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Carbone e nucleare alla luce della legge di Hubbert e dell’ effetto serra

3 Luglio 2007 di Amministratore

L’ing. Pietruccio Soraperra ci ha inviato un lungo lavoro di approfondimento sul fabbisogno energetico e un’ analisi del futuro prossimo caratterizzato da un consumo sempre pi√Ļ ridotto di petrolio. Vengono inoltre presentate le soluzioni del carbone pulito e dell’ energia nucleare per ridurre le emissioni di CO2 nell’ atmosfera.

Si premette che nell’ articolo che segue si fa uso dei seguenti simboli e unit√† di misura:
^ elevamento a potenza
ppm parti per milione: 1 ppm = 0.0001%
atm atmosfere: 1 atm √® pari a 101325 Pa ed √® la pressione dell’aria in condizioni normali
m metri
km chilometri
km^2 chilometri quadrati: 1 km^2 è pari a un milione di metri quadrati 10^6 m^2
km^3 chilometri cubi: 1km^3 è pari a un miliardo di metri cubi 10^9 m^3
J Joule = unit√† di misura dell’energia nel sistema internazionale; ci vogliono 4186 J per fare una chilo caloria (simbolo kcal); cio√® per scaldare un kg di acqua di un grado da 14.5¬įC a 15.5¬įC
kWh chilowattora: 1 kWh è pari a 3.6*10^6 J o 860 kcal
MWh megawattora: 1 MWh è pari a 1000 kWh = 3.6*10^9 J
MWd megawattday: 1 MWd è pari a 24 MWh essendo un giorno formato da 24 ore
GWh gigawattora: 1 GWh è pari a un milione di kWh = 3.6*10^12 J
tep tonnellata equivalente di petrolio, √® una unit√† di misura impropria dell’ energia; pari all’ energia ricavabile dalla combustione di una tonnellata di petrolio; 1 tep √® pari 41.9*10^9 J oppure 11640 kWh
Mtep megatep: 1 Mtep è pari a 11640 GWh
CO2 anidride carbonica
ton tonnellata (di anidride carbonica)
Gton miliardi di tonnellate (di anidride carbonica)

Carbone e nucleare alla luce della legge di Hubbert e dell’ effetto serra - di Pietruccio Soraperra (luglio 2007)

Il geologo della shell, M. King Hubbert, gi√† negli anni ‘50 aveva formulato che la produzione non regolamentata del petrolio, su qualunque vasta regione, avrebbe seguito un andamento gaussiano (curva a campana) e applicando i dati in suo possesso alla produzione di petrolio degli Stati Uniti aveva previsto, contro il parere corrente dell’epoca, il picco di produzione ai primi anni ‘70, dopo di che ci sarebbe stato un lento declino: e cos√¨ √® stato. Applicando gli stessi criteri su scala mondiale si vede che il flusso globale di petrolio ha, fino ad oggi, seguito fedelmente le previsioni di Hubbert se si tiene conto delle complicazioni derivanti dal comportamento dei paesi dell’OPEC atto a limitare le proprie esportazioni. Naturalmente, per quel che riguarda il futuro si tratta solo di estrapolazioni. In definitiva la curva che indica la produzione globale di petrolio ha il suo massimo proprio intorno ai giorni nostri, dopo di che la produzione mondiale di petrolio dovrebbe cominciare a calare col conseguente aumento dei prezzi del petrolio e del gas. Dunque ci siamo. Dobbiamo prepararci ad un futuro prossimo caratterizzato da un consumo sempre pi√Ļ ridotto di queste due fonti primarie in una situazione aggravata dal fatto che sono in rapido sviluppo due regioni importanti del mondo come Cina ed India.

Spaziando su riviste e internet si trova sull’argomento energia una quantit√† tale di dati e considerazioni da restare disorientati, soprattutto per la mancanza di omogeneit√† delle informazioni che spesso fanno uso di unit√† di misura e di criteri diversi, e non sempre specificano chiaramente il contesto e l’applicazione dei dati che vengono forniti. Con queste poche righe, che non hanno certo pretese di precisione e completezza, intendo solo portare un po’ di chiarezza. Lo far√≤ cercando di usare sempre le stesse unit√† di misura, in modo da rendere comparabili le quantit√† omogenee, e cercando anche di dare il “senso” delle cose al di l√† dei numeri. Se, ad esempio, dicessi che la distanza terra-sole √® di 149 milioni di km, quella fra la terra e la luna √® di 384′000 km, il diametro della terra √® 1.274*10^7 m e il raggio del sole √® 6.96*10^8 m probabilmente non avrei detto “niente di comprensibile” nel senso che da un elenco di numeri e unit√† complicate non si ricava veramente un’idea delle proporzioni in gioco. Se invece dico che “il diametro della terra √® circa 100 volte pi√Ļ piccolo di quello del sole, che la terra si trova ad una distanza che √® circa 100 volte il diametro del sole e che se disegno la terra al centro del disco del sole la luna percorre un’orbita circolare che ha un diametro un po’ pi√Ļ grande della met√† del sole” probabilmente ho reso un po’ pi√Ļ familiari alcuni concetti sulle dimensioni del sistema solare. Ho perso in precisione, ma ho dato “un’idea” del fenomeno di cui sto parlando.

Iniziamo, allora, fissando alcune informazioni e alcuni termini di paragone significativi con l’argomento che andremo a trattare.

