Fonti di energia
Noi abbiamo bisogno di cibo per svolgere le nostre attività, e le macchine hanno bisogno di combustibile per muoversi e fare il loro lavoro. Il cibo e il combustibile forniscono energia. Ma da dove viene questa energia? Quasi tutta l'energia presente sulla Terra viene dal Sole. L'energia solare viene immagazzinata nelle piante sotto forma di energia chimica (attraverso il processo della fotosintesi), consente l'evaporazione dell'acqua e quindi il suo ritorno in quota dopo essere precipitata a valle, e così via. Anche l'energia chimica contenuta nei combustibili deriva dal Sole, perché carbone, petrolio e gas naturale rappresentano i resti di organismi viventi vissuti milioni di anni fa. Il Sole è dunque la nostra primaria fonte di energia. Da essa derivano quasi tutte le fonti di energia che noi utilizziamo per sostenere la nostra società industriale. Le fonti di energia si possono classificare in fonti esauribili e fonti rinnovabili. Le prime sono presenti in quantità limitata e non si possono riformare. Le seconde praticamente non si esauriscono con l'uso o, comunque, possono essere riprodotte. Le fonti esauribili di energia, pur abbondanti in natura, sono così dette perché vengono consumate con tanta rapidità che è impossibile si ricostituiscano seguendo gli stessi lentissimi processi naturali che le hanno prodotte attraverso i millenni. Appartengono a questo gruppo i combustibili fossili come i carbone, il gas naturale e il petrolio, e 'uranio. Le fonti rinnovabili, dette così perché praticamente inesauribili, sono rappresentate dall'energia geotermica, dall'energia solare e da tutte le fonti che indi-rettamente derivano da quest'ultima (energia del vento, delle acque, delle biomasse, ecc.). Esse rappresentano la grande carta dell'uomo per assicurarsi in futuro il necessario rifornimento energetico. Un'altra classificazione di base delle fonti di energia è quella in fonti primarie e fonti secondarie. Le prime sono le fonti di energia così come si trovano in natura, quali ad esempio il petrolio, il carbone e l'energia idrica. In genere però le fonti primarie non vengono utilizzate tali e quali dai consumatori finali, ma subiscono delle trasformazioni. Così ad esempio il petrolio viene raffinato e trasformato in molti prodotti (benzina, gasolio, olio combustibile, ecc.) che costituiscono appunto le fonti secondarie; l'energia delle acque e nucleare vengono trasformate in elettricità e in tale forma distribuite ai consumatori finali e così via.
I combustibili fossili
I combustibili fossili sono sostanze che si sono formate spontaneamente nel corso di milioni di anni, in seguito alla lenta decomposizione di organismi vegetali e animali operata nel tempo in condizioni di assenza di ossigeno, forti pressioni, temperature elevate. Essi si trovano sepolti nel sottosuolo a profondità variabili da pochi metri ad alcuni chilometri e possiedono un alto contenuto di energia chimica che, mediante la combustione, si trasforma in energia termica, utilizzabile direttamente o trasformabile a sua volta in altre forme di energia. Il valore pratico di un combustibile fossile dipende in massima parte dalla quantità di calore che fornisce nella combustione, cioè dal suo potere calorifico; questo viene definito come la quantità di calore espressa in joule che si libera nella combustione completa di 1 kg di sostanza. Per i combustibili gassosi ci si riferisce a 1 m', misurato a O °C e alla pressione di 1 atmosfera. Rispetto al loro stato fisico i combustibili fossili si suddividono in solidi (carbon fossile), liquidi (petrolio) e gassosi (metano). Si è soliti inoltre distinguere i combustibili in naturali, che sono quelli utilizzati così come si trovano in natura, e artificiali. Questi ultimi, in genere, derivano da quelli naturali,ma prima del loro impiego hanno subito un qualche trattamento chimico o fisico che ha migliorato alcune caratteristiche.
Il petrolio
II petrolio ha un'origine più recente rispetto a quella del carbone. I suoi giacimenti hanno all'incirca 65 milioni di anni e si sono formati per lenta decomposizione di vegetali e animali marini, rimasti imprigionati in sacche sotterranee delimitate da rocce impermeabili. I giacimenti di petrolio si trovano a profondità che arrivano oltre i 10000 m. Il petrolio greggio si presenta come liquido denso e viscoso, di colore nerastro. I costituenti principali del petrolio sono gli idrocarburi, sostanze organiche formate da idrogeno e carbonio. Innumerevoli sono gli impieghi dei prodotti petroliferi. Si può dire che non esiste processo di lavorazione industriale o prodotto destinato al nostro consumo che non abbia un quantitativo di petrolio incorporato. Non soltanto ne abbiamo bisogno per il riscaldamento della nostra casa, delle scuole o degli uffici e per far funzionare ogni tipo di motore, ma siamo legati a esso soprattutto perché è una preziosa riserva di energia chimica. Questa fonte di energia può essere utilizzata per produrre un enorme numero di prodotti di elevato valore tecnologico, quali materie plastiche, medicinali, cosmetici, fibre tessili e tanti altri, che attualmente non è possibile ottenere in altro modo.
