termoelettrica a ciclo combinato alimentata a metano -CCGT

Diagramma di flusso della centrale (CCGT)

Diagramma di flusso della centrale (CCGT)


Il Ciclo a vapore

Per evitare questo spreco e incrementare il rendimento della centrale, i gas di scarico del turbogas vengono inviati in un generatore di vapore a recupero, un grosso scambiatore di calore dove i gas cedono calore all’acqua, vaporizzandola. Nel generatore di vapore a recupero i due cicli dell’impianto, quello a gas e quello a vapore, vengono a contatto. Attraverso le superfici di scambio del generatore di vapore, i gas caldi scaricati dal turbogas si raffreddano cedendo calore all’acqua, che vaporizza. Il vapore generato nella caldaia a recupero va ad alimentare la turbina a vapore. La turbina a vapore è collegata ad un secondo alternatore che, come il primo, contribuisce a generare energia elettrica. A questo punto i gas della combustione possono essere avviati al camino, avendo ormai una temperatura molto bassa (90-100°C)e un basso contenuto energetico. il vapore scaricato dalla turbina viene invece raffreddato fino alla condensazione per poter essere reimmesso nel ciclo. Il raffreddamento è assicurato dall’acqua in ciclo chiuso raffreddata negli scambiatori di calore, che sono ubicati all’interno delle torri di raffreddamento.
Il vapore prodotto dalla turbina viene raffreddato, condensato e pompato nuovamente nel generatore di vapore per ricominciare il ciclo. Il circuito di raffreddamento che serve il condensatore, sfrutta il potere refrigerante di una torre di raffreddamento ad aria o ad acqua. Infine, l’energia elettrica generata dai due alternatori viene elevata di tensione per mezzo di due trasformatori e viene indirizzata al più vicino elettrodotto.

Syngas dalla gassificazione del carbone, da prodotti petroliferi, da rifiuti

Per syngas si intende una miscela di gas prodotti a partire da varie fonti e con vari processi industriali. Il principale riguarda la gassificazione del carbone con acqua supercritica (cioè a temperatura superiore al punto critico, dove il vapor d’acqua non piò più condensare):

C(s) + H2O(g) → CO(g) + H2(g)

\Delta H= 119\frac {kJ}{mole}

il carbone deve essere preventivamente polverizzato e desolforato per evitare la formazione di prodotti dannosi e corrosivi.

Poiché la reazione è endotermica bisogna sostenere la reazione con una parziale combustione del carbone in difetto stehiometrico di ossigeno:

C(s)+\frac 1 2 O_2(g)\; \longrightarrow\; CO(g)\;\;\;\; \Delta H= -110 \frac{kJ}{mole}

si formano anche piccole percentuali di CO2.

Syngas dalla gassificazione del carbone, da prodotti petroliferi, da rifiuti

Simile è la reazione del metano con acqua supercritica

CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3H2(g)

Un altro processo prevede il reforming catalico del metano o altri gas petroliferi con loro parziale ossidazione:

CH_4(g) + \frac 1 2 O_2(g) \;\longrightarrow CO(g)+2H_2(g)

si possono formare anche CO2 e H2O.

Ancora si può ottenere da CH4 per reazione con CO2 in una “fornace solare”: una tubazione in cui fluiscono in continuo i due gas portati a ∼ 1000°C concentrando i raggi solari con specchi parabolici:

CH4(g) + CO2(g) → 2CO(g) + 2H2(g)

Approfondimento: Syngas dalla gassificazione del carbone, da prodotti petroliferi, da rifiuti

Biogas da fermentazione anaerobica o mista, da RSU

Il biogas è una miscela di gas costituito prevalentemente da metano, con percentuali varie di biossido di carbonio e tracce di H2S, CO, N2. Deriva dalla decomposizione di sostanze organiche ad opera di batteri anaerobi (che vivono cioè in assenza di ossigeno). Si forma spontaneamente a partire da residui vegetali sommersi nelle paludi e marcite di canne o risaie.
Si può ottenere in quantità notevoli dal trattamento dei fanghi attivi, utilizzati nella depurazione dei reflui urbani, e dagli scarti delle aziende agro-alimentari e delle aziende zootecniche. Se la materia di partenza è costituita prevalentemente da materiale cellulosico la percentuale di metano può arrivare al 90-95%, altrimenti scende al 65-70%. Materiali più ricchi di proteine (deiezioni animali, scarti di mercati delle carni e del pesce, allevamenti di polli) danno un biogas di cattiva qualità per la presenza di ammine. Una buona fonte di biogas ad alta percentuale di metano è rappresentata dagli scarti dei mercati ortofrutticoli e delle aziende di floricoltura, nonché dal materiale di pulitura dei sottoboschi (foglie, rametti, cippatura). In figura è mostrato un impianto di produzione di biogas a doppio stadio che utilizza fanghi attivi dei depuratori delle acque reflue urbane. Si può ottenere biogas anche come sottoprodotto degli impianti aerobici di compostaggio industriali dei reflui solidi urbani ma in tal caso la percentuale di CO2 è abbastanza alta per la necessità di insufflare aria nel compost mediante movimentazione dei mucchi.

Impianto di produzione di biogas a doppio stadio

Impianto di produzione di biogas a doppio stadio


Recupero energetico dai rifiuti

Il recupero di energia dai rifiuti è largamente realizzato in tutti i paesi industrializzati e si è esteso con l’aumento della produzione dei rifiuti e in particolare delle frazioni merceologiche che più contribuiscono al potere calorifico (plastiche non riciclabili etc) a scapito della diminuzione percentuale della frazione organica (scarti vegetali e animali dei rifiuti domestici e delle aziende ,agroalimentari e zootecniche). Quest’ultima è legata ai consumi alimentari che nei Paesi ad economia sviluppata sono circa costanti, anche per la tendenza a stabilizzarsi della crescita demografica.
Il recupero di energia dai rifiuti non è in contrasto con la raccolta differenziata e il riciclo dei materiali, adottati in quasi tutti i Paesi europei, e richiede anche, per meglio integrarsi nel ciclo complessivo, delle politiche di diminuzione progressiva degli imballaggi da esercitare a monte del problema.