Il lago di Garda [12] ha una superficie di 368 km^2, con una profondit√† media di 133 m, un volume delle acque pari a 49 km^3. E’ il pi√Ļ esteso e il pi√Ļ grande (come volume) lago italiano, rappresenta oltre il 30% del volume di acqua dolce raccolto nei bacini naturali e artificiali italiani. Per confronto, la superficie italiana √® 301′323 km^2 (circa 820 volte tanto). Se volessimo distribuire l’acqua contenuta nel lago sull’intera superficie italiana otterremo uno spessore, non trascurabile, di 16 cm.

L’aria ha una densit√† di circa 1.3 kg ogni m^3 ed √® formata al 78% da Azoto e 21% da Ossigeno, 1% di Argon e tracce di altri gas fra cui il pi√Ļ abbondante √® l’anidride carbonica CO2, che per centinaia di migliaia di anni, in equilibrio con l’ecosistema, si √® mantenuta abbastanza costante, [3] fra le 200 e le 280 ppm. A causa dell’uso sconsiderato dei combustibili fossili del secolo scorso, la concentrazione di CO2 √® quasi raddoppiata arrivando alle 380 ppm (0.038%). L’aria √® un immenso oceano sul fondo del quale viviamo noi, per√≤ non √® una risorsa “infinita”: gi√† ad una quota di 15-20 km comincia ad essere estremamente rarefatta. Per avere un’idea della quantit√† in gioco basti pensare che se venisse tutta condensata fino a diventare liquida ricoprirebbe la terra con uno strato di soli 10 m (non arriverebbe ai tetti delle nostre case). Al mondo c’√® molta meno aria che acqua. L’aria √® un bene prezioso con funzioni indispensabili alla vita sulla terra. Fra queste c’√® l’effetto serra che √® buono perch√® mantiene la superficie della terra ad una temperatura media di 15¬įC ([3] senza di esso moriremmo di freddo perch√® la temperatura media sarebbe -19 ¬įC). E’ noto, viceversa, a tutti, che se fosse eccessivo potrebbe avere effetti devastanti e difficilmente prevedibili sul pianeta. La colpa dell’effetto serra viene giustamente attribuita alla CO2, ma, a parit√† di numero di molecole, avrebbe un impatto decisamente maggiore (25 volte [16]) il metano che per√ɬ≤, fortunatamente, in aria, √® molto rarefatto. La sua produzione [18] deriva principalmente dall’allevamento intensivo del bestiame oltre che dalle perdite nell’estrazione dai giacimenti sotterranei e la sua quantit√† andr√† tenuta sotto controllo negli anni a venire. Naturalmente all’effetto serra contribuiscono anche altri gas, nonch√© il vapor d’acqua, ma non ci dilungheremo oltre sull’argomento.

L’anidride carbonica CO2 [4], √® un gas non molto reattivo che, a parte l’effetto serra gi√† citato, non √® pericoloso per l’uomo purch√® si mantenga sotto il 5% (notare che l’istituto americano per la sicurezza sui luoghi di lavoro fissa il limite di pericolo a concentrazioni dello 0.4% cio√® circa 10 volte pi√Ļ della quantit√† attualmente presente nell’aria). Dal punto di vista delle caratteristiche fisiche diremo che il punto triplo della CO2 √® caratterizzato dai seguenti valori delle variabili di stato t = -57¬įC e p = 5.2 atm, il punto critico si trova invece a t = 31¬įC e p = 74 atm: questo significa che la CO2 pu√≤ essere liquefatta per compressione purch√® ci si mantenga sotto i +31¬įC (per liquefarla a +10¬įC sevono 45 atm, cio√® pressioni alte ma tutt’altro che proibitive) e, a pressione ambiente, pu√≤ essere solidificata rafreddandola sotto i -79¬įC (sublimazione). In condizioni di temperatura e pressione normali la CO2 ha una densit√† di 2 kg ogni m^3 (cio√® pesa una volta e mezzo pi√Ļ dell’aria e quindi se viene messa sul fondo di un recipiente resta l√¨). E’ molto solubile in acqua visto che a 20¬įC un metro cubo di acqua pu√≤ contenere fino a 1.45 kg. Parlando di energia da combustibili fossili √® opportuno misurare la massa della CO2 in miliardi di tonnellate (abbreviate in Gton). La maggior parte [3] dell’anidride carbonica, e cio√® 40′000 Gton, si trova nel mare sotto forma di sedimenti carbonatici. Nell’atmosfera le 380 ppm corrispondono a una massa di 600 Gton. Attualmente [17] e [18] ne vengono emesse un po’ meno di 30 Gton ogni anno di cui il 30%, quindi circa 9 Gton, viene assorbita negli oceani, un altro 30%, circa 9 Gton, viene assorbita dagli ecosistemi terrestri ed in particolar modo dalle foreste tropicali (e da questo dato ci si pu√≤ rendere conto del pericolo rappresentato dalla deforestazione delle zone tropicali), il resto, cio√® 11 Gton, viene riversato in atmosfera: questo valore rappresenta circa un cinquantesimo dei 600 Gton gi√† presenti in atmosfera. Il 25% delle emissioni [2], cio√® 7 Gton, √® causato dai mezzi di trasporto a benzina e diesel ed √® in continuo aumento. Ma quant’√® grande una Gton di CO2? Per farci un’idea, considerato il valore della densit√† della CO2 pari a 2 kg/m^3, si deduce che 1 Gton in condizioni “normali” occuperebbe un volume di 500 km^3, cio√® circa 10 volte il volume del lago di Garda e, se depositato sopra l’Italia, formerebbe uno strato di 1 metro e 60 cm (potrebbe far affogare molte persone e molti animali)