1. Ricerca dei giacimenti.
La ricerca per individuare un giacimento di idrocarburi liquidi o gassosi è detta prospezione. È un lavoro che richiede in media alcuni anni e l'impiego di tecnici specializzati, soprattutto geologi e geofisici. La ricerca inizia con l'individuazione dei bacini di sedimentazione, dove si sono accumulati resti di organismi viventi e detriti inorganici. Una volta individuata la zona, inizia una prima esplorazione in superficie; si eseguono perforazioni fino a qualche decina di metri di profondità, per prelevare campioni del sottosuolo (detti carote), da analizzare per verificare se nel sottosuolo vi sono trappole nelle quali gli idrocarburi abbiano potuto accumularsi. Per individuare una trappola si ricorre al metodo sismico a riflessione, attualmente il più preciso e sicuro. Tuttavia la certezza che gli idrocarburi siano presenti e siano in quantità sufficiente da renderne con-veniente l'estrazione, viene raggiunta solo dopo aver scavato una serie di pozzi esplorativi (detti pozzi di prospezione, che devono essere protone!; 6000-9000 m) per prelevare dei campioni di combustibile e per determinare le sue caratteristiche e l'estensione del giacimento.
2. Estrazione.
Dopo aver localizzato il giacimento e averne giudicato conveniente lo sfruttamento, si passa alla fase di estrazione vera e propria. Queste. consiste nello scavare un certo numero di pozzi opportunamente distanziati, in modo da sfruttare ? massimo il giacimento. Le rocce vengono perforate da uno scalpello rotante, collegato al motore da un sistema di aste cave (tubi in acciaio di alta resistenza, avvitati uno all'altro). Il sistema di aste viene allungato a mano a mano che il pozzo diventa più profondo. Le aste sono sostenute da una torre metallica alta circa 40 m, detta derrick, che poggia su una piattaforma. Attraverso le aste cave viene iniettato nel fondo del pozzo un fango apposito che, oltre a lubrificare e a raffreddare lo scalpello, fa galleggiare e quindi salire alla superficie i detriti delle rocce frantumate. Quando il pozzo raggiunge il giacimento, l'asta di perforazione viene tolta e sostituita con un tubo, attraverso il quale il petrolio, soprattutto all'inizio, esce spontaneamente, spinto dalla pressione a cui si trova nel giacimento. Quando la pressione diventa insufficiente, il petrolio viene pompato attivamente. Sulla testa del tubo attraverso il quale sgorgherà il petrolio viene fissato un apparecchio chiamato albero di Natale, munito di valvole, che controllano e regolano la fuoriuscita del petrolio stesso.
3. Trasporto del greggio.
Una volta estratto, il petrolio viene immagazzinato in grandissimi serbatoi, della capacità di oltre 100000 t, in attesa di essere trasferito ai luoghi di raffinazione o di consumo. Il trasporto può avvenire via mare per mezzo di gigantesche petroliere o navi cisterna che possono portarne 500000 t per volta, oppure può avvenire via terra, tramite gli oleodotti, nei quali il petrolio viene pompato sotto pressione. Questi oleodotti possono essere lunghi migliaia di chilometri e attraversano intere nazioni. L'oleodotto è il mezzo più sicuro di trasportare il petrolio, poiché in caso di perdite può essere facilmente riparato e l'inquinamento che ne deriva è molto limitato. Invece, le petroliere hanno provocato in passato veri disastri ecologici a causa del petrolio riversato in mare in seguito a incidenti o anche per le normali operazioni di lavaggio dei serbatoi.
4. Raffinazione del petrolio.
Il petrolio greggio subisce un processo di raffinazione che consente di ottenere una lunga serie di prodotti petroliferi. La raffinazione avviene mediante il processo di distillazione, che consiste nel riscaldare fino all'ebollizione un miscuglio di liquidi (come è il petrolio), separandoli in base alle loro diverse temperature di ebollizione. Il greggio, proveniente dalle cisterne, viene parzialmente vaporizzato in un forno, dove scorre in un tubo fortemente riscaldato. Dal forno esce alla temperatura di 350 °C ed entra dal basso in una grossa torre di distillazione, che può raggiungere i 10 m di diametro e i 60 m di altezza. Essa è suddivisa al suo interno in tanti piani (costituiti da grandi piatti d'acciaio, forati per far passare il liquido e il vapore) aventi ciascuno una determinata temperatura, che è sempre più bassa man mano che si sale verso l'alto. Su ogni piatto tendono ad accumularsi quei componenti il cui punto di ebollizione è prossimo alla temperatura del piatto: i componenti con punto di ebollizione più alto ricadranno, allo stato liquido, sui piatti verso il fondo della torre, mentre i compone ti più volatili sfuggiranno sui piatti superiori. A diverse altezze della colonna, attraverso tubati. laterali, si prelevano quindi le varie frazioni, che generalmente sono sei, e precisamente: una frazione gassosa mietano ed etano), quattro liquido (benzina kerosene, gasolio, olio combustibile) e un residuo, costituito di olio combustibile pesante e da bitumi. Nelle raffinerie non va dunque perso quasi nulla del prezioso greggio. Una volta estratti dalla torre di distillazione, quasi tutti i prodotti, per essere direttamente utilizzabili, subiscono altri trattamenti di depurazione, ulteriori raffinazioni o aggiunta di additivi. Per esempio, nel trattamento di reforming, la benzina viene "riformata", cioè arricchita nel numero di ottani'; nelle installazioni di cracking (il termine era cking deriva dal verbo inglese to crack, che significa rompere) una parte del residuo della distillazione viene trasformata in prodotti leggeri per effetto delle alte temperature (intorno ai 500 °C), che spezzano le molecole più grosse, tipiche degli oli pesanti, in molecole più leggere, tipiche delle benzine. |
