il carbone un combustibile fossile solido
antracite - litantrace - lignite - torba

Prodotto dalla lentissima fermentazione e decomposizione naturale di vastissime agglomerazioni di vegetali sepolti nelle viscere della Terra, per opera di una elevata temperatura, dell'azione dell'acqua e di una fortissima pressione; i tessuti vegetali hanno perduto così in maggiore o minore misura l'ossigeno e l'idrogeno, arricchendosi sempre più di carbonio. Secondo lo stadio a cui è pervenuta questa decomposizione i carboni fossili si distinguono (dai più antichi ai più recenti) in antracite, litantrace, lignite, torba. Il carbone fossile si trova in giacimenti o filoni; si crede che esso provenga da foreste esistenti nelle paludi, in prossimità del mare, dal quale furono ripetutamente sommerse. Tutti i carboni fossili oltre al carbonio amorfo contengono composti organici di natura complessa (fino al 30-35%) che costituiscono i così detti prodotti volatili, composti minerali (dal 2 al 20%), gas occlusi, oltre ad acqua nei tipi più recenti (torba e lignite).

Il carbone fossile (elemento determinante della rivoluzione industriale) acquistò importanza fondamentale con la diffusione delle macchine a vapore e delle ferrovie, verso il 1850.

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Secondo l'epoca di formazione, si distinguono vari tipi di carbone:

  • La torba è il carbone più giovane risalente al Quaternario; si trova in strati superficiali mescolato a sabbia e/o argilla. Deriva dalla limitata decomposizione di piante erbacee che si sono depositate sul fondo di paludi. Ricco di acqua, ha un potere calorifico di circa 3.000 kcal/kg è utilizzato in agricoltura come fertilizzante. Per essere usato come combustibile deve essere essiccato e ridotto in pani.

  • La lignite, più antica della torba, non è ancora completamente fossilizzata. E' un carbone giovane che si è formato nell'era Terziaria. Ha un potere calorifico pari a circa 5.000 kcal/kg. Viene utilizzata per estrarre gas, ammoniaca, petrolio sintetico.

  • Il litantrace è il carbone più importante che si estrae da giacimenti antichissimi, risalenti al periodo Carbonifero (circa 300 milioni di anni) e si trova a profondità tra i 400 e i 1.200 metri. Contiene numerose sostanze che vengono estratte durante la distillazione. Uno di questi sottoprodotti è un residuato secco molto importante: il carbon coke. Il potere calorifico è di circa 7.500 kcal/kg.

  • L'antracite è il carbone di più antica formazione e di conseguenza, è il più ricco di carbonio e ha il più alto potere calorifico (8.500 kcal/kg), ma si trova a grandi profondità. Brucia lentamente e viene utilizzato come combustibile sia nell'industria sia nel riscaldamento domestico.

antracite litantrace lignite torba

Estrazione del carbone
L'insieme delle operazioni che portano a localizzare giacimenti carboniferi e a valutarne l'interesse minerario, si definisce prospezione mineraria.
Come nel caso del petrolio, si inizia dallo studio delle foto aeree per individuare zone geologicamente interessanti, fino allo studio di campioni di terreno da cui trarre informazioni più dettagliate.
Una volta individuato un giacimento, la sua posizione e conformazione, si procede alla costruzione del cantiere-miniera. Se il carbone si trova a profondità non superiori ai 30 metri, viene estratto in miniere a cielo aperto, dove il giacimento è reso accessibile dopo l'eliminazione degli strati di suolo e roccia sovrastanti con l'aiuto di cariche esplosive.
Per filoni di carbone a profondità maggiori di 30 metri, l'accesso al giacimento si ottiene scavando miniere sotterranee, formate da almeno due gallerie, per il passaggio di minatori e macchinari fino al giacimento.
Nelle miniere a cielo aperto (vedi immagine), il carbone viene estratto dopo essere stato liberato dalle rocce sovrastanti. Nel caso di miniere sotterranee, l'estrazione si esegue con due modi: quello "dei pilastri abbandonati" e quello "delle lunghe fronti".
Il primo sistema consiste nell'estrarre carbone lasciandone però dei "pilastri" a sostegno del soffitto della miniera. Nel caso delle lunghe fronti, invece, si utilizza una serie di strutture di sostegno, dette "armature" che sono facilmente spostabili e sostengono il soffitto nell'area di escavazione. Man mano che l'estrazione procede, le armature vengono spostate e il soffitto frana.
I due metodi differiscono per il dissesto del suolo che provocano. Infatti, all'asportazione del carbone, se la miniera non è sostenuta, segue un più o meno graduale abbassamento dei terreni sovrastanti. In aree soggette a vincoli ambientali, si preferisce, dunque, il metodo dei pilastri abbandonati. Altrove, quello delle lunghe fronti che, grazie a uno sfruttamento più intensivo della miniera, produce una quantità di carbone 4 - 5 volte superiore.
Una volta estratto, il carbone viene trattato in modo da renderlo adatto alle esigenze commerciali. In particolare, viene macinato, vagliato per ottenere le pezzature richieste dal mercato e lavato per eliminare le impurità.

