Fonti di energia non rinnovabili

Con il termine “fonti di energia non rinnovabili” si definiscono quelle fonti che, una volta consumate, richiedono un lunghissimo periodo di tempo per rigenerarsi ed essere nuovamente disponibili. Lo sono le fonti di energia chimica e nucleare.

Il carbone, il petrolio e il gas naturale sono combustibili fossili e idrocarburi accumulatisi nel corso delle ere geologiche, in quantità limitate e in via di rapido esaurimento.

Il carbon fossile è una roccia, costituita da una miscela di sostanze organiche e minerali, che si è formata circa 200 milioni di anni fa tramite un processo naturale di decomposizione di resti vegetali in assenza di ossigeno.
Questo materiale è prevalentemente costituito da carbonio e in parti minori da idrogeno azoto e zolfo. Durante il lungo processo di carbonizzazione, il contenuto in carbonio della materia organica è andato aumentando, trasformandola progressivamente in torba, lignite, litantrace ed antracite. Nello stesso ordine crescono la durezza, la resistenza meccanica, il potere calorico e, quindi, la qualità come combustibile.

Esistono vari sistemi di classificazione dei carboni, basati principalmente sulle loro caratteristiche chimico-fisiche. Per comodità si usa distinguere due categorie:
- Brown Coal, come la lignite, carbone con potere calorifero inferiore a 5700 Kcal/kg;
- Hard Coal, con potere calorifico superiore al precedente; appartengono a questa categoria tutti i carboni fossili veri e propri, come litantrace e l’antracite.

Il ciclo del carbone comprende la coltivazione mineraria, il trasporto e la distribuzione, la combustione diretta o la conversione in prodotti vari. Per estrarre il carbone vengono impiegati due metodi principali:
- Coltivazione a cielo aperto, se il giacimento di carbone si trova vicino alla superficie è facilmente rimovibile; con attrezzature speciali si rompe il carbone separandone grandi quantità in materia rapida ed economica.
- Coltivazione sotterranea, secondo questo metodo estrattivo vengono utilizzati tre tipi di accesso alle vie sotterranee: accesso con pozzo verticale, si pratica un pozzo verticale che va dalla superficie attraverso la roccia fino ad arrivare al carbone; accesso da discenderie, il carbone viene rimosso attraverso una galleria inclinata che collega due o più livelli; gallerie in direzione, il carbone viene portato all’esterno delle miniere attraverso un’apertura orizzontale, scavata dall’esterno direttamente sul letto del carbone.

Il carbone era in origine usato come combustibile per le macchine a vapore delle locomotive e degli impianti industriali.
Successivamente, fino agli anni ’50 fu usato anche per le centrali termoelettriche e, in quantità più limitate, per il riscaldamento domestico. Abbandonato a quasi perché troppo inquinante, il carbone sta ritrovando nuovo spazio, in questi ultimi anni, grazie allo sviluppo di tecnologie che ne permettono la combustione senza troppi residui nocivi.
In tal modo si pone per gli usi energetici come alternativa al petrolio, il cui consumo va necessariamente ridotto.
Rispetto al petrolio, inoltre, il carbone garantisce maggiore sicurezza di approvvigionamento, considerata la ripartizione geografica dei giacimenti, specialmente in relazione ai rischi dovuti all’instabilità politica di tanti Paesi produttori di petrolio. Il Piano Energetico Nazionale prevede la realizzazione di alcune nuove centrali termoelettriche a carbone.

Molti altri prodotti sono ottenibili dal carbone, mediante opportuni processi. Con le ceneri residuate dalla combustione del carbone nelle centrali, si possono fabbricare numerosi prodotti per l’edilizia: cementi, calcestruzzi per blocchi prefabbricati e aggregati leggeri per pannelli isolanti.
In agricoltura le ceneri possono essere utilmente impiegate come fertilizzanti, data la presenza di discrete quantità di fosforo e potassio.
Attraverso la distillazione a secco che si effettua in impianti chiamati cokerie si ricavano gas di città, coke metallurgico per l’industria siderurgica, olio leggero e catrame.
Da questi ultimi due prodotti, per ulteriori distillazioni, si ottiene una miscela di prodotti chimici impiegati per la fabbricazione di svariate sostanze tra cui coloranti ed esplosivi.
Sottoponendo, infine, il carbone a processi di conservazione o grassificazione se ne può ricavare gas di sintesi che può servire come sostituto di altri prodotti simili a quelli presenti nel petrolio.

