Carbone: Due Vie D’Uscita Che Nessuno Vuole Seguire

Tante volte, è difficile pensare di riaprire le centrali a carbone, quel carbone fossile che già crea diversi problemi ambientali: fin dalla sua estrazione sappiamo che il carbone pulito non esiste, ma può diventare molto meglio di come è adesso.

La domanda è: come rendere una situazione migliore, al punto da renderla accettabile?

E’ la stessa cosa del rischio accettabile vs il rischio in generale: negare quest’ultimo impedisce al primo di manifestarsi e tutto l’impianto crolla.

Il carbone è forse l’esempio migliore che possiamo addurre, di questo modo di pensare errato.

Una fonte di energia che ha fatto il suo tempo, che è problematica per gli obiettivi di decarbonizzazione ma che, di questi tempi, appare necessaria (sottolineiamo “appare”) per ovviare ad un problema energetico contingente.

Ora più che mai dobbiamo conoscerlo meglio, per poterlo accompagnare verso la fine della sua epoca in modo che i suoi effetti “negativi” siano trascurabili ed accettabili, finalmente e per sempre.

Carbone fonte di energia tra passato e presente
Carbone fonte di energia tra passato e presente

Carbone: Ritorno Al Passato

Non è questa la sede per discutere la storia del carbone come fonte di energia, limitiamoci a rimarcare i motivi che rendono l’energia da carbone un “ritorno al passato” in chiave di sostenibilità, nel senso di una produzione energetica che sia “gentile” nei confronti dell’ambiente e della salute pubblica.

Una cosa per tutte: il carbone determina potenziali rischi per la salute pubblica: non è certo una novità, tuttavia in questa sede abbiamo il dovere di presentare cosa va fatto (ma oggi non si fa) per rendere anche questo rischio sanitario accettabile.

Ciò è possibile e soprattutto obbligatorio, per evitare che i problemi non diagnosticati del passato tornino a manifestarsi, cosa che peraltro non hanno mai smesso di fare.

Prima di ogni cosa, comunque è importante avere una corretta informazione, così da aprire la strada alle (almeno due) possibilità di effettuare una vera “transizione” o, ancor meglio, “evoluzione” energetica verso uno sfruttamente sostenibile delle risorse.

Cominciamo quindi a capire un pò meglio come le centrali a carbone funzionano e quali sono le criticità da affrontare nel breve periodo, soprattutto alla luce del problema di approvvigionamento energetico con cui si deve fare i conti (e si faranno i conti anche in futuro).

La localizzazione delle centrali è importante

Centrali A Carbone

La prima cosa da fare, trattandosi di una risorsa fossile, è l’estrazione del carbone grezzo.

Vedremo in seguito come questo processo sia particolarmente importante anche ai fini dell’impatto ambientale.

In altre occasioni ci potremo occupare delle soluzioni più interessanti ed anche innovative che presso le miniere sono state adottate ai fini della massima sostenibilità possibile (come il caso della Escondida, una grande miniera di rame in Cile).

Una volta estratto, il materiale viene trasportato con treni e successivamente scaricato, sebbene la tendenza recente è quella di fare in modo che il sito di estrazione del carbone e quello di lavorazione siano molto vicini.

Questo è un notevole risparmio in termini di trasporti ed anche di impatto sull’ambiente.

Successivamente, avviene la polverizzazione del materiale estratto, attraverso grando setacci. Questo passaggio è importante non solo per ottenere la massima resa (una polvere più fine consente di aumentare la quota di energia prodotta), ma anche in termini di potenziale riduzione dell’impatto ambientale.

Un fattore assolutamente favorente l’emissione di composti nocivi è la combustione parziale: ottenere una polvere molto fine, che garantisce la combustione totale (o quasi) del materiale, permette di ottenere le minime emissioni, sebbene, è giusto ricordarlo, esse sono ancora ingenti nel caso dl carbone, anche in presenza dei migliori standard tecnologici del momento.