Precauzioni in miniera

  • Una miniera deve essere provvista di due vie di comunicazione tra interno ed esterno, per permettere la circolazione dell' aria e per poter disporre di una via di fuga nel caso l'altra sia bloccata;

  • Impiegare materiali ed oggetti antideflagranti (che non provocano esplosioni)per esempio lampade elettriche;

  • I depositi di carbone non devono superare i 10 metri di altezza per evitare la dispersione di polveri ad opera del vento, con due sistemi:

    • Irrorazione con acqua

    • Costruzione di argini alti 15 metri, coperti da filari di alberi ad alto fusto

Altri tipi di carbone

  • carbone di legna

    • Si ottiene facendo bruciare il legno in carbonaie; in questo caso si ha la distillazione e si raccolgono le sostanze volatili (alcool metilico, acido acetico). Un buon c. è fatto di legno di quercia o di carpino, alla temperatura di almeno 350º; deve essere nero, sonoro e bruciare con piccola fiamma; all'aperto assorbe umidità e aria; il suo potere calorifico è di 7.500-8.000 Kcal./kg.; si impiega per usi domestici, negli autoveicoli a gassogeno e, nei paesi dove il legno abbonda, anche in metallurgia; ha proprietà decoloranti e serve a filtrare l'acqua per renderla potabile.

  • carbone di storta

    • È il carbone che aderisce alle pareti delle storte dove si distilla il carbon fossile per ottenere il gas illuminante; è molto duro, compatto, di colore grigio-acciaio; ottimo conduttore, serve per fabbricare carboni delle lampade elettriche ad arco ed elettrodi.

Riserve di carbone

  • Nel 2000 è stato stimato che le riserve mondiali di carbone economicamente accessibile con le tecniche minerarie conosciute oggi ammontino a circa 15 bilioni di tonnellate.
    Il 95% dei giacimenti di carbone, si trova nell'emisfero settentrionale
    (quasi il 60% è ripartito tra Cina, USA ed ex URSS).
  • In Europa, la fascia dei grandi giacimenti è localizzata nei Paesi centro-settentrionali:
    Gran Bretagna, Francia settentrionale, Belgio, Olanda, Germania, Polonia e Russia.
  • L'Italia possiede solo piccole quantità di carbone.
    Le riserve probabilmente dureranno meno di 200 anni. Molto di più di gas naturale e petrolio ma comunque un tempo limitato.

Le dichiarazioni sulle riserve mondiali di carbone generano anche qualche perplessità. Molti giacimenti si trovano fra i 1500 e i 2000 metri di profondità, quindi l'estrazione del carbone sarebbe economicamente svantaggiosa, rispetto a metano e petrolio. Questo ridurrebbe le riserve vantaggiose a 250 miliardi di tonnellate. Questo aspetto ridimensionerebbero notevolmente le scorte effettive di carbone utilizzabile.


Resa termica dei combustibili solidi

Prodotto
Antracite
Litantrace
Lignite
Torba
Carbone di legna
Legna asciutta (15%)
 

Resa Kcal/Kg.
8.000
7.300
4.500
4.000
8.000
3.490
 

Impatto ambientale
La combustione del carbone, come quella di ogni altro composto del carbonio, produce anidride carbonica (CO2) e quantità variabili di anidride solforosa, a seconda del luogo dal quale è stato estratto.
L'anidride solforosa reagisce con l'acqua, formando acido solforoso. Se l'anidride solforosa viene rilasciata nell'atmosfera, reagisce con il vapore acqueo e torna sulla terra sottoforma di piogge acide, che causano l'inquinamento dei laghi e distrugge le foreste.
Le polveri sottili sono minuscoli frammenti di sostanze organiche e inorganiche (tra cui le polveri di carbone). Sono tossiche e cancerogene, perchè riescono a raggiungere le parti più profonde dei polmoni.
Le emissioni della combustione di carbone in centrali elettriche rappresenta la più grande fonte artificiale di anidride carbonica, che secondo la maggior parte degli studiosi del clima è causa primaria dell'effetto serra e del conseguente riscaldamento globale.
 

 
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