La produzione di elettricità dal carbone può essere dannosa per l'ambiente
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Il carbone minerale è un combustibile fossile estratto dalla terra attraverso l'estrazione mineraria. La sua origine deriva dalla decomposizione della materia organica (resti di alberi e piante) accumulatasi sotto uno strato d'acqua milioni di anni fa. L'interramento di questa materia organica da depositi di argilla e sabbia provoca un aumento della pressione e della temperatura, che contribuisce alla concentrazione degli atomi di carbonio e all'espulsione degli atomi di ossigeno e idrogeno (carbonificazione).
Il carbone minerale è suddiviso in base al potere calorifico e all'incidenza delle impurità, essendo considerato di bassa qualità (lignite e subbituminoso) e di alta qualità (bituminoso o carbone e antracite). Secondo il Servizio Geologico del Brasile, il carbone minerale può essere suddiviso in base alla sua qualità, che dipende da fattori quali la natura della materia organica che lo ha formato, il clima e l'evoluzione geologica dell'area.
Torba
L'estrazione della torba avviene prima che l'area venga drenata, il che riduce la sua umidità. Viene spesso depositato all'aperto per perdere più umidità.
Impieghi: viene tagliato in blocchi e utilizzato come combustibile nei forni, termoelettrico, per ottenere gas combustibili, cere, paraffina, ammoniaca e catrame (prodotto da cui derivano oli e altre sostanze di grande uso nell'industria chimica)
Lignite
Può verificarsi in due modi, come un materiale marrone o nero, e riceve nomi diversi.
Impieghi: gasogeni che ottengono catrame, cere, fenoli e paraffine. Le ceneri da combustione possono essere utilizzate come cemento pozzolanico e ceramiche.
Carbone
Il carbone può essere suddiviso in due tipi principali: carbone energetico e carbone metallurgico. Il primo, chiamato anche carbone a vapore, è considerato il più povero e viene utilizzato direttamente nei forni, principalmente negli impianti termoelettrici. Il carbone metallurgico, o carbone da coke, è considerato nobile. Il coke è un materiale poroso, leggero e di lucentezza metallica, utilizzato come combustibile nella metallurgia (altiforni). Il carbone viene utilizzato anche nella produzione di catrame.
Antracite
Ha una combustione lenta, essendo indicato per il riscaldamento domestico. Viene anche utilizzato nei processi di trattamento delle acque.
Composizione e applicazione del carbone minerale
In una qualsiasi delle sue fasi, il carbone è composto da una parte organica e da una minerale. L'organico è formato da carbonio e idrogeno e piccole proporzioni di ossigeno, zolfo e azoto. Il minerale è costituito da silicati che compongono le ceneri.
Poiché è suddiviso in diverse tipologie, gli usi del carbone sono molteplici. L'uso principale del carbone minerale è come fonte di energia. Secondo l' Agenzia internazionale dell'energia (IEA) , il carbone minerale è responsabile del 40% della produzione mondiale di elettricità. Il carbone minerale è utilizzato anche nel settore metallurgico.
Un altro tipo di carbone presente in natura è il vegetale, che si forma dalla carbonizzazione della legna da ardere. Il carbone di legna è spesso utilizzato nei processi industriali, ma non è una fonte significativa per la produzione di elettricità.
Incentivi alla produzione di energia elettrica dal carbone
Sebbene non rinnovabile, esistono forti incentivi per la produzione di elettricità dal carbone minerale. I due principali argomenti a favore della produzione di energia dal carbone minerale sono l'abbondanza delle riserve, che garantisce la sicurezza dell'approvvigionamento e il basso costo del minerale (rispetto ad altri combustibili fossili) e il processo di produzione.
Secondo i dati dell'Agenzia nazionale per l'energia elettrica (Aneel), le riserve mondiali di carbone minerale ammontano a 847,5 miliardi di tonnellate. Questa quantità sarebbe sufficiente per alimentare l'attuale produzione di carbone per un periodo di circa 130 anni. Un altro incentivo è che, a differenza del petrolio e del gas naturale, le riserve di carbone si trovano in quantità significative in 75 paesi - sebbene circa il 60% del volume totale sia concentrato negli Stati Uniti (28,6%), Russia (18, 5%) e Cina (13,5%). Il Brasile appare in decima posizione.
