corso di merceologia

IL CICLO COMBINATO

Consiste nell'accoppiare una turbina a gas e una turbina a vapore in modo che quest'ultima lavori con il calore di rifiuto della prima. Il rendimento energetico del processo è notevolmente aumentato poiché il sistema costituito dalle due turbine lavora, complessivamente, sfruttando una maggiore differenza tra temperatura in ingresso e temperatura in uscita dal sistema.

Nel caso in cui fosse possibile recuperare il calore proveniente dalla turbina a vapore lo si potrebbe utilizzare per esempio come fonte di riscaldamento per le abitazioni (cogenerazione, con un'efficienza dell'80%).

MOTIVI DEL SUCCESSO IMPIANTI ALIMENTATI A GAS

• rendimento;
• la grande versatilità che la turbina a gas permette nell'impostazione dello schema di impianto e la flessibilità di esercizio;
• la possibilità delle turbine a gas heavy duty di utilizzare una vasta gamma di combustibili liquidi e gassosi, che permettono di sostituire

Il gas naturale o di integrarlo in qualunque percentuale;

• le emissioni relativamente basse degli inquinanti presenti nei gas di scarico e dimensioni ridotte degli impianti;
• i grossi progressi conseguiti in termini di affidabilità e disponibilità, che si sono dimostrate superiori a quelle delle centrali convenzionali.

COGENERAZIONE

La cogenerazione consente di produrre più di una forma di energia, ovvero energia elettrica e calore da utilizzare in altri processi industriali o civili (riscaldamento per edilizia residenziale o commerciale cosiddetto telerilevamento).

Consente inoltre di aumentare il fattore di utilizzo dell'energia.

EMISSIONI DI SOSTANZE ORGANICHE VOLATILI (VOC)

Durante le operazioni di routine che si svolgono nei terminali del gas naturale si verificano delle emissioni incontrollate dell'ordine di 200-250 3kg/h (300-350 kg/MNm ).

Si tratta di una serie di accorgimenti tecnici riguardanti l'uso e la manutenzione delle valvole.

E deiraccordi di trasferimento del gas naturale.

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Merceologia

L'ENERGIA NUCLEARE

La fissione del nucleo atomico

Nella ricerca dell'origine della radioattività degli elementi, negli anni '20 furono condotti esperimenti per cercare di capire che cosa succede quando un atomo o un nucleo atomico viene colpito con particelle come elettroni, protoni.

Durante uno di questi esperimenti Enrico Fermi, a Roma, nel 1935, bombardò con neutroni i nucleidi uranio, un elemento costituito da due isotopi:

• per il 99,3% nell'uranio naturale è presente l'uranio-238 (il cui nucleo contiene 92 protoni e 146 neutroni);
• il restante 0,7% dell'uranio naturale è costituito dall'isotopo uranio-235 (il cui nucleo contiene ancora 92 protoni, ma tre neutroni in meno).

Tre anni più tardi fu chiarito che, nel corso dell'esperimento di Fermi: il nucleo di uranio si era "frantumato".

Perdita di massa di 1 g massa di materia corrisponde alla «liberazione» di 80 TJ di energia, una quantità di calore equivalente a quella che si sviluppa dalla combustione di circa 2.000 t di olio combustibile.

Nel 1938-39 agli scienziati nucleari apparve chiaro che, se opportunamente condotte e controllate, le reazioni di fissione del nucleo atomico avrebbero potuto rappresentare una nuova importante fonte di energia e di calore.

Le ricerche di Enrico Fermi indicarono alcuni punti: l'uranio-235 è l'unico nucleo presente in natura in grado, quando è bombardato con neutroni, di subire fissione con liberazione di grandi quantità di energia.

Per subire fissione, il nucleo di uranio-235 deve essere bombardato con neutroni «lenti» la cui velocità, cioè, deve essere fatta diminuire fino ad un valore critico; ciò si ottiene facendo passare i neutroni attraverso un materiale che agisce da

«moderatore». Fermi scoprì che la grafite purissima era un ottimo moderatore di neutroni, ma che potevano essere usate anche l'acqua ordinaria H₂O e l'acqua «pesante», D₂O che si trova abbondante in natura.