E l’Italia quanto ne emette? [2] Il valore dichiarato √® pari a 0.224 Gton (2 volte e mezza il volume del lago di Garda) che, per gli accordi internazionali, dovrebbe essere portato a 0.200 Gton nel periodo 2008-2012 con conseguenze problematiche non solo direttamente sulla produzione di energia ma anche su produzioni collaterali tipo quella del cemento. Il dato fornito sopra andrebbe spiegato in dettaglio perch√®, in realt√† , appare un po’ basso e non congruo con quelli relativi ad una dipendenza energetica [2] del 49% dal petrolio e del 35% dal gas tenuto conto delle emissioni di queste due fonti e del fatto che il fabbisogno italiano di energia primaria [15] √® di circa 200 Mtep pari, cio√®, a 2′300′000 GWh. Un po’ pi√Ļ di un terzo va ad alimentare la produzione di energia elettrica che, a causa del rendimento termodinamico dei cicli termici utilizzati (non √® uno “spreco”, come dice qualcuno [15], ma si tratta delle conseguenze non evitabili del secondo principio della termodinamica) e delle inevitabili perdite di impianto, si trasformer√† approssimativamente nei 320′000 GWh elettrici consumati ogni anno dagli utenti italiani (il 13% di questa energia viene dall’estero). La scelta che sta facendo l’Italia per ridurre l’emissione di gas serra, alla luce anche degli scenari non troppo rassicuranti sul petrolio, √® di potenziare la produzione di energia elettrica col carbone. Tale decisione pu√≤ sembrare singolare soprattutto se si considera che il carbone √® il combustibile che emette la maggior quantit√† di anidride carbonica per kWh prodotto: [5] circa 1100 ton per ogni GWh elettrico prodotto, decisamente maggiore del petrolio che ne emette circa 850 e del gas naturale che ne emette circa 530. Per avere un’idea dell’impatto che ha sulla CO2 la nostra quasi totale dipendenza dai combustibili fossili immaginiamo di produrre tutti i 320′000 GWh elettrici col carbone: ne risulterebbe una produzione di 0.35 Gton di CO2 (3.5 volte il volume del lago di Garda) solo per l’energia elettrica, senza contare i consumi, e quindi le produzioni di anidride carbonica, derivanti da agricoltura, industria, civile (riscaldamento edifici) e trasporti che porterebbero la produzione, usando solo carbone, a 1 Gton di CO2. A parit√† di condizioni, per la sola energia elettrica, col petrolio si libererebbero 0.27 Gton di anidride carbonica e col gas 0.17 Gton. L’Italia, oltre a contare sull’estero (come sta facendo anche adesso sia per l’energia che per lo smaltimento dei rifiuti, e in futuro per l’acquisto di quote di emissione di CO2), utilizzando il carbone potr√† contare su una tecnologia che dovrebbe consentire il sequestro dell’anidride carbonica nel sottosuolo a prezzi competitivi: ed ecco spiegato il motivo di quella scelta. Le perplessit√† riguardano per√≤ il fatto che o si entra nell’ordine di idee di sequestrare una frazione significativa di quelle quantit√† gigantesche di anidride carbonica citate sopra oppure, se si tratta di sequestrarne qualche percento, il sistema non serve a niente.

E le fonti rinnovabili potranno fornire allora un valido strumento di risparmio? Direi solo parzialmente. La Germania, che √® la maggior produttrice di energia elettrica di origine eolica, ne √® la dimostrazione, perch√® non ha certo potuto sostituire con quello le proprie centrali convenzionali. Tutto quello che produce l’eolico a fine anno √® qualche percento del consumo totale. Oltretutto, l’Italia, dal punto di vista del vento [3] √® messa piuttosto male. Sia chiaro che l’eolico √® comunque prezioso e importante perch√© √® prodotto quasi senza emissioni [5] e in quantit√† che, anche se relativamente basse, non possono definirsi certo trascurabili: ad esempio in Spagna si riesce a coprire quasi l’8% dell’energia elettrica. Lo stesso si pu√≤ dire del solare termodinamico[2]: dal progetto Archimede di Pirolo Gargallo risulta che utilizzando una superficie di 0.38 km^2 si √® avuta in un anno la produzione di 54 GWh, cio√® 144 GWh all’anno ogni km^2. Confrontato con le necessit√† di energia elettrica del nostro paese si vede che sarebbe richiesta una copertura di (320′000/144 =) 2200 km^2 (lo 0.7% della superficie italiana) che non sembra molto realistico n√© realizzabile in tempi brevi. Il piano prevederebbe anche la costruzione di impianti in siti ad alto irraggiamento nel Nord Africa con produzioni annuali stimate di 275 GWh ogni km^2 che non sposterebbero certo i termini della questione oltre a marcare ulteriormente la nostra dipendenza dall’estero. Il solare fotovoltaico va perfino peggio [3] e poi bisognerebbe chiarirne bene tutti gli aspetti perch√© a fronte di una debole quantit√† di energia fornita richiede lavorazioni dispendiose (in termini di energia) ed inquinanti: in definitiva sembra pi√Ļ adatto a rifornire quelle utenze che sono difficilmente raggiungibili e per le quali non √® conveniente portare la rete elettrica, che non una reale fonte di energia primaria capace di coprire quote significative del fabbisogno energetico nazionale. Per avere un’idea del contributo delle biomasse (tipo bioetanolo) si consideri, poi, che non basterebbe tutta la superficie italiana per alimentare il solo settore italiano dei trasporti, e, oltretutto, utilizzerebbe superfici destinate alla produzione di alimentari di qualit√† come abbiamo nel nostro paese. In pratica, ad oggi, dalle rinnovabili, non sembra che ci siano le condizioni per potersi aspettare pi√Ļ di qualche (preziosissimo) percento e, pur fornendo contributi significativi, non si vede come possano diventare determinanti. Un discorso analogo pare applicabile al risparmio energetico, soprattutto nel settore civile, che assorbe il grosso dei consumi della nazione (circa il 50% del totale) e dove gli sprechi sono notevoli. Se, infatti, √® chiaro e provato che si possono realizzare edifici a basso consumo (ed alti costi) √® anche chiaro che la cosa richiede interventi massicci, un nuovo modo di progettare e di realizzare le case e anche di disporle sul territorio per ottimizzare non solo le perdite di calore invernali, ma anche ridurre la necessit√† di refrigerazione estiva. Non √® che in pochi anni si pu√≤ sperare in risultati significativi perch√© non √® sufficiente adattare gli edifici esistenti come cerca di fare anche la recente normativa sulla certificazione energetica: per essere a buon punto oggi bisognava pensarci seriamente almeno 30 anni fa.