Il petrolio è una miscela di idrocarburi derivata dalla decomposizione di sostanze organiche formate da resti di microrganismi, accumulatisi in un ambiente per lo più marino, insieme a fini sedimenti minerali, ad opera di batteri anaerobici.
Le caratteristiche chimico-fisiche del petrolio variano a seconda del giacimento di provenienza. Oltre a carbonio e idrogeno sono presenti quantità minori di azoto, ossigeno e zolfo. Il colore può variare da giallo-bruno a nero.

L’esistenza di un giacimento è legata alla presenza, in rocce sedimentarie, di una roccia serbatoio, una roccia di copertura e di una trappola.
La roccia serbatoio deve essere abbastanza porosa e permeabile, perché il petrolio vi arriva dopo essersi formato nella roccia di origine.
La roccia copertura deve essere impermeabile, mentre la trappola è quella zona più alta della roccia serbatoio, ove gas e petrolio galleggiano sull’acqua sottostante.
La ricerca di giacimenti petroliferi si effettua mediante diversi modi: prospezione geologica di superficie; prelievo di campioni; aerofotogrammetria, che consente di rilevare con rapidità i caratteri geologici e strutturali del territorio. Per conoscere la successione degli strati in profondità si usano vari metodi geofisici, quali la prospezione magnetica, gravimetrica e soprattutto sismica.

Solo dopo che i risultati sono stati esaminati a fondo si decide di procedere all’esecuzione di pozzi di prova e, in caso affermativo, si stabilisce la loro collocazione e si inizia la trivellazione.
Il primo pozzo petrolifero fu scavato da Edwin L. Drake in Pennsylvania, nell’Agosto 1859; da allora sono state eseguite milioni di trivellazioni, la maggior parte delle quali si trovano sulla terraferma.
La produzione di petrolio estratto da piattaforme marine è però in costante aumento, benché sia molto più costosa e rischiosa quella in terraferma. Per la trivellazione del pozzo si usa una sonda, costituita da una colonna di aste cave d’acciaio alla cui estremità inferiore è avvitato un utensile da taglio, che può essere uno scalpello se il terreno da perforare è tenero.
Solitamente si usano rulli dentati conici e, se le rocce sono molto dure, denti sono costituiti da diamanti industriali o da carburo di tungsteno. Man mano che la perforazione prosegue si aggiungono altre aste collegate fra loro con speciali manicotti.
La batteria di aste è messa in rotazione da una piattaforma rotante a 100-250 giri al minuto collocata alla base del derrick e azionata da un motore diesel.
Durante la trivellazione, un apposito fango di circolazione viene pompato sotto pressione all’interno delle aste, finché fuoriesce in superficie attraverso ugelli praticati nello scalpello; questo fango serve per far raffreddare e lubrificare le punte dello scalpello e per portare in superficie i detriti delle perforazioni.

Una volta estratto, il petrolio viene inviato mediante oleodotti a centri di stoccaggio dove viene immagazzinato in grandi serbatoi cilindrici o sferici; da qui, sempre con oleodotti o navi cisterna, viene trasportato nelle raffinerie.
I procedimenti di raffinazione i procedimenti di raffinazione sono basati sulla distillazione per somministrazione di calore: in relazione all’aumento della temperatura di distillazione si hanno prodotti vari sempre più leggeri.
Nelle raffinerie avvengono le principali lavorazioni di raffinazione, quali la distillazione frazionata, che permette di ottenere una serie di prodotti e diversi tipi di benzine e gas che, sottoposti ad ulteriori trattamenti, producono carburanti con caratteristiche specifiche.
Dato l’alto potere calorifero del petrolio, la destinazione naturale di questi prodotti è per fini energetici, in quanto entrano nella combustione delle centrali termoelettriche e dei principali motori a scoppio o diesel.
Dal petrolio vengono poi ricavati molti altri prodotti, usati per lo scopo non energetico.

Il consumo indiscriminato del petrolio ha portato ad una situazione allarmante: alcuni scienziati ne prevedono l’esaurimento entro qualche decina d’anni.
Inoltre, la posizione geografica dei giacimenti, dislocati in gran quantità nei Paesi arabi del Medio Oriente, condiziona lo sviluppo economico dei Paesi che, come l’Italia, non dispongono a sufficienza di tale risorsa.
Da una parte, inoltre, l’organizzazione dei Paesi esportatori sfrutta a proprio vantaggio la situazione con aumenti di prezzo, dall’altra la richiesta di petrolio tende ad aumentare, per la fame in aumento di energia da parte dei Paesi in via di sviluppo.