Il carbone: la fonte di energia “Sporca”, ma sempre presente

Il carbon fossile, odiato dagli ambientalisti,, è comunque ancora un componente essenziale nella produzione di energia nell’epoca moderna, dopo esserne stato il protagonista, in alcuni momenti quasi assoluto, per gli ultimi 200 anni.

Ecco un grafico aggiornato che mostra il peso del carbone nel mix energetico mondiale, dove anocra produce 44 Terawatt/h di energia

Cosa è il carbone?

Il carbon fossile, o carbone, è una roccia sedimentaria di colore nero o bruno scuro, formata da resti di piante e sostanze vegetali che si sono trasformate nel corso di milioni di anni sotto l’effetto della pressione, della temperatura e dell’assenza di ossigeno. Il carbon fossile è un combustibile fossile, cioè una fonte di energia che deriva da organismi viventi sepolti nel sottosuolo in epoche geologiche remote.

Il carbon fossile ha avuto un ruolo fondamentale nella storia dell’umanità, in particolare durante la Rivoluzione industriale, quando è stato usato per alimentare le macchine a vapore, le locomotive, le navi e le fabbriche. Ancora oggi, il carbon fossile è una delle principali fonti di energia elettrica nel mondo, anche se il suo uso comporta gravi problemi ambientali, come l’emissione di gas serra, l’inquinamento dell’aria e la produzione di rifiuti tossici.

Il carbon fossile si forma a partire dalla torba, un materiale organico composto da piante morte che si accumulano in zone umide e paludose. La torba viene progressivamente sepolta da altri strati di sedimenti e subisce un processo di carbonificazione, che ne aumenta il contenuto di carbonio e ne riduce quello di ossigeno, idrogeno e altri elementi. La carbonificazione dipende dal tempo, dalla profondità e dalle condizioni geologiche in cui avviene.

A seconda del grado di carbonificazione, si distinguono diversi tipi di carbon fossile:

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  La torba è il materiale più recente e meno trasformato, con un contenuto di carbonio intorno al 60% e un potere calorifico basso. Ha un colore bruno e una consistenza fibrosa. Si forma in epoca quaternaria (da 2,6 milioni di anni fa ad oggi). Utilizzata localmente come combustibile ancora in Irlanda;

• La lignite è uno stadio intermedio tra la torba e il carbone vero e proprio, con un contenuto di carbonio intorno al 70% e un potere calorifico medio. Ha un colore bruno scuro e una consistenza legnosa. Si forma in epoca terziaria (da 66 a 2,6 milioni di anni fa). Usato ancora coome combustibile in germania, anche se progressivamente abbandonato perché molto inquinante e a bassa capacità energetica.
• Il litantrace è il carbone più diffuso e utilizzato, con un contenuto di carbonio fino al 90% e un potere calorifico alto. Ha un colore nero e una consistenza compatta. Si forma in epoca carbonifera (da 359 a 299 milioni di anni fa).
• Antracite è il carbone più puro e trasformato, con un contenuto di carbonio oltre il 90% e un potere calorifico molto alto. Ha un colore nero lucente e una consistenza dura. Si forma in epoca carbonifera o precedente. Praticametne è quasi carbonio puro alla stato amorfo.

Oltre ai carboni fossili, esistono anche dei carboni artificiali o non fossili, ottenuti dalla lavorazione del legno o del carbone stesso:

– Il **carbone vegetale** si ottiene dalla combustione incompleta del legno in assenza di aria. Ha un contenuto di carbonio intorno all’80% e un potere calorifico elevato. Viene usato come combustibile domestico o industriale, come materiale per la produzione di acciaio o come filtro per la purificazione dell’acqua e dell’aria.
– Il **coke** si ottiene dalla distillazione del litantrace a temperature elevate (oltre 1000 °C) in assenza di aria. Ha un contenuto di carbonio intorno al 95% e un potere calorifico molto elevato. Viene usato principalmente come riducente nella produzione di ferro e acciaio.
– La **storta** si ottiene dalla distillazione della torba a temperature moderate (500-600 °C) in assenza di aria. Ha un contenuto di carbonio intorno al 75% e un potere calorifico medio. Viene usata come combustibile o come fertilizzante.