A livello mondiale [5] il consumo globale di energia ammonta a circa 10′000 Mtep e quindi l’Italia rappresenta solo il 2% (e l’11% circa dei consumi europei). Di questi, a grandi linee, con dati relativi all’anno 2000, un terzo (34%) era fornito dal petrolio, un quarto (24%) dal carbone, un quinto (21%) dal gas naturale, un quindicesimo (7%) dal nucleare e solo il restante 14% era fornito dalle rinnovabili. In queste ultime la facevano da padrone le biomasse (in pratica la legna da ardere) e i rifiuti (11% in tutto: pi√Ļ del nucleare). Un po’ di contributo lo dava l’enegia idroelettrica (2.3%) e la geotermica (0.44%) mentre quelle, tipo vento, sole e maree, su cui molti sperano di potersi affidare nei prossimi anni, si attestavano su valori del tipo 0.04%. E’ perci√≤ normale che dette fonti in questi anni abbiano avuto un’impennata con aumenti anche di un fattore dieci e pi√Ļ ma le quantit√† realmente prodotte si mantengono marginali. A questo proposito ricordo che non bisogna farsi ingannare dal fatto che i dati, in letteratura e su internet, sono forniti quasi sempre in termini di potenza installata (tipicamente megawatt, MW) perch√© essendo fonti intermittenti l’unico dato significativo √® l’energia prodotta in un anno (quella che si misura in Mtep o in GWh per intenderci). Del resto √® chiaro che se queste fonti fossero state semplici e a buon mercato sarebbero gi√† state sfruttate massicciamente in passato: per dimostrare che nel secolo scorso la scienza e la tecnologia erano gi√† molto avanzate ricordo solo che la teoria della relativit√† risale ai primi del novecento e che le rinnovabili non richiedono certo interventi da fantascienza. Una qualche speranza pu√≤ darla invece la considerazione [19] che, quando si √® verificata la prima crisi petrolifera negli anni ‘70, con un consistente aumento dei prezzi dei prodotti petroliferi, il mondo industrializzato ha reagito dimezzando in pochi anni il consumo di petrolio, ma √® un dato il cui reale significato che andrebbe analizzato in dettaglio.

E allora, come si vede, se cala la produzione di petrolio, che ci piaccia o no, la regina delle fonti primarie [10], torner√† ad essere il carbone, che occupa gi√† il secondo posto e su cui puntano paesi importanti in via di sviluppo come la Cina [9] che con il 13% delle riserve mondiali di carbone sta aprendo in media una nuova centrale alla settimana. Proprio sul carbone si sta facendo un grosso lavoro di ricerca e sviluppo per ridurne il drammatico impatto ambientale: i problemi non riguardano solo l’effetto serra, le piogge acide e la contaminazione delle acque, ma anche i danni dovuti allo smog e soprattutto al particolato fine (nanopolveri tipo PM2, PM10 ecc√Ę‚ā¨¬¶ inquinanti generati, ovviamente, non solo dal carbone). Tali danni sul piano della salute sono evidenti ed anche ben documentati [2][3][4][9][20]. La cosa non sembra, tuttavia, interessare pi√Ļ di tanto la maggioranza della popolazione che, da questo punto di vista, sembra essere preoccupata quasi esclusivamente dalle radiazioni connesse con la tecnologia nucleare. In realt√† le radiazioni dovute ai metalli pesanti presenti nel combustibile fanno s√¨ che dai fumi di una centrale a carbone vengano emesse pi√Ļ radiazioni di quelle di una centrale atomica della stessa potenza, ma questa √® solo una curiosit√† che vuole evidenziare le contraddizioni sulla estrema distorsione nella percezione del rischio da parte della popolazione rispetto a quello che √® il suo valore reale.

