Origine dei Combustibili Fossili

I Combustibili Fossili derivano dalla trasformazione di sostanza organica in assenza di ossigeno, quindi sottoterra.
I tre principali Combustibili Fossili sono il carbone, il petrolio e il gas metano.

Il Carbone combustibile fossile il più antico

Il Carbone è il più antico combustibile fossile.

400 milioni di anni fa, comparvero sulla Terra foreste di equiseti e felci.
Il legno di queste piante è costituito dal 70-90% da molecole organiche (50% cellulosa, 20% emicellulosa e 25-35% lignina) e per il resto da silicati di calcio e magnesio.
La cellulosa è costituita da glucosio: (C6H10O5)n, l’emicellulosa è costituita da zuccheri diversi dal glucosio, la lignina è costituita da fenilpropano un composto aromatico.
Ossigeno e idrogeno vendono espulsi dalle molecole organiche dei vegetali per effetto di alte pressioni e alte temperature.

Dai vegetali al carbone

I vegetali prima diventano Torba, poi Lignite, Litantrace, e infine Antracite.

La Torba: un quasi combustibile

La Torba in natura è ricca di acqua ed è acida.
La Torba deriva dall’interruzione del processo di carbonizzazione per emersione all’aria aperta all’inizio del Quaternario, praticamente ieri: 2,58 milioni di anni fa.
La Torba copre il 3% delle terre emerse, e il 60% delle zone umide. Il fondale delle zone umide torbose non è argilloso ma calcareo. La Torba deriva da muschi e piante superiori.

Lignite, Litantrace e Antracite: i veri combustibili

La Lignite

La Lignite è composta per il 70% da carbonio, umidità superiore al 21% e alto contenuto di ceneri. La Lignite deriva dalle foreste del mesozoico di 80 milioni di anni fà e si trova prevalentemente in superficie. Il potere calorifico della Lignite è di 6000 kcal/kg. (Book)

La Litantrace

La Litantrace deriva dalle foreste del mesozoico di 100-250 milioni di anni fa e si trova tra i 400 e i 1200 metri di profondità. Il potere calorifico della Litantrace è di 8000 kcal/kg.

L’Antracite

L’Antracite deriva dalle foreste di felci del paleozoico, 300-400 milioni di anni fa.
L’Antracite è composta per il 90% da carbonio, l’umidità inferiore al 5%, l’azoto è inferiore allo 0,1% e le ceneri non superano il 2%. Il potere calorico dell’Antracite è di 8500 kcal/kg

Perché le miniere di carbone si trovano tutte nell’europa centrale ?

Le miniere di carbone si trovano tutte nell’Europa centrale, perché è emerse prima dell’Europa meridionale.
L’Europa centrale emerse 500 milioni di anni fa, e 300-400 milioni di anni fa compaiono le foreste di felci, ripetutamente allagate dal mare.
L’Europa meridionale emerse molto dopo, tra i 245 a 65 milioni di anni fa, quindi mancò il tempo per lo sviluppo della vegetazione e la successiva carbonificazione.

Cosa succede nella combustione del carbone ?

Nella combustione del carbone, il carbonio si ossida in anidride carbonica, lo zolfo e l’azoto diventano solfati e nitrati, restano solo le ceneri. La cenere del carbone è costituita da silicati di calcio e magnesio e da molti altri elementi.

Osservazione davanti al camino di casa

Oggi il carbone non si usa più per il riscaldamento domestico, perché molto inquinante e poco pratico, invece è molto facile trovare un caminetto a legna. Pesate una sacco di legna o di pellet e poi pesate la cenere prodotta e calcolate la percentuale di cenere.

Il presente del carbone

Attualmente le riserve di carbone sono stimate cinque volte quelle del petrolio.
Il carbone è la fonte energetica più economica e la Cina è il maggiore consumatore al mondo.
Le emissioni di CO2 da carbone hanno superato nel 2010 quella da petrolio.
L’inquinamento del carbone non è solo anidride carbonica, ma anche zolfo e polveri sottili.
Il carbone derivando da foreste diverse in condizioni diverse non può essere un prodotto standard, ad esempio ci sono carboni ricchi di zolfo e altri poveri. Nel sottosuolo cinese ci sono due grandi bacini carboniferi, a sud ricco zolfo e
a nord povero di zolfo.