Nella fissione del nucleo di uranio 235 con neutroni lenti si liberano due o tre neutroni, ciascuno dei quali può provocare la fissione di altri nuclei di uranio 235 assicurando la propagazione della reazione a catena; la reazione di fissione a catena può assumere un carattere esplosivo.

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Merceologia

La reazione di fissione nucleare dell'uranio può essere rallentata, regolata o anche fermata interponendo nella massa in reazione dei materiali, come il cadmio o il boro, capaci di assorbire i neutroni e di impedire che colpiscano altri nuclei.

Nella fissione del nucleo di uranio 235 la perdita di massa fra i prodotti iniziali della reazione e i prodotti finali è

di circa l'uno per mille; dalla fissione di 1 g di uranio 235 si liberano, infatti, circa 82 GJ di calore. La prima «pila atomica» che entrò in funzione il 2 dicembre 1942 dimostrò che era possibile liberare, su scala abbastanza grande e in maniera controllata, energia dal nucleo atomico. Iniziò così la corsa per la costruzione della bomba atomica; preparazione su scala industriale dei materiali fissili uranio 235 e plutonio. L'uranio-235 per poter essere impiegato in una bomba atomica doveva essere separato dall'uranio-238 attraverso un processo di «arricchimento», in modo da avere una concentrazione di uranio-235 superiore al 90% (nei reattori, al fine di produrre energia, è sufficiente una percentuale pari al 3%). Si scoprì che in seguito al bombardamento dell'uranio-238 con neutroni, l'uranio-238 subisce una serie di reazioni che portano ad un elemento con numero atomico 93, il nettunio-239 il quale,

1. La ordinaria è utilizzata sia per rallentare la velocità dei neutroni (moderatore), sia per asportare e ricuperare il calore (refrigerante) che si libera nel corso della fissione nucleare e che è poi la "merce" che interessa ottenere.
2. Per ottenere l'energia dalla fissione nucleare occorrono varie operazioni:
1. Estrazione del minerale di uranio e preparazione dell'ossido di uranio;
2. Arricchimento dell'uranio, in modo da aumentare la concentrazione dell'uranio-235;
3. Costruzione e funzionamento dei reattori;
4. Trattamento del "combustibile irraggiato"; conservazione e smaltimento dei residui radioattivi.

Ciclo del "Combustibile" nucleare

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Merceologia

A. Estrazione e produzione primaria:

L'uranio è un elemento che si trova in natura in alcune rocce, in alcuni minerali fosfatici, in certi scisti bituminosi.

Secondo le ultime stime fornite dall'OECD e

Dall'Agenzia Internazionale per l'Energia Atomica (IAEA) con riferimento al 2007, le riserve accertate e producibili a un costo non superiore a 130USD/kg ammontano a 5,5 milioni di tonnellate (contro le 4,7 Mt riportate nel 2005). Agli attuali tassi di utilizzo e con le attuali tecnologie, consentirebbero un'autonomia di circa 83 anni. Le riserve possibili ammonterebbero invece a 10,5 Mt.

Il minerale viene sottoposto a frantumazione e separazioni fisiche e chimiche, per convertire l'uranio in una forma chimica adatta alla successiva fase di arricchimento. In questa fase si generano grandi quantità di detriti: da 500 a 1000 kg per ogni kg di ossido di uranio U O recuperato sotto forma di "pasta gialla" (yellow cake).

La produzione mondiale di Uranio nel 2007 ammontava a 42.500 t (+6% rispetto al 2006) e per il 2008 si stimano 45.000 t. L'uranio proveniente dall'industria estrattiva ha fornito circa i 2/3 del fabbisogno complessivo (circa...

• riprocessamento di combustibile esasuto;
• ri-arricchimento delle "code" uranio;
• smantellamento di apparati bellici;

• un processo di "diffusione gassosa" nel quale viene spinto, mediante enormi compressori, in camere contenenti migliaia di filtri o setacci, attraverso i quali passa il fluoruro dell'U 235, il cui nucleo è un po' "più pi