L'energia

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Categoria:	Scienze
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L’energia
Il 99% dell’energia presente sulla Terra proviene dal Sole. Il Sole è dunque la nostra prima fonte di energia, dalla quale derivano tutte le fonti di energia che noi utilizziamo.
Le fonti di energia possono essere classificate in fonti esauribili e fonti rinnovabili.
Le fonti esauribili di energia sono presenti in quantità limitata e non si possono rinnovare; esse vengono consumate con tanta rapidità che è impossibile si ricostituiscano secondo gli stessi lunghissimi processi naturali. Appartengono a questo gruppo i combustibili fossili come il carbone, il gas naturale(soprattutto il metano) e il petrolio, e l’uranio.
Le fonti rinnovabili di energia non si esauriscono con l’uso oppure si possono riprodurre e sono l’energia geotermica, solare, idrica, eolica e delle biomasse.

I combustibili fossili
I combustibili fossili sono sostanze che si formano nel corso di milioni di anni, dopo la lenta decomposizione degli organismi vegetali e animali operata nel tempo in condizioni di assenza di ossigeno, forti pressioni, temperature elevate. Essi si trovano in profondità variabili e possiedono un alto contenuto di energia chimica che si trasforma in energia termica. Il valore pratico dipende maggiormente dalla quantità di calore che fornisce nella combustione, cioè il suo potere calorifico. Rispetto al loro stato fisico, i combustibili fossili si suddividono in solidi, liquidi e gassosi.

Il carbon fossile
Il carbon fossile è un combustibile solido di natura ed è nato dalla decomposizione di piante cresciute in zone paludose che, dopo essere state sommerse dall’acqua, sono state ricoperte da molti strati rocciosi. Così, a causa della mancanza di ossigeno, le piante si sono carbonizzate, cioè trasformate in prodotti con maggiore quantità di carbonio.
Il carbone si trova in giacimenti situati in profondità che variano da pochi metri a qualche chilometro e più sono profondi, più la quantità di carbonio e l’età di formazione aumenta.
Il carbone si può distinguere un quattro tipi: torba, lignite, litantrace e antracite.
La torba è il carbone di età più recente e contiene molta acqua perché si è formato da piante erbacee lacustri e questo ne rende impossibile l’uso diretto come combustibile.
La lignite è in uno stadio abbastanza elevato di carbonizzazione; ha bassa umidità e si riduce per semplice esposizione all’aria. Ha origine da piante arboree e ha minor contenuto di ceneri rispetto alla torba.
Il litantrace è un carbone bituminoso e presenta un elevato potere calorifico; è utilizzato soprattutto per la produzione di coke metallurgico, carbone con quantità di carbonio elevata, duro, compatto. Dalla distillazione del litantrace è possibile ottenere anche un grande varietà di prodotti chimici.
L’antracite è il carbone più pregiato perché è di formazione antichissima e quindi ha un contenuto di carbonio molto elevato e una scarsa presenza di ossigeno: viene usato soprattutto come combustibile. I giacimenti di antracite sono situati a grandi profondità e solo nelle miniere a zolfo possono essere sfruttati.

