Analisi e modellazione di impianti di produzione elettrica a ... - Enea

RICERCA DI SISTEMA ELETTRICO pag. 19 di 177
Tema di ricerca 5.2.5.2 “Centrali a polverino di carbone - Riduzione costi”
Analisi e modellazione di impianti di produzione elettrica a carbone equipaggiati con sistemi CCS
L’andamento del prezzo del carbone negli ultimi venti anni dimostra una grande affinità con il
prezzo del petrolio, infatti tutti gli indici presentano una andamento stazionario fino alla crescita
vertiginosa culminata con il picco nel 2008, e in seguito una diminuzione nell’anno successivo. Nel
grafico successivo è da notare che il carbone è espresso in tonnellate, mentre il carbone in barili; il
confronto tra i prezzi vale quindi in termini relativi, non assoluti.
Origini e classificazione del carbone
Il carbone trae la sua origine dalla vegetazione esistente sulla Terra nel lasso di tempo a cavallo tra
il periodo Carbonifero (tra 360 e 286 milioni di anni fa) e il periodo Terziario (tra 65 e 1,8 milioni
di anni fa), quando vaste aree ricoperte da foreste subirono un rapido processo di sprofondamento,
cosicché la vegetazione si ritrovò improvvisamente in un ambiente sotterraneo ricco di acqua e
privo di ossigeno [2].
Il processo di trasformazione della vegetazione nell’attuale carbone viene convenzionalmente
suddiviso in due fasi principali: una fase biochimica e una fase geochimica. Nella prima il materiale
organico venne trasformato dapprima in torba con processi microbiologici avvenuti alle normali
condizioni di pressione e temperatura e, successivamente, a seguito di ulteriori sprofondamenti, in
lignite. Durante la fase geochimica la stessa lignite, morfologicamente e chimicamente
disomogenea, si trasformò in carbone bituminoso a una profondità di circa 5000 metri e con
temperature dell’ordine di 150 °C. Si ritiene che la grafite presente nell’attuale carbone sia proprio
il prodotto finale di tali trasformazioni.
La classificazione ASTM
Il carbone giunto fino ai giorni nostri è una roccia sedimentaria composta prevalentemente da
sostanze organiche, minerali e acqua. Può essere classificato in base a varie caratteristiche, tra le
quali rivestono particolare importanza la composizione e le proprietà chimiche, fisiche e
meccaniche. Al giorno d’oggi non esiste un sistema di classificazione universalmente adottato, ma
una vasta gamma di nomenclature utilizzate in vari Paesi. Il sistema maggiormente diffuso è
comunque quello sviluppato dall’ASTM (American Society for Testing and Materials), che
suddivide i carboni in quattro grandi classi: ligniti, carboni sub-bituminosi, bituminosi e antraciti.
Ciascuna classe viene poi divisa in sottoclassi, a seconda del contenuto di elementi volatili e del
potere calorifico (tabella 1.4). Già da vari anni l’ISO è impegnata nello sviluppo di sistemi di
classificazione del carbone da diffondere a livello internazionale.
A prescindere dal sistema di classificazione adottato, una proprietà fondamentale nella
caratterizzazione del carbone è il rango; questo indica lo stadio raggiunto dal carbone nel corso del
processo di formazione, in altre parole rappresenta il suo grado di maturità geologica. Esistono
opinioni divergenti riguardo al parametro che lo dovrebbe rappresentare, ma in generale si può
porre in relazione con altri parametri quali il contenuto di elementi volatili, di carbonio fisso, di
umidità e di ossigeno [2].