Il carbon fossile è una risorsa non rinnovabile, cioè che si esaurisce con il tempo e non si rigenera alla stessa velocità con cui viene consumata. Le riserve mondiali di carbon fossile sono concentrate in poche aree geografiche, principalmente in Cina, Stati Uniti, Russia, Australia e India.

L’estrazione del carbon fossile avviene attraverso miniere sotterranee o a cielo aperto, anche di dimensioni notevoli. La più grande miniera di carbone del mondo per riserve è la miniera di carbone North Antelope Rochelle nel bacino del Powder River nel Wyoming, negli Stati Uniti.

Il carbon fossile è una fonte di energia economica e abbondante, ma anche molto inquinante e dannosa per il clima. La combustione del carbon fossile produce anidride carbonica (CO2), il principale gas responsabile dell’effetto serra e del riscaldamento globale. Inoltre, il carbon fossile contiene impurità come zolfo, azoto, mercurio e altri metalli pesanti, che durante la combustione generano ossidi acidi, polveri sottili e altre sostanze nocive per la salute umana e per gli ecosistemi.

Per ridurre l’impatto ambientale del carbon fossile, si stanno sviluppando delle tecnologie che permettono di catturare e stoccare la CO2 prodotta dalla combustione (CCS) o di trasformare il carbone in gas o in liquido prima di bruciarlo (gassificazione e liquefazione). Tuttavia, queste soluzioni sono ancora costose e complesse da realizzare su larga scala. L’alternativa più sostenibile è quella di sostituire il carbon fossile con fonti di energia rinnovabili, come il sole, il vento, l’acqua o la biomassa.

Produttori e utilizzatori del carbon fossile

Quali sono i paesi al mondo che producono una maggior quantità di carbone, e quali sono i maggiori produttori, secondo dati 2020?

1. Cina: 3.974 milioni di tonnellate (Mt), il 50% della produzione mondiale
2. India: 760 Mt, il 10% della produzione mondiale
3. Indonesia: 564 Mt, il 7% della produzione mondiale
4. Australia: 503 Mt, il 6% della produzione mondiale
5. Stati Uniti: 502 Mt, il 6% della produzione mondiale
6. Russia: 440 Mt, il 6% della produzione mondiale
7. Sudafrica: 257 Mt, il 3% della produzione mondiale
8. Kazakistan: 117 Mt, il 1% della produzione mondiale
9. Colombia: 86 Mt, l’1% della produzione mondiale
10. Ucraina: 65 Mt, l’1% della produzione mondiale

Come si può notare, i primi cinque paesi da soli coprono l’80% della produzione globale di carbone, mentre i primi dieci paesi arrivano al 91%. Questo significa che il mercato del carbone è molto concentrato e dipendente da pochi attori.

I maggiori utilizzatori, secondo dati AIE 2018 sono i seguenti

1. Cina: 4.319 Mt, il 52% del consumo mondiale
2. India: 966 Mt, il 12% del consumo mondiale
3. Stati Uniti: 637 Mt, l’8% del consumo mondiale
4. Giappone: 187 Mt, il 2% del consumo mondiale
5. Indonesia: 171 Mt, il 2% del consumo mondiale
6. Russia: 161 Mt, il 2% del consumo mondiale
7. Sudafrica: 142 Mt, il 2% del consumo mondiale
8. Germania: 131 Mt, il 2% del consumo mondiale
9. Corea del Sud: 129 Mt, il 2% del consumo mondiale
10. Turchia: 101 Mt, l’1% del consumo mondiale

Anche in questo caso, si può osservare che i primi cinque paesi assorbono il 76% del consumo globale di carbone, mentre i primi dieci paesi arrivano all’85%. Inoltre, si può notare che la Cina è sia il primo produttore che il primo consumatore di carbone al mondo, con una quota molto superiore a quella degli altri paesi.