Come funziona una centrale a carbone – immagine Energy Education CA

Centrale A Carbone: Come Funziona

Dopo l’estrazione del carbone e la sua polverizzazione, viene messo all’interno di un boiler, dove avviene la combustione vera e propria. Questa combustione determina il calore necessario all’interno dell’impianto per produrre energia.

Infatti, il calore è trasferito a tubi che contengono acqua pressurizzata la quale, bollendo, genera il vapore.

Questo vapore viaggia attraverso una turbina e ne causa una rotazione a velocità elevatissime, che a sua volta determina la rotazione di un generatore il quale produce l’energia.

Una volta ottenuta, l’energia può essere messa a disposizione della rete di distribuzione per gli usi stabiliti.

Come anche nel caso dell’energia nucleare, il principio è semplice: scaldare il più possibile per aumentare la velocità della turbina. Più gira veloce, più si produce energia.

Notiamo dall’immagine postata sopra l’importanza dell’acqua: le centrali a carbone necessitano che vi sia una notevole quantità di acqua all’interno del circuito per il raffreddamento (secondo il ciclo di Rankine) e per questo motivo esse sono generalmente localizzate in prossimità di bacini d’acqua.

In temi di siccità da un lato e di innalzamento dei livelli del mare dovuto ai cambiamenti climatici dall’altro è una cosa da tenere sempre in altissima considerazione.

Centrali a carbone in Italia ad inizio 2022 – immagine GeoPop

Centrali A Carbone In Italia

In Italia le centrali a carbone operative sono 7, ad inizio 2022, sebbene la questione energetica incombente a seguito della guerra in Ucraina ne sta determinando un impulso ulteriore.

Il carbone sta diventando in questi momenti una sorta di “pronto soccorso energetico” (definizione quantomai indovinata) perché, nonostante non si possa puntare su di esso nel lungo periodo, in questi momenti potrebbe dare un significativo impulso nella direzione di un obiettivo (ancora non raggiungibile) di autosufficienza energetica.

Le centrali a carbone nel mondo, anno 2019 (in giallo quelle operative) – immagine Carbon Brief

Centrali A Carbone Nel Mondo

Il carbone è ancora la fonte energtica che più si fa sentire in termini di produzione a livello globale.

Secondo i dati della World Coal Association, infatti, quasi il 40% dell’energia mondiale è generata con la combustione del carbone ed ancora nei prossimi anni vi sarà uno sfruttamento importante di questa risorsa.

Per questo motivo, se consideriamo (come vedremo in seguito) che il carbone è anche la più inquinante forma di energia, possiamo essere ben poco ottimisti sugli obiettivi di decarbonizzazione.

Ecco perché un piano di difesa naturale ed immunizzazione del’ambiente è assolutamente necessario.

Anche per arrivare a dare concretezza a quell’ideale (un pò romantico e poco scientifico) di “carbone pulito” a cui spesso le imprese fanno riferimento.

Estrazione del carbone

Carbone Fossile

Il carbone è una fonte fossile o forse dovremmo dire che è la fonte fossile per eccellenza.

Questo sia dal punto di vista della sua formazione che, soprattutto, delle emissioni che caratterizzano tutte le fasi del ciclo di vita dell’energia (estrazione, trasporto, produzione, smaltimento delle ceneri).

In particolare ne esistono di quattro tipi: lignite, antracite e poi bituminoso e sub-bituminoso.

Senza entrare nei dettagli, tutti questi tipo di carbone sono una sorgente “sporca” di energia, nel senso sia ambientale che climatico del termine.

Tra questi, l’antracite contiene in genere oltre l’80% (fino a quasi il 100% in alcuni casi) di carbonio. Per questo motivo che ha la resa energetica maggiore.

Una via di mezzo è rappresentata dal bituminoso (e sub-bituminoso) che hanno una resa energetica media, se comparata a quella dell’antracite.

I valori dipendono molto, comunque, dalla composizione e, a monte, dal sito di estrazione del carbone.