Esistono diverse tecniche per la “pulizia” del carbone [2][3][4][6] e per limitarne gli effetti nocivi. Una prima tecnica √® la Coal Washing (lavaggio) che ne prevede la frantumazione, la filtrazione e la disposizione su letto fluido dove avviene un’ulteriore separazione da materiali pesanti che non galleggiano: si parla in questo caso di sistema PCC (Pulverised Coal Combustion). In uscita [3] la pulizia dei fumi prevede impianti di desolforazione (incrociando il biossido di zolfo con del calcare si ottiene gesso√Ę‚ā¨¬¶ montagne di gesso [16]), sistemi elettrostatici e filtri per l’abbattimento delle polveri, e impianti per la riduzione dell’emissione degli ossidi di azoto. Volendo si potrebbe intercettare in uscita, in modo da sequestrarla, anche la CO2 con vari sistemi che possono funzionare anche sulle centrali a gas e petrolio [2] per√≤ dal costo energetico piuttosto elevato (perdite del 30%) o con altri sistemi pi√Ļ moderni, PCC ( Post Combustion Capture, sigla da non confondere con quella di polverizzazione citata sopra), ma ancora oggetto di ricerca [6][8].

Il sistema che oggi sembra pi√Ļ promettente [2][4][6] √® per√≤ il cosiddetto “carbone pulito” che comprende una centrale IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) combinata con un sistema di cattura e immagazzinamento dell’anidride carbonica CCS (Carbon Capture and Storage) che in questo caso produce perdite nel rendimento complessivo di un solo 20% pi√Ļ che tollerabili su un ciclo termodinamico estremamente avanzato come quello “combinato” (Combined Cycle). Di cosa si tratta? In breve [2] il carbone viene dapprima gassificato ad alte temperature per mezzo di ossidazione con bassi livelli di ossigeno e in presenza di vapor d’acqua, il che permette di lasciare le scorie sul fondo del gassificatore ed ottenere un gas di sintesi (syngas) piuttosto pulito a base di idrogeno e monossido di carbonio (CO, pericolosissimo per l’uomo) che, attraverso un ulteriore trattamento, produce, in presenza di vapore, altro idrogeno e la CO2 che in questa fase viene facilmente separata ed √® pronta per il sequestro. Il gas di sintesi ad alto contenuto di idrogeno va ad alimentare una turbina a gas a ciclo Brayton i cui fumi vengono utilizzati per scaldare una turbina convenzionale a vapore (cilo Rankine): la combinazione dei due cicli pu√≤ portare a rendimenti termodinamici altissimi, perfino superiori al 50%. Come si capisce il sistema produce fumi puliti, sostanzialmente a base di vapore, con una bassissima percentuale di CO2 e volendo pu√≤ essere utilizzato anche per la produzione di idrogeno: il vettore energetico pulito del futuro√Ę‚ā¨¬¶ si spera… Per rendersi conto della bont√† della soluzione dal punto di vista termodinamico si confronti il rendimento del ciclo combinato (maggiore del 50%) con quello dei motori a scoppio per autotrazione (25%), di una centrale atomica convenzionale (33%) o di una centrale termoelettrica (40%).

Una volta che si dispone della CO2 si provvede ad una compressione che la porti allo stato liquido e quindi, dopo un trasporto in tubazioni che pu√≤ raggiungere anche centinaia di km, si realizza il sequestro vero e proprio [2][3][4][8] per mezzo di un’iniezione in strati profondi tipo roccia porosa con acquiferi salini, giacimenti di carbone profondi e non sfruttabili, oppure come mezzo di riempimento magari usato per favorire il recupero di petrolio o gas da giacimenti esistenti. L’importante √® che ci sia la certezza che l’anidride carbonica possa essere contenuta senza fuoriuscite rapide e senza dar luogo a reazioni o modifiche delle strutture geologiche sottostanti. Si √® perfino fatto un esperimento per il deposito su un fondale oceanico dove, date le relativamente basse temperature e le altissime pressioni (1 atm ogni 10 metri d’acqua), la CO2 assume la consistenza di un “sorbetto” sensibilmente pi√Ļ pesante dell’acqua circostante e si sparge sul fondo formando in pratica un lago. La soluzione non √® ovviamente percorribile a cuor leggero visti gli effetti della CO2 sul mondo biologico e i rischi connessi con le correnti marine. Le riserve stimate di siffatti depositi, comunque, si contano in migliaia di Gton di CO2 per cui nel mondo ce ne sarebbero in abbondanza per centinaia di anni. E perfino l’Italia [7] disporrebbe di un sito con rocce porose e acquiferi salini, nell’Adriatico, al confine con la Croazia, a profondit√† di 1200 metri, oltre che alla possibilit√† di sfruttare le miniere di carbone del Sulcis. Ci√≤ che lascia un po’ perplessi (e qualcuno, lo definirei pi√Ļ che perplesso, addirittura feroce [4]) √® per√≤ il fatto che le quantit√† in gioco sono di interesse geologico e sui tempi lunghi ci potrebbero essere conseguenze di tipo meccanico e chimico nella crosta terrestre: la CO2 non √® del tutto inerte. Certo il fatto di riversarla in atmosfera pi√Ļ che dei rischi comporta delle vere e proprie certezze di tipo catastrofico: quindi fra le due soluzioni io personalmente preferisco la prima. Vorrei fare una nota riguardo alla sperimentazione [21] eseguita a Weyburn in Canada, che √® stata citata di recente anche in televisione come dimostrazione della bont√† delle tecniche di sequestro descritte: si parla di 5000 tonnellate di anidride carbonica iniettate ogni giorno per 4 anni, al fine di migliorare l’estrazione da un giacimento di petrolio e lo scopo originario era proprio quello. La quantit√† in gioco sembra tanta ma se ci portiamo all’unit√† di misura del Gton, otteniamo un misero 0.073 Gton in 4 anni pari a 0.0018 Gton all’anno: niente a che vedere con i 30 Gton di emissioni all’anno con cui ci dobbiamo confrontare per limitare l’effetto serra.