I maggiori produttori mondiali di carbone sono la Cina e gli Stati Uniti, secondo la World Coal Association , seguiti rispettivamente da India, Indonesia e Australia. Inoltre, la maggior parte della matrice energetica, sia in Cina che negli Stati Uniti, si basa sulla produzione di energia elettrica dal carbone minerale, che è rappresentativa anche nella matrice energetica di altri paesi, come Germania, Polonia, Australia e Sud Africa.
Tuttavia, nonostante i vantaggi economici, la produzione di energia elettrica dal carbone è una delle forme di produzione energetica più aggressive dal punto di vista socio-ambientale. Le esternalità negative sono presenti durante tutto il processo produttivo, dall'estrazione del carbone minerale.
Estrazione del carbone
L'estrazione o l'estrazione del carbone può essere sotterranea o all'aperto. Questo varierà a seconda della profondità alla quale si trova il carbone.
Quando lo strato che ricopre il minerale è stretto, o il terreno non è adatto (sabbia o ghiaia), l'esplorazione tende a essere svolta all'aperto. Se il minerale si trova in strati profondi, è necessario costruire tunnel.
Secondo Aneel, l'estrazione mineraria a cielo aperto è la forma predominante di estrazione del minerale in Brasile e anche più produttiva dell'estrazione sotterranea. Ciò che non corrisponde alla realtà internazionale, in cui prevale lo sfruttamento tramite miniere sotterranee, pari al 60% dell'estrazione mondiale di carbone.
Il drenaggio acido dalla miniera e la produzione di sterili sono impatti ambientali negativi comuni a entrambi i tipi di estrazione.
Drenaggio acido delle miniere (DAM)
Il drenaggio acido della miniera avviene per mezzo di pompe, che rilasciano acqua sulfurea nell'ambiente esterno, producendo acque mineralogiche (formazione di nuovi composti), chimiche (riduzione del pH) e fisiche (bassa ritenzione idrica e permeabilità), che variano a seconda della geologia del terreno.
Il drenaggio acido dalla miniera è considerato uno degli impatti più significativi dei processi minerari in generale, secondo un rapporto del Ministero della Scienza e della Tecnologia.
Come risultato di questi cambiamenti nel suolo, anche la qualità delle acque sotterranee è compromessa. Potrebbe esserci una riduzione del valore del pH dell'acqua, che contribuisce alla solubilizzazione dei metalli e alla contaminazione delle acque sotterranee, che, in caso di ingestione, possono nuocere alla salute umana.
La mitigazione dei problemi chimico-fisici del suolo causati dall'attività mineraria è il primo passo nel recupero delle aree colpite.
Impatti dell'estrazione a cielo aperto
Gli scavi di grandi volumi di terreno roccioso generano impatti ambientali visibili sulla vegetazione e sulla copertura faunistica, essendo responsabili del degrado di vaste aree e dell'inquinamento visivo, per non parlare dell'intensificazione dei processi di erosione. Inoltre, l'uso di macchine e attrezzature genera anche inquinamento acustico (rumore).
Impatti dell'attività mineraria sotterranea
Per quanto riguarda la salute dei lavoratori, il problema principale è la Pneumoconiosi dei lavoratori del carbone (PTC). Le pneumoconiosi sono malattie causate dall'inalazione di particolato al di sopra della capacità di eliminazione del sistema immunitario. È l'esposizione cronica all'inalazione di polvere di carbone minerale, seguita dall'accumulo di polvere nei polmoni e dall'alterazione del tessuto polmonare.
La PTC innesca un processo infiammatorio e può sviluppare una fibrosi progressiva massiccia FMP, una malattia nota come "polmone nero".
Secondo il rapporto del ministero della Salute, sono più di 2.000 i casi di pneumoconiosi diagnosticati tra i minatori del carbone.
Altri impatti associati all'estrazione sotterranea sono l'abbassamento della falda freatica, che può contribuire all'estinzione delle sorgenti, l'impatto sulla rete idrologica superficiale e le vibrazioni causate dalle esplosioni.
Lavorazione del carbone
Secondo la Brazilian Mineral Coal Association, l'ottimizzazione è l'insieme dei processi a cui il carbone grezzo run-of-mine (ROM), ottenuto direttamente dalla miniera, è sottoposto per rimuovere la materia organica e impurità, mirando a garantirne la qualità. Il trattamento del carbone dipende dalle sue proprietà originali e dalla destinazione d'uso.
