Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria

1. Università degli Studi di PerugiaFacoltà di Ingegneria Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici prof. ing. Francesco Asdrubali a.a. 2007/08 Combustibili fossili e nucleari

2. COMBUSTIBILI FOSSILI In senso stretto andrebbero identificati come combustibili fossili i soli combustibili solidi, generati con processo chimico-fisico di pietrificazione o fossilizzazione Nella corrente accezione ingegneristica del termini vengono compresi anche gli idrocarburi - SOLIDI - LIQUIDI - GASSOSI Risorsa non rinnovabile

3. CARBONE: sostanze complesse ad alta massa molecolare di origine organica, contenenti carbonio, idrogeno, azoto, zolfo, ossigeno; minerali quali pirite, argilla, calcite I carboni fossili derivano da ammassi di piante decomposte sotto elevate pressioni e temperature e grazie all’ausilio di microrganismi speciali eliminazione di O e H cellulosa, rimane il C AUTOCTONI CLASSIFICAZIONE DEI CARBONI ALLOCTONI Palustre Torba Erbacea Marina Torbosa Lignite Xiloide Picea Magro Litantrace Grasso Antracite ETA’

4. CLASSIFICAZIONE ASTM • CLASSE I carboni antracitici • CLASSE II carboni bituminosi • CLASSE III carboni sub bituminosi • CLASSE IV carboni lignitici ETA’

5. Variazione della composizione e delle proprietà del carbone con l’età

6. ANALISI DEI CARBONI: - APPROSSIMATE (QUALITATIVE/ QUANTITATIVE) - DI LABORATORIO volte a determinare il contenuto di acqua, ceneri, componenti volatili, carbonio, H, S, N, O, ecc. AS MINED appena estratto AS RECEIVED appena ricevuto AS BURNT appena bruciato

7. Umidità: varia dal 30% e oltre nelle torbe al 5% e meno nelle antraciti; Ceneri: ricche di silice, allumina, calcio, ferro, sodio, potassio, magnesio. Sono un materiale inerte, ma se hanno punto di fusione inferiore a 1300°C possono formare scorie fluide Zolfo: di natura organica o inorganica, durante la combustione si trasforma in anidride solforosa Sostanze volatili: sono i prodotti che si liberano come gas e vapori per riscaldamento dei carboni ad alta temperatura

8. SO2 NOx COMBUSTIONE DEL CARBONE CO CO2 particolato ceneri Preparazione del combustibile Controllo del particolato, CO; NOx, SOx Smaltimento ceneri

9. Composizione e proprietà dei diversi tipi di carbone

10. Combustione a letto fluido

11. TRASPORTO DEL CARBONEMARITTIMOSUL TERRITORIOSLURRYcosti elevatiFERROVIA 130 – 140 L/tCHIATTE 210 – 260 L/tAUTOCARRO 260 – 290 L/tNASTRI TRASP. 150 – 180 L/tSLURRY 180 – 230 L/t

12. Idrocarburi Composti da carbonio e idrogenoOrigine: Trasformazione di sostanze organiche di origine animale e vegetale (naftogenesi) raccoltesi in formazioni sedimentarie

13. Roccia madre (di natura argillosa)Roccia serbatoio (porosa)Roccia di copertura (impermeabile) Giacimenti petroliferi

14. Estrazione del petrolio

15. l petrolio greggio si presenta come un liquido viscoso più o meno colorato ed è costituito da una miscela di idrocarburi con piccole percentuali di acqua, composti ossigenati, azotati, e solforati ed impurità quali sabbia • Valore del greggio : • Costo di trasporto dal luogo di origine • Densità • Tenore di zolfo

16. La densità, si misura in gradi API (American Petroleum Institute), su una scala che va da meno di 10 a oltre 50. Maggiore è il grado API e minore è la densità. Un greggio meno denso viene definito leggero. Su questa base i greggi si dividono in pesanti, con un grado API inferiore a 22, medi tra i 22° e 34° e leggeri da 34 gradi API in poi. I greggi leggeri sono i più pregiati, mentre quelli pesanti sono i meno pregiati. • Anche per quanto riguarda il contenuto di zolfo i greggi vengono suddivisi in tre categorie: sweet (zolfo inferiore allo 0,5% del peso), medium sour (tra 0,5% e 1,5%) e sour (maggiore di 1,5%). Un minor contenuto di zolfo è indice di una maggiore qualità del greggio e di un maggior valore

18. Raffinazione del petrolio

20. resa in frazioni leggere: 15-20%resa in frazioni medie: 30-50%gas condensabili: GPL

21. Proprietà dei prodotti petroliferi

23. Composizione e proprietà dei diversi tipi di combustibili liquidi

24. Prezzi del petrolio

28. Gas naturale: miscela di idrocarburi saturi alifatici (paraffine) Metano: gas inodore, incolore, più leggero dell’aria, insolubile in acqua.Temperatura critica: - 82,6 °C;temperatura di ebollizione alla Patm: -161,5°C.

29. Proprietà dei combustibili fossili gassosi

32. Distribuzione di gas naturale in Europa

33. Distribuzione di gas naturale in Italia Alta pressione: > 0,5 MPa Media pressione: 0,05-0,5 MPa Bassa pressione: <0,05 MPa

34. 1986

35. 2006

36. Il ruolo della rigassificazione

37. il ruolo crescente del GNL nel mercato internazionale del gas naturale

38. il ruolo crescente del GNL nel mercato internazionale del gas naturale

40. COMBUSTIBILI NUCLEARI RADIOATTIVITA’ NATURALE alcuni nuclei tendono a “decadere”, ossia a trasformarsi in elementi a configurazione più stabile, con emissione di particelle e/o radiazioni tempo di dimezzamento Becquerel (Bq) = 1 disintegrazione al secondo Curie (Ci) 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq RADIOATTIVITA’ INDOTTA = conferimento di protoni o neutroni Plutonio non esiste in natura 239 tende a decadere composizione atomica Uranio naturale U238 99,274% U235 0,72% arricchimento dell’Uranio U234 0,0006%

41. Reazione nucleare di fissione: 235 U + n 2PF + 2,5 n + 200 MeV FISSILE subisce direttamente la MATERIA rezione di fissione FERTILE può diventare fissile attraverso successive trasformazioni FISSILE U235, Pu239 U235 92 protoni 143 neutroni U238 94 protoni 145 neutroni isotopo più stabile dell’uranio: U238

42. Reazione nucleare di fissione: • ARRICCHIMENTO URANIO 235 • Separazione elettromagnetica • diffusione in mezzi porosi • forza centrifuga • NEUTRONI VELOCI generati reazione fissione • NEUTRONI LENTI O TERMICI (2-3.000 m/s) • rallentati da un moderatore probabilità 200 volte • superiore che avvenga la reazione di fissione • supercritica + di 1 neutrone • Reazione controllata 1 neutrone incontra 1 nucleo fissile • sottocritica – di 1 neutrone

43. Reazione nucleare di fissione: • MODERATORI FORTI arricchimento U235 • (acqua) • MODERATORI DEBOLI va bene contenuto naturale • (grafite) • ASSORBITORE • REFRIGERANTE