Secondo qualcuno [2] per mantenere entro livelli accettabili le conseguenze dell’effetto serra bisognerebbe mantenere la CO2 in atmosfera sotto le 450 ppm corrispondente a circa 710 Gton totali, 110 Gton pi√Ļ di quelle che ci sono adesso. Lo scenario [2] per ottenere questo ambizioso traguardo prevederebbe fra l’altro che entro 2050 tutte le centrali a carbone venissero dotate di sequestro della CO2 (e quindi a partire da adesso non ne venisse costruita pi√Ļ nessuna di convenzionale e si provvedesse a sostituire le altre) e con esse, andrebbero dotate di sequestro anche la met√† delle centrali a gas naturale mentre l’uso del petrolio dovrebbe essere ridotto del 20% e la produzione da fonti a emissione nulla (nucleare, biomasse, idroelettrica, solare, eolico) dovrebbe aumentare di 7 volte rispetto al valore attuale: cio√® dovrebbe passare dagli attuali 2100 Mtep a circa 15000 Mtep. Questo significa che pur utilizzando a pieno ritmo carbone, gas e petrolio, e tollerando un effetto serra maggiore di quello attuale (18% in pi√Ļ di anidride carbonica) le sole rinnovabili dovrebbero produrre fra 40 anni una volta e mezza il fabbisogno mondiale attuale. Auguriamoci allora tutti che le rinnovabili funzionino al pi√Ļ presto e bene. Auguriamoci anche che si trovi presto il modo di sequestrare per davvero l’anidride carbonica. Si, perch√© al di l√† dei proclami, non mi risulta [2][4][6][9] che stiano funzionando impianti a carbone tipo IGCC che per ora sono in fase sperimentale e danno pure parecchi problemi, in particolare sul piano dei costi, tanto √® vero che in Cina, una delle nazioni pi√Ļ avanzate in fatto di tecnologia del carbone e sua liquefazione e gassificazione, l’impianto sperimentale avanzato di Yantai [9] √® stato smantellato nel 2002, ed anche negli Usa le cose non sembrano andare molto meglio. In Europa, invece, pare che gli impianti a ciclo combinato e raccolta di CO2 stiano dando esiti positivi ma non mi risulta che brucino carbone, n√© che sequestrino la CO2. Il quadro complessivo, a tuttoggi, non pare dunque certo rassicurante. Oltretutto non √® chiaro il trattamento che subiscono le molte scorie del gassificatore e che probabilmente non sono del tutto prive di impatto ambientale.

E il nucleare? [13][14] Il taglio delle centrali di nuova generazione (la terza) tipo l’EPR √® pari a 1600 MW (2.9% della potenza italiana di picco, pari a 55000 MW) e, considerando un valore tipico di 0.8 per il fattore di utilizzazione, sarebbe in grado di produrre da sola 11200 GWh, cio√® il 3.5% dell’energia elettrica consumata in Italia in un anno. In queste centrali l’uranio arricchito produce 60000 MWd, cio√® 1440 GWh termici, ogni tonnellata, pari a circa 475 GWh elettrici per tonnellata. Per produrre i 320′000 GWh del consumo annuale italiano servirebbero allora 670 tonnellate di uranio arricchito da cui si ottene il 3% (cio√® 20 tonnellate) di scorie. Vediamo quali sono i volumi in gioco: 670 tonnellate di uranio (densit√† 19 ton/m^3) corrispondono a 36 m^3 di uranio arricchito (il volume di un soggiorno) che, se consideriamo un arricchimento di uranio 235 pari al 5% forniscono circa 260 m^3 di uranio naturale (che contiene 0.7% di uranio 235): il volume di un appartamento da 100 metri quadri di uranio naturale per rifornire di energia elettrica tutta l’Italia per un anno. Il volume delle scorie trattate (cio√® vetrificate) si pu√≤ valutare da [14] una semplice proporzione considerando che vengono prodotti 0.015 litri di scorie vetrificate dal consumo annuo di energia di una persona pari a 36′800 kWh termici. Per soddisfare il fabbisogno annuale italiano di energia elettrica col solo nucleare si produrrebbero, quindi, circa 400 m^3 di scorie vetrificate: un po’ meno del volume di due appartamenti. Tali scorie vetrificate vengono poi rivestite con un doppio contenitore, prima in acciaio inossidabile e poi in rame, e inserite in strutture geologiche stabili. Da queste poche considerazioni dovrebbe essere chiaro che il problema delle scorie nucleari, data l’esiguit√† delle dimensioni in gioco, non esiste. Per quanto riguarda poi la pericolosit√† delle radiazioni rimando al mio articolo su questo sito “La radioattivit√† e il problema dei rifiuti radioattivi” del 10 Maggio 2007 ( http://www.archivionucleare.com/index.php/2007/05/10/radioattivita-energia-scorie/ ). L’unica fonte veramente alternativa al carbone e capace di coprire, senza emissioni di CO2 e senza preoccupanti conseguenze ambientali, la grossa domanda di energia che prospettano gli scenari futuri √® proprio il nucleare che fa riferimento a un combustibile diffuso e abbondante. Si consideri che l’uranio √® presente anche nell’acqua di mare e in quantit√† non trascurabili: si pu√≤ stimare stimare in qualche miliardo di tonnellate che sarebbero sufficienti a coprire il fabbisogno energetico per secoli anche senza considerare la possibilit√† di trasformare in combustibile i materiali fertili quali l’Uranio 238 e il Torio 232, decisamente abbondanti in natura.

