LE FONTI ENERGETICHE NON RINNOVABILI
Ormai non hai più dubbi: l'energia è una risorsa davvero preziosa. Ma quali sono le diverse fonti energetiche? E come vengono utilizzate? Non sei curioso di scoprirlo? Iniziamo con le energie non rinnovabili come i combustibili fossili e le reazioni nucleari.Andremo a caccia di informazioni per imparare a conoscere le loro diverse caratteristiche e i processi nei quali si sprigiona energia.
I COMBUSTIBILI FOSSILI
Il carbone, il petrolio e il gas naturale sono i cosiddetti combustibili fossili e rappresentano oggi le principali fonti di energia. Il termine fossile indica che la loro formazione è iniziata milioni di anni fa, quando i grandi sommovimenti della crosta terrestre seppellirono in profondità enormi quantità di materiale organico. Sommersi e in assenza di aria i resti vegetali si sono trasformati in carbone, e quelli animali in petrolio e gas naturale. In questo lento processo, l'energia solare impiegata dagli esseri viventi nella loro funzione vitale si è trasformata in energia chimica. E quando carbone, petrolio e gas vengono bruciati l'energia chimica in essi contenuta si libera trasformandosi in energia termica. A sua volta, l'energia termica può dare origine a nuove forme di energia. I costituenti essenziali dei combustibili fossili sono il carbonio (C) e l'idrogeno (H), che nella combustione producono anidride carbonica (CO2) e vapore d'acqua (H2O).
IL CARBONE FOSSILE
Il termine carbone indica un insieme di materiali che hanno origine e formazione comune, ma una composizione diversa dovuta a tempi di fossilizzazione differenti
ORIGINE E FORMAZIONE
Il carbone ha un'origine vegetale e nei giacimenti si possono trovare dei residui fossili che hanno conservato la morfologia delle piante originarie. L'età dei giacimenti di carbone conosciuti varia da qualche milione di anni a 500 milioni di anni. E di solito sono giacimenti coperti da rocce sedimentarie depositate nel corso degli anni. Ma non mancano i giacimenti di carbone a " cielo aperto ", che hanno costi di estrazione più bassi.
TIPI DI CARBONE
Il carbone si presenta sotto forma di rocce nere, compatte e terrose, di materiale organico e inorganico. Il materiale organico è formato principalmente da carbonio, idrogeno, ossigeno e da piccole quantità di zolfo e azoto. La parte inorganica é invece costituita da argilla, calcite e zolfo, più piccole quantità di altri minerali. I carboni fossili si distinguono per il potere calorifico, cioè per la quantità di calore prodotto nella combustione. Più alta è la percentuale di carbonio contenuto, più calore si ottiene. Partendo da quelli di formazione più recente abbiamo quattro classi di carboni fossili: la torba, la lignite, il litantrace e l'antracite. La lignite, la meno ricca di carbonio, ha un potere calorifico pari a 2500Kcal/Kg, mentre l'antracite, la più ricca di carbonio, ha un potere calorifico pari a 7700Kcal/Kg.
IL PETROLIO
Il petrolio è conosciuto da millenni. Lo usarono i
babilonesi, i greci, i persiani, gli aztechi e i latini. Marco
Polo lo descrisse durante il suo viaggio in Oriente e sembra che le antiche città
di Sodoma e Gomorra siano state distrutte in seguito all’ incendio di un
giacimento di petrolio. La moderna industria petrolifera è però e nata nel 1859 a Titusville (
Pennsylvania, Stati Uniti ), quando fu trivellato il primo pozzo petrolifero. A
quell’ epoca risale il primo impianto capace di raggiungere il petrolio
attraverso la perforazione controllata del terreno. Oggi il petrolio fornisce il 40% dell’ energia necessaria al pianeta ed è la fonte più utilizzata. Tuttavia, i consumi di combustibili
fossili variano nei diversi paesi, e in quelli poveri e in via di sviluppo la
fonte più sfruttata è il carbone. Per sostenere la loro crescita economica
questi paesi utilizzano infatti l’energia fornita dal carbone che possiedono
in buone quantità.