Carbone per la produzione di Coke
Carbone destinato alla produzione di Coke – immagine Fastmarkets

Carbone Coke

Per definizione il Coke è un combustibile derivato dal carbone, a seguito di un processo di distillazione in assenza di aria.

In pratica, avviene un riscaldamento ad alte temperature del carbone (o petrolio) in assenza di aria in specifici forni.

Questo determina la perdita di tutti i costituenti volatili, per lasciare soltanto carbonio, con l’aggiunta di piccole quantità di idrogeno, zolfo ed osigeno.

Nel Coke si trova anche la componente minerale del carbone originario, tuttavia essa è chimicamente alterata e decomposta durante il processo di “coking”.

Sul piano prettamente ambientale, questo processo ha implicazioni decisamente importanti che non possono essere sottovalutate.

Effetti Ambientali del Coke

Gli impianti generano una ingente quantità di effluenti caratterizzati da una moltitudine di inquinanti.

Tra questi, solo per per citarne alcuni, si hanno composti aromatici, metalli di varia natura, cianuro, tiocianato ed ammoniaca.

Il vero punto della questione è che ogni impianto può presentare un profilo diverso, pertanto è necessario trattare ogni centrale come “un caso a parte”.

Così facendo si può determinare una strategia di contrasto a questi contaminanti che sia il più possibile inclusiva.

Per farlo, è stato proposto già da alcuni anni di utilizzare soluzioni microbiologiche, che di pari passo con azioni di barriera naturale sia all’interno che all’esterno dello stabilimento, possono migliorare e di molto la situazione.

Un’altra azione da intraprendere il prima possibile è quella di adattare i modelli per la predizione del comportamento delle emissioni da Coke in atmosfera.

Si tratta di un passo decisivo verso la sostenibilità (maggiore) dell’intera industria del carbone.

Il carbone ha una lunghissima storia
Carbone fonte fossile per eccellenza

Il Carbone è Una Fonte Rinnovabile?

Il carbone non è rinnovabile perché servono milioni di anni per arrivare alla sua formazione.

Esso contiene l’energia immagazzinata dalle piante che hanno vissuto sul pianeta alcune centinaia di milioni di anni fa.

La cosa interessante è che la ricerca scientifica ed industriale è sempre stata affascinata dalla possibilità di trasformare il carbone in qualcosa di più sostenibile.

Come la prospettiva di creare un carbone pulito quasi completamente.

Per questi motivi, è interessante andare a scoprire brevemente cosa sta accadendo in questo senso, particolarmente in Cina.

Qui l’esigenza di una più rapida decarbonizzazione ha spinto l’idea della creazione di un bio-carbone che possa sostituire il suo omonimo fossile.

Un fac-simile del Bio-Carbone prodotto in Cina

Carbone Rinnovabile: E’ Davvero Possibile?

Si tratta di un prodotto “nuovo”, che mira a rimpiazzare in tutto e per tutto il carbone fossile.

E’ stato chiamato bio-carbone ed è un “carbone pulito” o, meglio “più pulito” se paragonato all’originale.

Si ottiene con una pirolisi molto rapida, associata ad un processo di distillazione atmosferica.

Per quanto riguarda la resa energetica, siamo intorno al valore di 25-28 MJ/kg, che è all’incirca sovrapponibile a quanto ottenuto con il carbone fossile.

Ciò che conta maggiormente, però è la valutazione del cosidetto “life cycle”, vale a dire il ciclo di vita completo, non solo durante la produzione di energia.

Dal punto di vista della preparazione questo bio-carbone non necessita di estrazione. Vengono sfruttati i “depositi” di biomasse che giacciono come rifiuti da smaltire.

Sul piano prettamente numerico, i calcoli effettuati prevedono di poter sostituire con questo prodotto oltre 400 milioni di tonnellate di carbone. Su vasta scala, si tratta di una produzione che equivale al 13% del consumo nazionale di carbone.