In conclusione, se le parole hanno un senso, bisognerebbe evitare di parlare di “carbone pulito”, perch√© il carbone, pulito, non pu√≤ essere. Sarebbe pi√Ļ corretto, per il ciclo IGCC del carbone, usare una definizione che esprima l’alto livello tecnologico necessario a combinare l’industria chimica con quella energetica ed elettrica. Per contro, se volessimo osservare le cose da un punto di vista non demagogico, ma scientifico, tenendo conto del reale impatto ambientale, dovrebbe essere la tecnologia nucleare ad essere considerata la meno inquinante. Per quanto detto sopra, credo che sarebbe corretto parlare, allora, di “carbone avanzato” e di “nucleare pulito”.

Fonti bibliografiche
[1] Le Scienze - Speciale - Prevenire la prossima crisi petrolifera “ n. 357 “ maggio 1998
[2] Le Scienze “ Speciale - Energia la resa dei conti “ n. 459 “ novembre 2006
[3] Newton - Energia Ambiente Clima - n.4 2006 “ RCS
[4] Wikipedia “ Carbone “ Carbone pulito “ Biossido di carbonio
[5] Confederazione Svizzera ‚Äú Ufficio Federale dell’Energia
http://www.bfe.admin.ch/index.html?lang=it
[6] CSIRO, the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation
http://www.csiro.au/science/CoalGasificationOverview.html
[7] http://www.zeroemission.tv/Objects/Pagina.asp?ID=1175
[8] http://www.treccani.it/site/www/Primopiano/inprimopiano21.htm
[9] Technology Review - http://www.technologyreview.it/index.php?p=article&a=877
[10] http://www.carbonepulito.it/carbone/?cat=2
[11] Farncesco Paolo Vivoli ‚Äú Le tecnologie di conversione dell’energia ‚Äú ENEA
http://www.bologna.enea.it/matform/Uda/Vivoli.pdf
[12] http://www.bio.unipd.it/limno/garda/IntroBen.htm
[13] http://www2.ing.unipi.it/~d0728/GCIR/Costi.pdf
[14] Vincenzo Romanello - Considerazioni sul rilancio del nucleare in Italia
[15] http://www.ecoage.com/situazione-energia-italia-2004.htm
[16] http://www.christinasponza.it/christinasponza.it/
speciale_nucleare/notizie_articoli/speciale_nucleare_tabella_rilli.htm
[17] http://lescienze.espresso.repubblica.it/articolo/
_Pozzi__pi%C3%B9_o_meno_efficienti/1306225
[18] http://salvadanaio.economia.alice.it/extra/eni/eni.html
[19] Vittorio D’Ermo ‚Äú Le fonti di energia fra crisi e sviluppo ‚Äú Editori riuniti ‚Äú 1997
[20] La Repubblica - Ambiente, un morto su 5 dovuto allo smog
http://www.repubblica.it/2007/06/sezioni/ambiente/
oms-smog/oms-smog/oms-smog.html
[21] http://www.enel.it/attivita/ambiente/ecology/
impatto04_hp/impatto04/index.asp



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  • 11 Commenti a “ Carbone e nucleare alla luce della legge di Hubbert e dell’ effetto serra”

    1. domenico scrive:

      la co2 non √ɬ® affatto il gas raro , costituente l’atmosfera, pi√ɬĻ abbondante, bens√ɬ¨ √ɬ© l’ argon che arriva a quasi 1% contro 0.0036 della co2.

    2. Pietruccio scrive:

      Controlla bene: è quello che ho detto!

      NB: la trasformazione da ppm a % si fa dividenso per 10′000
      380 ppm = 0.0380%

    3. Alessandro scrive:

      “E il nucleare?Il taglio delle centrali di nuova generazione (la terza) tipo l√Ę‚ā¨‚ĄĘEPR √ɬ® pari a 1600 MW (2.9% della potenza italiana di picco, pari a 55000 MW) e, considerando un valore tipico di 0.8 per il fattore di utilizzazione…. ”

      Oggi un valore tipico del fattore di capacit√É √ɬ® pi√ɬĻ sul 90% che sul 80%.
      Inoltre vorrei sottolineare il fatto che al contrario dell’ U-238 in reattori veloci, il torio pu√ɬ≤ essere sfruttato nei reattori oggi operativi e con tecnologia attuale in campo “termico” (quelli che meglio si prestano sono cmq i reattori ad acqua pesante o ad alta temperatura a gas per le loro elevate economie neutroniche), quindi senza la necessit√É dell’autofertilizzazione in campo veloce; vedi ad es. mio post su
      archivionucleare.com/index.php/2007/06/18/centrali-nucleari-...

    4. domenico scrive:

      errata corrige

      ok 0.06% dato medio prudenziale per eccesso

      in un libro che ho, scritto in epoca non sospetta si afferma che la co2 in atmosfera è compresa tra 0.03 e 0.04 % a seconda dei luoghi e del momento.

      era un libro degli anno 60

      alcune consideraziono sull’ atmosfera ,prendiamo ad esempio la situazione di Montalto di Castro sappiamo bene che le due centrali nucleari non furono ultimate , si pass√ɬ≤ poi al gas e dulcis in fondo il carbone ( nero e fumento)

      mettiamoci nei panni della gente che li abita, preferirebbero il nucleare oppure respirarsi i fumi del carbone, OK è una tecnologia state of the art ma credetemi è carbone e non emette solo co2 ( magari) tante altre sostanze si disperdono in atmosfera conpreso la frazione isotopica c14 che è debolente radioattiva.

      insomma si blatera tanto sulla co2 e poi non si pensa all’inquinamento quello vero quello che uccide lentamente o provoca malattie croniche come l’asma e l’enfisema,

      sono comunque dell’opinione che un po’ di carbone vada fatto ma con tutti i crismi e tenuto sotto la lente di ingrandimento; costantemente.

      la palma della fonte pi√ɬĻ importante andrebbe comunque al nucleare si blatera tanto ma gli altri lo hanno da anni e noi no, domanda e gli altri come fanno?

      mi pare giunto il momento di mettere da parte gli smorbi anbientalistici?

      per un futuro migliore e sostenibile.

      distintamente

    5. Edoardo scrive:

      D’accordo con Domenico.