COMPOSIZIONE
Il petrolio greggio, così come si trova nei giacimenti, è formato da una miscela di idrocarburi liquidi, composti da una catena di atomi di carbonio ai quali sono legati atomi di idrogeno. Elementi quali l’ossigeno, l’azoto e lo zolfo si devono considerare impurità di del petrolio. Infine, il potere calorifero del petrolio oscilla tra 10000 e 11000 kcal/kg.
COMPOSIZIONE MEDIA PERCENTUALE DEL PETROLIO GREGGIO
|
Elementi |
% |
|
Carbonio |
78-89 |
|
Idrogeno |
9,5-15 |
|
Azoto |
0,02-2 |
|
Ossigeno |
0,1-7 |
|
Zolfo |
0,1-6 |
ESTRAZIONE DEL GREGGIO
Per estrarre il petrolio si ricorre alla trivellazione del terreno. Un impianto di trivellazione è costituito da una serie di tubazioni di acciaio avviate l’ una sull’ altra, con uno scalpello rotante (trivella) posto all’ estremità inferiore. Mano a mano che la trivella penetra nel terreno, all’ estremità superiore si aggiungono nuovi tubi. Quando la trivella raggiunge il giacimento le aste di perforazione vengono ritirate e al loro posto si inserisce un tubo sgorgherà il petrolio.
Per separare i suoi diversi prodotti, il petrolio greggio viene sottoposto al processo di raffinazione.
Si ottengono così le seguenti frazioni:
· Una frazione gassosa, che viene compressa e utilizzata come gas liquido;
·
La
benzina, utilizzata come carburante nei
motore a scoppio;
· Il cherosene il gasolio, utilizzati come combustibili;
· Gli oli lubrificati utilizzati
per ridurre L’ attrito nei processi meccanici;
IL GAS NATURALE
Il gas naturale è una delle fonti energetiche il cui sfruttamento è in continuo aumento , sia perché è stato sfruttato poco in passato , sia per i vantaggi che presenta . L' espressione gas naturale indica tutte le miscele di gas combustibili che si formano nei terreni paludosi , oppure sono intrappolate nella crosta terrestre . Queste miscele giungono in superficie attraverso le fenditure delle rocce e i pozzi scavati dall' uomo.
COMPOSIZIONE
I gas naturali hanno una composizione leggermente diversa l'uno dall' altro perché sono costituiti da miscele di vari idrocarburi, con un numero di atomi di carbonio compreso tra 1e 4. La componente principale di queste miscele di idrocarburi è il metano, per questo si parla indifferentemente di gas naturale o di metano. Al secondo posto per quantità vi è l'etano , e normalmente insieme a questi due gas si trovano solo piccolissime tracce di azoto, anidride carbonica e idrogeno solforato.
CARATTERISTICHE
DEL METANO
Il metano è un gas incolore e inodore che brucia con una fiamma azzurra . E' molto stabile e si decompone solo ad alte temperature . La sua molecola (CH4), costituita da un atomo di carbonio e quattro atomi di idrogeno ,ha una struttura tetraedrica regolare , con l'atomo di carbonio al centro e gli atomi di idrogeno , ai quattro vertici. Il gas naturale ha un elevato potere potere calorifico che può variare tra 8100 e 8650 kcal per metro cubo , secondo la regione di provenienza . Inoltre, può essere trasportato a distanza e distribuito capillarmente attraverso tubazioni che raggiungono con facilità sia le industrie che le abitazioni .
COMPOSIZIONE DEL METANO
| Formula | CH4 |
| Peso molecolare | 16,04g |
| Densità | 0,716g/dm3 |
| Punto di ebollizione | -161,5 oC |
| Punto di fusione | -184 oC |
| Potere calorifico | 8.107 kcal/m3 |
REAZIONI NUCLEARI
Si chiamano reazioni nucleari i processi in cui vengono coinvolti i nuclei di alcuni elementi che, reagendo tra loro, producono energia. Due sono i processi di questo tipo : la fissione e la fusione . Fissione e fusione sono due processi molto diversi tra loro:
nella fissione si ha una progressiva divisione dei nuclei degli atomi di minerali radioattivi , come l'uranio , che , emettendo spontaneamente radiazioni , danno origine a nuclei sempre più piccoli liberando energia ;