Secondo il rapporto Aneel, la lavorazione genera sterili solidi che normalmente vengono depositati nell'area prossima all'estrazione e gettati direttamente nei corsi d'acqua o nelle dighe sterili, creando vaste aree ricoperte da un materiale liquido. Le sostanze tossiche presenti negli sterili vengono diluite nell'acqua piovana (lisciviazione) che, sotto forma di fluido, penetra lentamente nel terreno (percolazione), contaminando le falde acquifere.
Questi sterili contengono solitamente grandi concentrazioni di pirite (solfuro di ferro - FeS2) o altri materiali solfuri, che contribuiscono alla generazione di acido solforico e all'intensificazione del processo di "drenaggio acido della miniera".
Trasporto
Secondo Aneel, il trasporto è l'attività più costosa nel processo di produzione del carbone minerale. Per questo motivo, normalmente, il carbone che viene trasportato è solo quello che ha un basso livello di impurità e un valore economico più elevato.
Quando la destinazione d'uso del carbone è la produzione di energia elettrica, la centrale termoelettrica viene realizzata in prossimità dell'area mineraria, come nel caso delle cinque centrali termoelettriche a carbone operanti nel Paese.
Da un punto di vista economico è più vantaggioso investire in linee di trasmissione per distribuire l'energia elettrica già prodotta, che nel trasporto del carbone su lunghe distanze.
Per brevi distanze, il metodo più efficiente è l'uso del nastro trasportatore. Vengono anche utilizzate condotte, attraverso le quali il carbone, miscelato con l'acqua, viene trasportato sotto forma di fango.
Produzione di energia tramite carbone
Dopo essere stato estratto dal terreno, il carbone minerale viene frammentato e immagazzinato in silos. Viene quindi trasportato in una centrale termica.
Secondo Furnas, una centrale termoelettrica è definita come un insieme di opere e attrezzature con la funzione di generare energia elettrica attraverso un processo che è convenzionalmente suddiviso in tre fasi.
Il primo passo consiste nel bruciare combustibili fossili per trasformare l'acqua della caldaia in vapore. Nel caso del carbone minerale, prima del processo di combustione, si trasforma in polvere. Ciò garantisce il massimo sfruttamento termico del processo di cottura.
La seconda fase è l'utilizzo del vapore prodotto ad alta pressione, per far girare una turbina e avviare un generatore elettrico. Il passaggio del vapore attraverso la turbina fa muovere la turbina e anche il generatore, che viene accoppiato alla turbina, trasformando l'energia meccanica in energia elettrica.
Il ciclo viene chiuso nella terza ed ultima fase, in cui il vapore viene condensato e trasferito ad un circuito frigorifero indipendente, ritornando allo stato liquido, come l'acqua della caldaia
L'energia generata viene trasportata dal generatore a un trasformatore tramite cavi conduttivi. Il trasformatore, a sua volta, distribuisce l'energia elettrica ai centri di consumo attraverso linee di trasmissione.
Emissioni
Quando il carbone viene bruciato, gli elementi in esso contenuti vengono volatizzati (evaporano) e rilasciati nell'atmosfera insieme a parte della materia inorganica che viene rilasciata sotto forma di particelle di polvere (cenere volante).
Qui
Il carbone minerale è un materiale con un'alta concentrazione di carbonio. In questo modo, quando il carbone viene bruciato, emette grandi concentrazioni di monossido di carbonio.
Il monossido di carbonio è un gas tossico estremamente dannoso per la salute umana e può, in caso di intossicazione acuta, portare alla morte. Secondo la São Paulo State Environmental Company (Cetesb), la via principale dell'avvelenamento da monossido di carbonio è respiratoria. Una volta inalato, il gas viene rapidamente assorbito dai polmoni e si lega all'emoglobina, impedendo un efficiente trasporto dell'ossigeno. Pertanto, l'esposizione prolungata al monossido di carbonio è legata all'aumentata incidenza di infarto tra gli anziani.
Inoltre, una volta nell'atmosfera, il monossido di carbonio può essere ossidato in anidride carbonica.
Diossido di carbonio
L'anidride carbonica può essere emessa direttamente dalla combustione del carbone e di altri combustibili fossili, oppure può essere formata nell'atmosfera da reazioni chimiche, ad esempio dalla reazione di ossidazione del monossido di carbonio.