Le prospettive del carbone

Oggi più che alla eliminazione del carbone, si vuole arrivare a zero emissioni di carbonio catturando l’anidride carbonica prima della combustione con la pregassificazione del carbone, ossigenando durante la combustione o trattando i fumi dopo la combustione. (Book)

Il Petrolio

Se il carbone ha una genesi antica e terrestre, il Petrolio ha un’origine più recente e marina: plancton vegetale e animale.
Il plancton 100 milioni di anni fa iniziò a precipitare nei fondali oceanici, venendo lentamente ricoperto da sedimenti marini, formando rocce porose intrise di gas e petrolio.
Nei giacimenti petroliferi non esistono grotte sotterranee piene di idrocarburi. infatti il petrolio è intriso all’interno di rocce sedimentarie.
Ci sono due tipi di roccia serbatoio: l’arenaria nel 60% dei casi e i carbonati nel 40%.
Nella roccia porosa, oltre al petrolio, c’è l’acqua marina.
Un giacimento petrolifero si ha solo se la roccia serbatoio viene ricoperta da roccia impermeabile. La copertura impermeabile è data più spesso da depositi di argilla, gesso, salgemma, oltre che dai movimenti tettonici.

Senza copertura il petrolio tende a venire a galla e quindi non si formerà mai un giacimento.. (Book)

La composizione del Petrolio

Combustibili Fossili

Il Petrolio è composto da tre classi di molecole quasi prive di ossigeno ma ricche di carbonio 85%, idrogeno 13%, il resto 2%.
Nel Petrolio troviamo un 30% di alcani, 40% di cicloalcani, 25% di aromatici e un 5% di altre molecole.

Tutti gli elettroni degli atomi carbonio sono occupati in legami covalenti, non ci sono elettroni liberi che possono polarizzare la molecola, e perciò sono poco sensibili ai reagenti polari o ionici.

Gli Alcani e il petrolio paraffinico

Gli Alcani sono idrocarburi saturi, formano una catena lineare, con formula generale: CnH(2n+2)
Saturo significa che i legami carbonio-carbonio sono tutti legami semplici, non ci sono doppi o tripli legami.
Il petrolio dei giacimenti profondi è più ricco di alcani, è detto “petrolio paraffinico”.

I Cicloalcani e il petrolio naftenico

I Cicloalcani sono idrocarburi saturi, la catena non è lineare ma forma degli anelli.
Esempio il ciclopropano: C3H6.
Il petrolio di giacimenti superficiali è più ricco di cicloalcani, è detto “petrolio naftenico.

Gli Aromatici

Gli Aromatici sono idrocarburi insaturi, formano un esagono carbonioso e hanno struttura planare, .
Insaturo significa che alcuni legami carbonio-carbonio sono legami doppi o tripli.
Molecola planare significa che poggia su un piano, non è tridimensionale.

 Il Benzene

La molecola aromatica più importante è il Benzene: C6H6

Lo scarto nei combustibili fossili

Il 5% restante sono composti di zolfo (solfuri), di azoto (chinoline), di ossigeno (terpeni e fenoli) e metalli pesanti: nichel, vanadio, molibdeno, cobalto, cromo, cadmio, piombo, arsenico e mercurio.
Il petrolio libico è pregiato perché contiene meno dello 0,2% di zolfo.

Costi estrazione del petrolio

I Petrolio si può estrarre dall’argillite, da scisti bituminose: si tratta di uno pseudo petrolio di bassa qualità, e sono tra i più grandi del mondo giacimenti. Il petrolio da sciste è presente in Nord America ,ma ha un costo di estrazione molto alto, sui 30 $ al barile che lo rende interessante economicamente solo nei momenti di boom del mercato. Questo petrolio ha anche grandi costi ambientali. Invece il petrolio estratto in Arabia è di ottima qualità, è quasi già buono per i motori delle autovetture e costa solo 3 $ al barile.

Cosa si ottiene da un barile di petrolio

Un barile di petrolio greggio contiene 159 litri. Dopo la raffinazione abbiamo 72 litri di benzina (45%) e 36 litri di gasolio (23%), …

Combustibili fossili light: il gas naturale

Il Gas naturale si ritrova nei giacimenti petroliferi o carboniferi oppure da solo.
Il Gas naturale è composto da Metano C1, Etano C2, Propano C3, Butano C4… In tracce ci può essere CO2, H2S…

Lo shale gas

Il Gas può rimanere intrappolato nelle scisti, è lo shale gas.
Le scisti sono argille metamorfiche.
I giacimenti di shale gas si trovano in superfice e fino ai 4000 metri di profondità.