Il petrolio
Il petrolio ha un’origine più recente rispetto a quella del carbon fossile. È un combustibile fossile liquido di natura ed è nato per lenta decomposizione di vegetali e animali marini, rimasti imprigionati in sacche sotterranee delimitate da rocce impermeabili. Nel petrolio sono presenti sostanze organiche formate da idrogeno e carbonio, gli idrocarburi.
Questo combustibile fossile è molto importante: infatti non esiste processo di lavorazione industriale o prodotto destinato al nostro consumo che non abbia un quantitativo di petrolio incorporato. Inoltre siamo legati a lui non soltanto per il riscaldamento di un qualsiasi ambiente e per la funzione di qualsiasi tipo di motore, ma soprattutto perché è una preziosa riserva di energia chimica.
1.Ricerca dei giacimenti. Per individuare un giacimento di idrocarburi è necessario eseguire una ricerca detta prospezione, che inizia con l’individuazione dei bacini di sedimentazione. Fatto ciò, si esegue una prima esplorazione in superficie e si prosegue perforando il terreno fino a qualche decina di metri di profondità per prelevare dei campioni detti carote per verificare se nel sottosuolo vi sono trappole nelle quali gli idrocarburi abbiano potuto accumularsi. A questo punto si ricorre al metodo sismico a riflessione per individuare una trappola. Poi vengono scavati una serie di pozzi esplorativi che hanno il compito di prelevare campioni di combustibile e determinare le sue caratteristiche e l’estensione del giacimento, per avere la certezza che gli idrocarburi siano presenti in quantità sufficiente da renderne conveniente l’estrazione.
2.Estrazione.In questa fase vengono scavati un certo numero di pozzi abbastanza distanziati tra loro per riuscire a sfruttare al massimo il giacimento. Le rocce vengono perforate da uno scalpello rotante, collegato al motore da un sistema di aste cave, che viene allungato a mano a mano che il pozzo diventa più profondo. Le aste vengono utilizzate per iniettare nel fondo del pozzo un fango apposito che fa galleggiare e quindi salire alla superficie i detriti delle rocce frantumate. Poi lo scalpello rotante viene tolto e sostituito da un tubo, attraverso il quale il petrolio inizialmente esce spontaneamente perché spinto dalla pressione. Quando quest’ultima diventa insufficiente, il petrolio viene pompato attivamente. Inoltre sulla testa del tubo viene fissato l’albero di Natale che, munito di valvole, regola la fuoriuscita del petrolio.
3.Trasporto del greggio. Una volta estratto il petrolio, esso viene immagazzinato in serbatoi che servono per trasportarlo nei luoghi di raffinazione o di consumo. Il trasporto può avvenire per via mare per mezzo di petroliere o navi cisterne, oppure per via terra con grandi oleodotti, nei quali il petrolio viene pompato sotto pressione.
Il metodo di trasporto più sicuro è per mezzo degli oleodotti perché in caso di perdite, l’inquinamento sarebbe limitato e il danno potrebbe essere facilmente riparato. Invece, in caso di rottura nelle petrolifere, il danno sarebbe molto più difficile da riparare perché causerebbe veri danni ecologici a causa del riversamento del petrolio in mare.
4.Raffinazione del petrolio.Il petrolio subisce un processo di raffinazione che avviene mediante la distillazione, un processo che consiste nel riscaldare il petrolio fino all’ebollizione, separandolo in base alle diverse temperature.
Il greggio viene introdotto in un forno, dove il petrolio passa per un tubo riscaldato che dà ad una torre di distillazione. Essa è suddivisa al suo interno in tanti piani nei quali sono presenti diverse temperature che diminuiscono man mano che si sale. Su ogni piano tendono ad accumularsi quei componenti il cui punto di ebollizione è prossimo alla temperatura del piatto. A diverse altezze della torre, si prelevano le varie frazioni attraverso tubature laterali. Estratti dalla torre, quasi tutti i prodotti, per essere direttamente utilizzati, devono subire ulteriori trattamenti di depurazione.

Il metano
Il metano è un combustibile fossile gassoso di natura e presenta maggiori vantaggi rispetto a quelli liquidi e solidi.Innanzitutto brucia con una combustione completa e senza scorie e i fumi sono privi di residui e di sostanze inquinanti: ciò significa un alto rendimenti qualitativo e quantitativo.
Il metano è il combustibile gassoso più importante e copre circa un quinto dei consumi totali di combustibile.Il metano è molto leggero, non ha colore né odore e non è velenoso. Esso non inquina l’ambiente e per usarlo non occorrono depositi o apparecchiature complicate.Viene usato: nel settore domestico, per cuocere i cibi, per riscaldare le abitazioni e per fornire acqua calda, e nel settore industriale come combustibile.Trova largo impiego anche nelle centrali termoelettriche per azionare le turbine a gas e nelle industrie chimiche come materia prima per la preparazione di fertilizzanti, gomme e materie plastiche.
Giacimenti, trasporto e distribuzione. Il metano si trova in giacimenti sotterranei che contengono solo gas oppure anche petrolio, il che conferma la loro comune origine.Ma un giacimento di gas non consiste in una caverna piena di gas in pressione, ma bensì di un complesso di rocce porose, nei cui pori il gas è intrappolato.
L’estrazione è del tutto simile a quella del petrolio; una volta estratto viene trasportato attraverso metanodotti ai luoghi di consumo. Nei metanodotti vengono installati ogni 100-200 km delle stazioni di compressione che stabiliscono la pressione necessaria a far muovere il metano. Quando non è possibile effettuare il trasporto attraverso metanodotti, il metano viene liquefatto per raffreddamento e trasportato per via mare con apposite navi metaniere. Arrivato a destinazione, il metano viene riscaldato e trasformato in gas. Dai grandi condotti di trasporto del metano si diramano tubazioni più piccole, dette di allacciamento, che trasportano il metano alle industrie e alla città.