    6. Edoardo scrive:

      Per Pietruccio:
      ho trovato interessantissimo il tuo resonconto. Una domanda: le centrali a carbone IGCC sono anche quello senza ciminiere che volevano sostituire a Monfalcone, Montalto e Civitavecchia?

    7. Pietruccio scrive:

      Non lo so ma penso di no.
      Non mi √ɬ® sembrato molto chiaro quello che intende l’Enel con le sue centrali a “carbone pulito” ma penso che siano quelle a letto fluido (separazione degli inquinanti anche in entrata). Solo nel Sulcis intendono infiltrare la CO2 nelle vecchie miniere ma, come si dovrebbe capire (spero) da quanto ho scritto sopra, ho qualche perplessit√ɬ† sui volumi di materiale da stivare sottoterra perch√ɬ® nello stato di gas, e per impianti “seri”, la CO2 occupa volumi giganteschi mentre per lo stato liquido bisogna garantire pressioni notevoli e altrimenti bisogna farlo combinare con quello che c’√ɬ® sottoterra, ma non mi sembra molto igenico.

    8. Pietruccio scrive:

      Quello che si trova sull’argomento sono tutte informazioni confuse, ad esempio si parla del sequestro della CO2 in Sardegna-Sulcis, tecnica associabile, in pratica, solo a un ciclo IGCC (perch√ɬ® altrimenti estrarla sarebbe un problema piuttosto grosso, anche se come ho detto si fa ricerca per rendere efficiente la cosa) e poi si parla di Civitavecchia dove, ivece, si tratterebbe di qualcosa tipo PCC-polverizzazione o FBC-letto fluido o PFBC-letto fluido pressurizzato, che per un verso o per un’altro migliorano il rendimento (e quindi l’emissione di CO2 per kWh prodotto) e abbattono le altre emissioni rispetto alle vecchie centrali a carbone, ma non √ɬ® IGCC+sequestro.

      Un po’ di copia e incolla a proposito dell’IGCC in Italia: “ln ltalia per esempio √ɬ® gi√ɬ† operativo lo stabilimento di Sarlux - che utilizza il combustibile proveniente dalla raffineria Saras - che produce annualmente 4,5 miliardi di kilowattora, per una potenza installata di 575 Megawatt. In questo caso il sistema, durante il processo di gassificazione, √ɬ® anche in grado di produrre idrogeno ad alta purezza, che poi viene restituito alla raffineria stessa.” Ma non √ɬ® che si capisca molto di cosa fanno: non sembra che si tratti di carbone e sicuramente il ciclo non √ɬ® seguito dal sequestro della CO2.

      C’√ɬ® un po’ di materiale su questo sito http://www.carbonepulito.it/carbone/?cat=2
      dove si parla di attuare la sperimentazione in Sardegna sul sistema IGCC + sequestro CO2 e si dice anche che è già stato sperimentato con successo negli USA ma a me non risulta che sia stato un successo
      (vedi wikipedia)

    9. Pietruccio scrive:

      Precisiazione

      Occhio ai dati sull’anidride carbonica perch√® in letteratura si confonde sempre la massa della CO2 con quella del solo carbonio contenuto nella CO2. Notare che ad 1 kg di C imprigionato nell’anidride carbonica corrispondono 3.66 kg di CO2 per cui quando dico che nell’aria sono presenti 600 Gton intendo di solo C per cui di CO2 ce ne sono 2200 Gton. Le previsoni (bisognerebbe chiamarle speranze) sono dunque per 710 Gton di C cio√® 2600 Gton. NOTA: altre fonti danno oggi 2800 Gton al posto delle 2200.

      Riguardo ai dati delle emissioni globali per l’Italia il dato si attesta intorno ai 550 milioni di tonnellate di CO2 equivalente e che (grazie agli interventi legislativi) dovrebbe assestarsi sui 528 nei prossimi anni ma che per rispettare gli accordi di Kyoto dovrebbe scendere a 487 (per ora non √® stato fatto niente e stiamo viaggiando verso i 580 per cui si dovrebbero recuperare 93 milioni di tonnellate di CO2)

    10. sandro scrive:

      E la fissione nucleare?
      E, sembrera una domanda stupida,e’ possibile ottenere energia dal campo magnetico terrestre?

    11. Pietruccio scrive:

      x Sandro

      E la fissione nucleare?
      L’articolo ne parla

      E, sembrerà una domanda stupida,e’ possibile ottenere energia dal campo magnetico terrestre?
      No. Non è così facile ricavare energia da qualcosa. I campi magnetici possiedono energia (non ho mai fatto il calcolo di quanta ne possiede quello terrestre) ma per prelevarla bisognerebbe ridurlo. Non mi risulta esita niente di simile oltre al pericolo gravissimo che correrebbe la terra: il campo magnetico terrestre devia le particelle cariche che ci invia il sole.

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