Infine, sul piano del guadagno netto in fatto di emissioni di gas serra, le stime prevedono una riduzione di circa 730 milioni di tonnellate di CO2 entro il 2030.

Un carbone pulito non completamente sostenibile, perché la domanda potrebbe “cozzare” con quella dell’energia da biomasse.

Resta tuttavia un progetto molto interessante che merita di essere seguito con grande attenzione nel tempo.

Operazioni di underground mining

Carbone: Estrazione e Questioni Da Affrontare

Un approfondimento a parte meritano le miniere da cui si estrae il carbone.

L’estrazione del carbone rappresenta il primo momento essenziale del rischio ambientale legato a questa forma di energia. Esse hanno effetti sia per le emissioni di inquinanti sia per il contributo al cambiamento climatico.

L’estrazione del carbone avviene in due diverse modalità: con riferimento a queste metodiche, è impossibile considerare il carbone pulito, come vedremo più avanti.

La prima modalità estrattiva, denominata “Underground Mining“, prevede che, come dice la terminologia, si realizzino delle cave che prendono il carbone dal sottosuolo.

Miniera di carbone in Wyoming – immagine NRDC

La seconda è denominata “Strip Mining“, prevede che si asportino degli interi livelli di suolo alla ricerca del carbone che si trova immediatamente al di sotto di questi strati.

Sul piano ambientale è ben più pericoloso del primo metodo descritto.

Infatti, l’estrazione del carbone in questo caso prevede l’asportazione di interi livelli di suolo alla superficie.

Ciò è particolarmente distruttivo per l’ecosistema, come ben dimostra l’imagine di una miniera di carbone in Wyoming postata qui sopra.

Il Vantaggio Da Sfruttare In Fase Di Estrazione

L’estrazione del carbone è pertanto il primo momento da considerare per un piano efficace di protezione ambientale.

Questo soprattutto se pensiamo ad un aspetto che, paradossalmente, può trasformarsi in un vantaggio decisivo.

L’ambiente naturale è tutto intorno ad una miniera, spesso la circoscrive (a meno dei casi in cui le miniere sono a ridosso delle città, come nel caso de La Oroya in Peru, pur se in quel caso non si tratta di una miniera di carbone fossile).

Utilizzando metodi di difesa naturale e di immunizzazione dell’ambiente, abbiamo un enorme vantaggio spaziale. Ciò consente di circoscrivere e letteralmente “inertizzare” moti rischi già sul nascere, nei pressi delle miniere.

Il fatto che questa strategia non sia in opera oggi, è il vero danno a cui porre rimedio.

Le emissioni sono di varia natura

Emissioni Da Conoscere

In termini generali, le emissioni dalle centrali a carbone sono ingenti sia in acqua che in atmosfera.

Pertanto, è necessario sviluppare questi due livelli di protezione (difesa naturale ed immunizzazione dell’ambiente). Ciò vale sia all’esterno (come sempre, in ogni caso che riguardi impianti a potenziale impatto) che all’interno dello stabilimento.

Questa è una cosa particolarmente interessante anche sul piano imprenditoriale anche se ad oggi il suo potenziale resta inesplorato.

Per andare un pò più in profondità, possiamo dire che la combustione del carbone fossile produce più inquinanti di qualunque altra forma di energia. In particolare, ci riferiamo a:

  • ossidi di azoto
  • biossido di zolfo
  • particolato
  • metalli pesanti

Non dimentichiamoci poi dell’importanza delle ceneri, che meriterebbero una trattazione a parte.

Le ceneri volanti rappresentano una situazione problematica diretta per via delle emissioni.

Quelle depositate al fondo dell’impianto di combustione sono successivamente disposte in appositi siti da cui si registra emissione di metalli e di un particolato molto specifico.

Questo per dire che, in termini di sostenibilità, le cose sono decisamente sfavorevoli.

Nonostante ciò, per raggiungere un livello di accettabilità, esistono almeno due vie che ad oggi restano praticamente inesplorate.

