carbone, ruolo energetico del
carbone, ruolo energetico del
carbóne, ruòlo energètico del. – Il carbone è la fonte fossile più abbondante in natura. Il suo consumo annuo nel 2010 è stato di 5,5 Gt, pari a circa il 28% dell'energia primaria utilizzata su scala mondiale (23% nel 2000). Durante la prima decade del 21° secolo si è realizzata una crescita sorprendente nell'impiego di questa fonte, tradottasi nel 50% circa della domanda incrementale mondiale di energia primaria (fig. 1): la domanda di carbone è aumentata annualmente in media del 4,4% contro il 2,7% e l'1,1% di quelle del gas naturale e del petrolio; secondo la IEA (International energy agency), la sua importanza nel mix energetico globale ha raggiunto il peso più alto fatto registrare dal 1971. Petrolio a parte, il carbone continua a essere il combustibile più utilizzato e rappresenta l'ossatura portante della produzione di energia elettrica mondiale: ne fornisce grosso modo il 40%, con differenziazione tra paesi non OECD (Organisation for economic co-operation and development), per i quali la quota sale al 50% e paesi OECD, dove rimane ancora al 33% circa. Inoltre, dal punto di vista economico, il carbone ha risposto meglio delle altre fonti fossili alla crisi economica internazionale iniziata nel 2007, essendo declinata la sua domanda soltanto dello 0,7% nel 2009 – risultato dell'esito diametralmente opposto nei paesi non OECD e OECD, rispettivamente crescita del 4% e netta diminuzione del 10% – rispetto alle prestazioni più negative di petrolio (-1,9%) e gas naturale (-2,1%).
Riserve, scenari e implicazioni ambientali. – Si prevede che la domanda di c., nello scenario di massimo consumo previsto dagli attuali modelli, possa superare 7 Gt nel 2035, con un tasso di crescita medio annuo del 2%. Le prospettive di crescita variano significativamente su scala regionale. Per la maggior parte, l’incremento è localizzato nell’area di sviluppo asiatica, in modo particolare in Cina e in India, dove le risorse sono abbondanti. Le riserve provate mondiali ammontano a circa 900 Gt, che rappresentano i 2/3 circa della disponibilità totale dei combustibili fossili. La variabilità nella composizione è molto ampia, in funzione del contenuto di carbonio e del potere calorifico, parametri che ne determinano anche il valore commerciale. Si possono individuare quattro tipi di carboni di rilevanza commerciale, senza considerare la torba, che viene classificata come un precursore del carbone. La lignite (31% delle riserve), geologicamente giovane, è il carbone di qualità più bassa, con uno scarso contenuto in carbonio (25-35%) e un basso potere calorifico (4000÷8300 Btu/lb). Il carbone subbituminoso (19% delle riserve) è caratterizzato da una migliore qualità (35-45% di contenuto in carbonio e potere calorifico di 8300÷13000 Btu/lb). Entrambi vengono usati di preferenza per la combustione in centrali termoelettriche o per alcuni utilizzi industriali (produzione di cemento). Le due rimanenti classi, carbone bituminoso (49% delle riserve) e antracite (1%), sono usate nella generazione elettrica, nel riscaldamento domestico o nella metallurgia, a seconda delle loro caratteristiche specifiche. I carboni bituminosi hanno un contenuto in carbonio del 45-86% e un potere calorifico di 10.500÷15.500 Btu/lb, mentre l’antracite ha un maggior contenuto in carbonio (86-98%) e un più alto potere calorifico (oltre 15.000 Btu/lb). L’utilizzo prevalente del carbone è nella generazione di elettricità e calore (68%), mentre una quota significativa (18%) è impiegata nel settore metallurgico. A differenza degli idrocarburi, le riserve mondiali di carbone sono ben distribuite geograficamente: 26% in America settentrionale, 13% in Europa, 24% nei paesi dell’ex Unione Sovietica e 30% in Estremo Oriente e India. Grazie a questa peculiarità, il carbone è quindi la materia prima meno esposta a rischi nell’approvvigionamento e alle turbative di mercato. Anche i consumi sono previsti, allo stato attuale, in crescita costante, con una larga preferenza agli utilizzi localizzati nei paesi di produzione (85%), nel settore della generazione termoelettrica. Tuttavia, il carbone risulta particolarmente esposto a scenari di politiche ambientali più incisive, sia per aspetti correlati a fattori di inquinamento locali (ceneri, emissioni gassose, NOx, SOx, metalli) sia per l’impatto sui cambiamenti climatici globali a causa dell’elevata emissività di gas serra (CO2). È quindi logico che, come linea tendenziale, una grande attenzione venga dedicata a migliorare i rendimenti dei processi di generazione termoelettrica per combustione diretta (cicli a vapore supercritico con rendimenti che sfiorano il 50%) e ad abbattere le emissioni gassose (NOx, SOx, metalli, particolato) e solide (vetrificazione e utilizzo secondario delle ceneri). In una prospettiva di lungo termine, due sono le linee di sviluppo delle tecnologie di utilizzo del carbone con basso impatto ambientale: conversione del carbone a idrocarburi liquidi e tecnologie clean coal (v. carbone, tecnologie pulite per il). In base al livello degli obiettivi ambientali che saranno stabiliti nelle politiche di merito internazionali, è possibile prefigurare tre scenari di sviluppo nel consumo di carbone fino al 2035 (fig. 2). Il primo (new policies scenario) assume vincoli modesti condivisi dai principali paesi e prevede una domanda in crescita a tassi progressivamente ridotti fino al 2020, che poi si stabilizza a circa 5,85 Gt. Nel secondo scenario (current policy scenario) non è contemplata variazione alcuna delle politiche ambientali rispetto al 2011 e si prevede un aumento quasi lineare della domanda di carbone che raggiunge quasi 8 Gt. Il terzo scenario (450 scenario) implica misure decisamente più stringenti, finalizzate a limitare entro i 2 °C l'aumento di lungo termine di temperatura globale atmosferica, e comporta un picco della domanda di carbone intorno al 2015, seguito da una sua brusca diminuzione per tornare ai valori di consumo del 2000 (poco sopra 3 Gt).