L'anidride carbonica è considerata uno dei principali gas nel processo di intensificazione dell'effetto serra, essendo associata all'aumento del riscaldamento globale. Ed è anche uno dei principali tipi di gas emessi dalla combustione del carbone.
È importante sottolineare che la combustione è la fase della catena di produzione del carbone in cui si ha la maggiore emissione di anidride carbonica, ma alle emissioni totali contribuiscono anche le fasi di stoccaggio e coda degli sterili. Tuttavia, secondo il rapporto del Ministero della Scienza e della Tecnologia, la mancanza di conoscenza del tempo di stoccaggio del minerale in ogni caso è un fattore limitante per il calcolo delle emissioni totali.
Zolfo
Secondo il rapporto della Società brasiliana per la pianificazione energetica, di tutte le emissioni delle centrali elettriche a carbone, quella che ha destato maggiore preoccupazione è l'emissione di zolfo. Quando viene bruciato, lo zolfo forma una serie di composti gassosi che vengono rilasciati nell'atmosfera se non sono presenti apparecchiature per la sua cattura. Tra questi spicca l'anidride solforosa (SO2).
L'anidride solforosa (SO2) subisce ossidazione nell'atmosfera e forma anidride solforica (SO3) che, a sua volta, quando legato all'acqua piovana (H2O), formerà acido solforico (H2SO4), dando origine a piogge acide .
La pioggia acida ha un impatto diretto sulla vita vegetale e animale, soprattutto acquatica. Nelle verdure, porta a cambiamenti nella pigmentazione, nella formazione e nella necrosi. Negli animali provoca la morte di organismi, come pesci e rane. La pioggia acida provoca anche danni ai beni materiali, in quanto favorisce i processi corrosivi.
Secondo il Ministero dell'Ambiente, gli impatti dell'anidride solforosa sulla salute umana potrebbero essere correlati all'aumentata incidenza di problemi respiratori in generale e di asma, che è indicata dall'aumento dei ricoveri ospedalieri.
Metano
Il carbone minerale ha un alto contenuto di metano (CH4). La combustione del carbone minerale rilascia nell'atmosfera metano, che può essere associato al vapore acqueo e all'anidride carbonica ed è considerato uno dei principali gas serra.
Il metano si forma dal processo di decomposizione della materia organica. Per questo motivo, la sua presenza è associata ai combustibili fossili.
È importante notare che nonostante il processo di combustione del carbone minerale rilasci quantità significative di metano nell'atmosfera, le emissioni di metano nel processo di produzione del carbone minerale si verificano dall'estrazione del minerale, specialmente nelle miniere sotterranee e nello stoccaggio di materiale post-minerario, come si può vedere nella relazione del Ministero della Scienza e della Tecnologia
Ossidi di azoto (NOx)
Il carbone minerale ha anche un'alta concentrazione di azoto. Pertanto, la combustione del carbone emette ossidi di azoto nell'atmosfera. I gas di scarico sono generalmente costituiti principalmente da ossido di azoto. Quando entra nell'atmosfera, viene rapidamente ossidato a biossido di azoto.
Il biossido di azoto, quando legato all'acqua piovana (H2O), produce acido nitrico (HNO3) che, come l'acido solforico (H2SO4), causa anche piogge acide.
Inoltre, elevate concentrazioni di NO2 influenzano la formazione di ozono troposferico e i processi di smog fotochimico.
Particolato (MP)
Secondo Cetesb, il materiale particolato è tutto materiale solido e liquido che rimane sospeso nell'atmosfera a causa delle sue piccole dimensioni. Il particolato si forma anche nell'atmosfera dal suddetto anidride solforosa (SO2) e ossidi di azoto (NOx)
La dimensione delle particelle è direttamente correlata alla possibilità di causare problemi di salute.
Mercurio
Oltre ai gas già citati, il carbone minerale contiene anche quantità significative di mercurio, che attraverso la combustione del minerale viene volatizzato nell'atmosfera.
Secondo l' EPA - Environmental Protection Agency, le centrali elettriche a carbone sono la più grande fonte antropica di emissioni di mercurio.
Il mercurio volatile presente nell'atmosfera è incorporato nel ciclo delle piogge, raggiungendo i corpi acquatici e portando a contaminazione ambientale e danni alla vita acquatica. La contaminazione da mercurio è anche un problema di salute pubblica, poiché il consumo di organismi acquatici contaminati dal mercurio può portare ad avvelenamento acuto e in alcuni casi alla morte.