La centrale a carbone di Grand Haven
La centrale di Grand Haven in Michigan

Carbone Sostenibile: Esiste Davvero?

Potrebbe sembrare una sorta di “ossimoro”, o di “missione impossibile”.

Certo il carbone fossile non può considerarsi sostenibile nel lungo periodo.

Allo stesso modo esistono delle soluzioni e degli accorgimenti che già adesso possono migliorare le condizioni, di molto.

Il primo accorgimento è quello che riguarda in particolare la complessità delle emissioni negli impianti che producono il Coke.

In questi casi, infatti, la presenza di inquinanti è imprevedibile (con gli attuali mezzi a disposizione) e soprattutto diversa, da centrale a centrale.

Per questi motivi, il primo passo è quello di adattare la modellistica previsionale ed evolverla per rispondere agli scenari possibili presentati dalle centrali a carbone che lavorano sul Coke.

E’ il primo passo perché, se non sappiamo nulla di cosa e come esce da una centrale, ogni azione di “riduzione del rischio” è un azzardo senza alcuna base di dati scientifici.

I normali modelli di previsione possono essere facilmente indotti in erore in presenza di centrali produttive che emettono una quantità notevole di calore.

Anche la distribuzione delle centrali su aree molto vaste è un problema nei calcoli. Pertanto in assenza di un adattamento specifico non possiamo sapere quale sia la reale situazione.

Le centrali a carbone hanno bisogno di acqua

Acqua e Rischi

Un’altra importante questione da affrontare per rendere più sostenibile il carbone è quella delle acque reflue, ricche di inquinanti che vanno dai metalli agli idrocarburi, più altri a seconda dei casi.

Una delle migliori modalità per risolvere il problema, sia per convenienza economica che per efficacia ed efficienza, è quella di usare elementi naturali in apposite vasche.

Tra queste, senza dubbio, la parte del leone è recitata dall’alga Oedogonium.

In breve, l’uso di elementi naturali, che possono essere riciclati a fine uso anche per produrre energia aggiuntiva da biomasse, determina:

  1. riduzione delle emissioni in acqua fino al 100% (provato sul campo)
  2. produzione di nuova energia a costo zero

La terza conseguenza, collegata ad entrambe le precedenti, è che le centrali a carbone hanno meno costi ambientali. Inoltre, ha un ricavo maggiore per la quota energetica in più che riesce a mettere in rete solo perché utilizza una risorsa naturale aggiuntiva.

Un duplice (in realtà triplice) vantaggio che non può essere tralasciato, particolarmente in una fase “critica” per l’approvvigionamento energetico.

Bisogna Pensare Anche Al Dopo

Un cenno soltanto, perché sarà occasione di altre discussioni, sull’importanza di avere un piano speciale per riportare alla vita le aree afflitte dall’inquinamento da carbone dopo la cessazione delle attività

Questo riguarda le miniere, ma anche le zone ove gli stabilimenti vengono a situarsi, per non dimenticare le vasche di raccolta delle ceneri depositate.

Per queste, ancora una volta, interventi con soluzioni naturali permettono una restituzione completa ed anzi un miglioramento delle condizioni preesistenti.

Le emissioni di metano dalle miniere sono sottostimate

Cosa Accade Con Il Metano: Un Rapporto Da Conoscere

Il metano è un gas naturale di estrema importanza, sia sul piano prettamente energetico, che su quello ambientale e climatico. Esso infatti è un potentissimo gas serra, decisamente superiore all’anidride carbonica.

L’estrazione del carbone fossile dalle miniere è un fattore decisivo alla emissione di metano, come ben riportato da un lavoro effettuato sulle più importanti miniere di carbone del Queensland, in Australia.

