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Il codice deontologico per i geologi
Settembre 12, 2022
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Il carbone fossile: come si forma e dove si trova?

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Il carbone fossile è tornato al centro di molte discussione, in questo periodo storico dove il problema delle fonti energetiche è un tema molto importante.

Il carbone è una risorsa energetica che ha segnato la storia dell’uomo, basta pensare alla rivoluzione industriale avvenuta in Inghilterra: il paese anglosassone, geologicamente molto antico, in questo periodo ha soddisfatto la sua fame di energia con litantrace e antracite.

Bene, mettiamoci comodi e vediamo quali sono i processi geologici che formano il carbone e come – nel corso della storia – l’uso di questa risorsa fossile è cambiato nel corso della storia.

Che cosa è il carbone fossile?

Il carbone è una roccia sedimentaria, che si trova nella parte superiore della crosta terrestre, che generalmente si trova alternata ad altri tipi di roccia.

Come si forma il carbone fossile: il processo di carbonificazione

Perché il carbone si formi innanzitutto serve una pianura costiera – una zona paludosa o lagunare – in regioni dal clima tropicale, dove si può sviluppare abbondante vegetazione.

Alla fine del loro ciclo di vita, i resti vegetali si accumulano nell’acqua e vengono rapidamente sepolti dai sedimenti, coma la sabbia o l’argilla trasportati dai fiumi che vanno a finire in quelle paludi. Il peso dei depositi fa piano piano sprofondare l’intero bacino paludoso, che così può accogliere nuovi resti vegetali e altri sedimenti nelle medesime condizioni. E così via, in un ciclo che sembra quasi infinito.

A questo punto entra in gioco una condizione importane: il seppellimento deve essere rapido in modo da evitare la rapida putrefazione dei resti vegetali che – così conservati – vengono spinti anche a migliaia di metri di profondità fino ad un livello dove comincia il processo di carbonificazione naturale.

All’inizio si ha la torba, un intreccio di vegetali ancora ricco in acqua e quindi con un potere calorifico bassissimo.

Se lo sprofondamento continua piano piano su tempi molto lunghi, la torba si arricchisce in carbonio e vengono allontanati gli altri elementi. Così si arriva alla lignite ( per esempio quella di Carbonia, in Sardegna). Se con la profondità aumentano ancora pressione e temperatura troveremo il litantrace e, finalmente, l’antracite ( la forma più pregiata di carbone) dove la percentuale di carbonio supera il 95%.

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Vena di lignite ad Agnana Calabra, in provincia di Reggio Calabria.

Se avessimo a disposizione ancora più tempo e più pressione otterremo la grafite, carbonio puro cristallizzato.

Un processo di questa portata richiede tempi lunghissimi, da decine a centinaia di milioni di anni. Le antraciti sono il tipo di carbone più rare e si rinvengono solo in rocce del Paleozoico ( oltre 250 milioni di anni fa), mentre il litantrace può venire anche dal Mesozoico ( oltre 65 milioni di anni fa) e la lignite anche da rocce del Cenozoico e del Quaternario ( da meno di 50 milioni di anni fa ad oggi). La torbe invece si formano anche adesso.

Le riserve di carbone nel mondo

I paesi con giacimenti carboniferi che garantiscono una importante estrazione di carbone sono pochi: USA, Russia, Cina, Australia, India, Germania ( lignite), Kazakistan, Sudafrica, Indonesia.

In Italia non ci sono giacimenti di carbone, tranne che in Sardegna nel bacino del Sulcis-Iglesiente.

L’uso del carbone nella storia

L’uso del carbone risale all’antichità e ancora oggi è tra le fonti energetiche più usate. Vediamo brevemente la storia del suo impiego.

Il carbone nell’antichità

Alcune scoperte indicano che il carbone veniva utilizzato come combustibile già nel 1500 a.C.: tracce di carbone sono state trovate nelle rovine di Jiren Taigoukou nella regione autonoma dello Xinjiang in Cina.

La miniera di Fushan – risalente al 1000 a.C. – è una ulteriore prova dello sfruttamento del carbone sempre nell’antica Cina.

In occidente gli antichi Greci e Romani estraevano il carbone e lo usavano sia come combustibile nelle loro case che nell’artigianato.

Nel tardo Medioevo il carbone era utilizzato dai monaci della provincia di Limburgo nei Paesi Bassi, ma anche a Newcastle in Inghilterra.

È solo con la Rivoluzione Industriale ( 1760-1840) che il carbone diventa la vera “rock star” ( passatemi la battuta!) della produzione energetica mondiale.