Approfondimento: Recupero energetico dai rifiuti

Recupero energetico dai rifiuti

Ai fini del recupero di energia è rilevante la composizione chimica e il potere calorifico della frazione, poiché il processo di combustione, una volta innescato, deve essere autosostenentesi. I componenti inerti non danno contributi al potere calorifico, ma richiedono una spesa energetica più o meno rilevante per la loro inerzia termica. Quindi nella raccolta differenziata è importante separare non solo i materiali riciclabili (vetro, alluminio, plastiche riciclsbili etc.) ma anche tutti gli inerti (pietrisco, rottami ferrosi etc.). La presenza di umidità, frammista ai rifiuti inviati agli impianti di recupero energetico, ne abbassa l’efficienza, dato l’elevato calore latente di evaporazione dell’acqua. Per questo motivo l’invio agli impianti di combustione di rifiuti solidi indifferenziati ne abbassa enormemente il rendimento e talvolta richiede l’aggiunta di oli minerali o cherosene per farli funzionare ad una temperatura ottimale. Il regime termico che si genera nello stato di funzionamento ordinario è inoltre legato ad una corretta regolazione ed è importante per l’impatto ambientale.
Tradizionalmente si tende a dividere gli impianti in inceneritori e termovalorizzatori, ma questa distinzione è puramente nominale per gli impianti che trattano i rifiuti solidi urbani (RSU). La denominazione è più significativa per gli inceneritori che debbono trattare i rifiuti ospedalieri, o i rifiuti industriali tossici o pericolosi.

Conclusioni. Il Protocollo di Kyoto e gli accordi successivi

Le nazioni che non rispettano la percentuale di riduzione o continuano a eccedere nelle emissioni, possono barattare con paesi “virtuosi” (poco densamente abitati e a scarsa industrializzazione) delle quote di emissioni in cambio di aiuti per lo sviluppo economico e sociale dell’altro contraente. Gli obiettivi di riduzione della CO2 si stanno comunque spostando nel tempo. Adesso la meta è di ridurre del 50% al 2050 e di portare al 20% nel 2020 la quota di energia da fonti rinnovabili. Nel frattempo si assiste, malgrado gli allarmi di tutte le associazioni ambientalistiche e in particolare dell’IPCC(International Panel on Climate Change: è un’agenzia finanziata dall’ONU) alla continua violazione degli impieghi presi dei vari paesi. L’UE ha una delle posizioni meno censurabili nel quadro complessivo, ma l’Italia è in perenne ritardo, quale che sia il governo in carica: avrebbe dovuto ridurre le emissioni di CO2 del 6.5% rispetto al 1990 (anno di riferimento), invece sono aumentate del 13.5% con un o sforamento totale del 20% in più negli ultimi 18 anni.

Nel 1997 fu firmato il Protocollo di Kyoto che impegnava i Paesi firmatari di arrivare quanto prima ad un accordo operativo per limitare le emissioni di CO2. Il Protocollo si sarebbe potuto tramutare in Trattato solo se il 55% dei governi firmatari avessero fatto ratificare il provvedimento dei loro parlamentari. Ciò è avvenuto solo nel 2005, quando la Russia ha ratificato il trattato (in cambio di una serie di accordi con l’Europa per l’utilizzo dei gas siberiani), mentre ne sono rimasti fuori USA, Australia, Cina e altri paesi non europei. Non potendo violare il Protocollo, pena il suo annullamento, le trattative hanno portato ad un parziale revisione, cui hanno aderito alcuni ulteriori governi, basata principalmente sulla compra-vendita di quote di “aria-pulita”.

Approfondimento: Conclusioni. Il Protocollo di Kyoto e gli accordi successivi

 

I materiali di supporto della lezione

AA. VV.,Le Scienze no. 459, nov. 2006.

AA. VV., Le Scienze quaderni no. 129, dic.2002.

N. Armaroli, V.Balzani "Energia, oggi e domani" Bonomia University Press, 2004.

C. Bertani "Energia, Natura e Civiltà, Un futuro possibile?" Giunti ed., 2003.

L. Maugeri – "Con tutta l'energia possibile" Sperling & Kupfer, 2008.

G. Silvestrini, in Quale Energia no.1, 2008.

D.G. Victor, D. Cullenward, Le Scienze no. 474, pg. 92, febbr.2008.

M.L. Wald, Le Scienze no.464, pg. 82, 2007.

G.B. Zorzoli, G. Ragazzino "Un mondo in riserva" Franco Muzzio, 2006.

Approfondimento: Conclusioni. Il protocollo di Kyoto e gli accordi successivi

Approfondimento: GASOLIO e CHEROSENE

Approfondimento: I prodotti dell'industria petrolifera: BENZINE

Approfondimento: Metano e Gas naturale liquefatto (GNL). Reti di distribuzione del metano e processi di rigassificazione. Reti di distribuzione del metano e processi di rigassificazione.

Approfondimento: Petrolio

Approfondimento: Recupero energetico dai rifiuti

Approfondimento: Syngas dalla gassificazione del carbone, da prodotti petroliferi, da rifiuti.

Esempio: I prodotti dell'industria petrolifera: BENZINE. Numero di ottano

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