Un lavoro che ci permette di definire due cose importantissime, per adesso e soprattutto per il futuro:

  • le emissioni di metano sono generalmente molto sottostimate, quando si tratta di attività estrattiva per il carbone
  • le miniere di tipo superficiale (Strip mining) hanno un potenziale notevole in termini di emissioni, in taluni casi una sola di queste miniere può superare di gran lunga un insieme di altre miniere che invece sono scavate nel sottosuolo

Quanto osservato è molto importante perché dimostra l’urgenza di attuare dei piani speciali indirizzati anche al contrasto dei gas serra (metano in primis) al momento dell’estrazione del carbone.

Non solo: l’attività di monitoraggio deve essere molto migliorata e soprattutto deve essere presente continuamente.

Infatti, il profilo ambientale può cambiare ed è necessario seguire l’evolversi della situazione con la massima precisione.

Può davvero esistere il carbone pulito?

Carbone Pulito (Clean Coal)

Da un pò di tempo l’industria del carbone sta promuovendo questa “tendenza” o, meglio, paradigma di riferimento.

Detta tendenza mira a rendere il carbone fossile più pulito agendo sul versante dell’impresa.

Il carbone pulito, pensando all’estrazione, alla lavorazione e persino al trasporto, non esiste.

Esistono varie soluzioni che, se adottate su vasta scala, certamente permetterebbero di migliorare la situazione delle emissioni.

Con esse, anche l’impatto del carbone sul pianeta.

Tra queste, ad esempio, ricordiamo il trattamento preliminare del materiale per la riduzione delle componenti (in particolare i metalli pesanti) che poi saranno emesse in forma di ceneri volanti.

Per quanto poi riguarda le acque reflue, addirittura c’è la possibilità di usare lo stesso Coke in eccesso come filtro per gli inquinanti.

Il che vuol dire ricorrere ad una soluzione totalmente interna allo stabilimento.

Andare Oltre La Semplice Compensazione Ambientale

In alcune occasioni, le imprese si dedicano alla “mitigazione” degli effetti ambientali tipici dei siti di raccolta delle ceneri.

In altri ancora si dedicano alla realizzazione di progetti territoriali che, tuttavia, hanno un retrogusto di “compensazione” più che di reale riduzione dei rischi ambientali.

Questo è il punto, in quanto le azioni per rendere il carbone fossile più pulito devono mirare a renderlo tale nella sua essenza. Vale a dire nel processo e nel contrasto agli inquinanti ed alle emissioni serra.

Per questo, oltre all’azione delle imprese, se ne deve affiancare un’altra, sul territorio circostante.

Un’azione che sappia limitare, arrestare ed anche detossificare gli inquinanti.

Questo al fine di rendere il carbone pulito in senso che risulti almeno accettabile per una convivenza sostenibile.

Carbone una fonte di energia che non può essere compatibile con la decarbonizzazione
Energia dal carbone una sfida da vincere

Conclusioni

Al termine di questa analisi, possiamo evidenziare le due “vie d’uscita” da questa forma di energia verso una vera evoluzione energetica, che sono:

  1. l’azione all’interno delle centrali a carbone, con la presenza di soluzioni basate sulla natura per abbassare le emissioni ed al contempo i costi per la riduzione delle stesse;
  2. l’azione all’esterno delle centrali, con un piano misto di difesa naturale ed immunizzazione dell’ambiente circostante, previo adattamento dei modelli di dispersione degli inquinanti e delle emissioni di gas serra

In pratica, ad oggi si sta sfruttando il carbone senza adottare, al contempo, strategie di minimizzazione del rischio in tempo reale.

Purtroppo si sta privilegiando ancora una volta l’approccio della “compensazione”.

Purtroppo, in presenza della fonte energetica più “costosa” in termini ambientali e climatici, questo non basta.

Fare in modo che il carbone fossile possa diventare completamente “sostenibile” o “carbone pulito” è una tendenza ideale.

Cominciare a portare all’interno di questo ambito soluzioni naturali a supporto, prima e progressivamente sostitutive, in un secondo momento, è davvero necessario.

Solo così potremo uscire da questo imbarazzo ambiental-climatico che ci lega al passato.


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