Il carbone durante la rivoluzione industriale

Nel pieno del diciottesimo secolo in Inghilterra c’è uno dei passaggi storici che ha sancito l’inizio dell’epoca moderna: la rivoluzione industriale. Siamo ad un momento di rottura nella storia dell’umanità!

È questo il momento in cui lo scienziato scozzese James Watt ( da lui proviene il nome dell’unità di misura) inventa nel 1769 la macchina a vapore, perfezionando uno strumento – che sfruttava il vapore per funzionare – dell’inventore inglese Thomas Newcomen.
Nel 1804 comparve la prima locomotiva a vapore che sfruttava il carbone come combustibile: la scoperta di questa nuova macchina ha rivoluzionato il mondo dei trasporti, tra cui quello del carbone stesso! Proprio per questo motivo il numero delle miniere di carbone aumentò, specie nella zona di Northumberland e Durham ( in Inghilterra). Altri importanti innovazioni tecnologiche, arrivate negli anni a seguire, dovute al carbone sono state le navi a vapore e gli impianti di riscaldamento per gli edifici.

Nel 1842 venne siglato in Inghilterra il Mines and Collieries Act, che proibì alle donne e ai bambini di età inferiore ai 10 anni di lavorare come minatori. Questo provvedimento fu necessario perché le terribili condizioni dei minatori avevano generato numerosi incidenti coinvolgendo anche queste fasce della popolazione sempre in territorio britannico.

E’ alla fine del 1800 che l’uso del carbone si diffonde in tutto il mondo. Le sue potenzialità vengono riconosciute anche dal punto di vista chimico, infatti diviene un ingrediente fondamentale in diversi settori: può essere un colorante per tessuti, può essere utilizzato per fissare l’azoto ( con cui si producono concimi chimici) o l’acido nitrico ( utilizzato per la produzione di esplosivi).

Ciò porta ad un aumento della produzione da 70 milioni di tonnellate nel 1850 a 800 milioni di tonnellate nel 1900.

L’unica risorsa che riuscirà a dare filo da torcere al carbone sarà, da inizio 900, il petrolio. Piano piano questa risorsa ha preso il sopravvento sul carbone, per una serie caratteristiche che lo rendono più pratico: si trasporta più facilmente e il suo uso è più facile.

Come sarebbe fare un pieno di carbone, piuttosto che di benzina o diesel, alla stazione di rifornimento?

Inoltre il petrolio possiede un potere calorifico maggiore: 10.000 kcal/kg contro i 7.400 kcal/kg del carbone.

Inoltre un bel colpo negativo nell’opinione pubblica riguardo l’estrazione di carbone è stato dato da un un evento tragico: la strage di Marcinelle.
Nell’agosto del 1956, nella miniera di Bois Du Cazier presso Marcinelle ( in Belgio), accadde uno dei più gravi disastri avvenuti nelle miniere di carbone: un’esplosione uccise 262 minatori ( di cui 136 immigrati italiani).

L’uso del carbone nel nuovo millennio

L’Agenzia Internazionale dell’Energia ( IEA) riporta che nel periodo che va dal 1978 al 2020, la produzione mondiale di carbone è aumentata enormemente.

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IEA, World total coal production, 1971-2020, IEA, Paris https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/world-total-coal-production-1971-2020, IEA. License: CC BY 4.0

I picchi di produzione maggiori sono stati registrati nel 2013, con la produzione di ben 7976 megatonnellate, e nel 2019 con 7940 megatonnellate.
Nel 2020 si è verificata una lieve decrescita, tranne che in Cina dove la produzione e aumentata dell’1,1%.
Nello stesso periodo di tempo, per quanto riguarda il consumo di carbone i dati IEA ci dicono che gli anni in cui sono stati raggiunti i punti più alti sono il 2014 con ben 165207 petajoule, il 2018 con 162228 petajoule e il 2019 con 162209 petajoule.

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IEA, World coal consumption, 1978-2020, IEA, Paris https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/world-coal-consumption-1978-2020, IEA. License: CC BY 4.0

Anche per questo parametro la Cina si conferma il Paese che brucia più carbone al mondo, con il 50% del consumo totale.

Oggi il carbone per quali usi viene impiegato?

Innanzitutto trova impiego nel settore energetico ( per la produzione di energia termica ed elettrica), nella produzione di cemento e nell’industria chimica.

Il carbone: alcuni libri utili

In questo paragrafo ti consiglio alcuni testi per approfondire l’argomento trattato in questo post.

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