Unità didattica. L energia dai combustibili fossili

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1 Unità didattica L energia dai combustibili fossili Obiettivi: 1. Osservazione e analisi della realtà tecnologica. a. Saper descrivere il funzionamento della struttura Derrick per l estrazione del petrolio. b. Saper indicare l impatto ambientale delle varie fonti energetiche. 2. Conoscenze tecniche e tecnologiche a. Sape elencare nel giusto ordine i prodotti che si ottengono dalla distillazione del petrolio b. Saper distinguere i carboni con più alto potere calorifico da quelli con basso potere calorifico. c. Saper elencare alcuni Paesi dai quali importiamo gas metano e saper descrivere le lavorazioni che su di esso vengono svolte. d. Saper descrivere la produzione e l uso di biogas e saper elencare le materie prime utilizzate. e. Saper descrivere la fusione e la fissione nucleare. f. Saper indicare l isotopo dell uranio che è radioattivo e quindi utilizzabile nelle centrali nucleari a fissione. 3. Comprensione ed uso di linguaggi specifici a. Saper costruire l istogramma, aerogramma circolare e quadrato, il diagramma cartesiano. etroina 1

2 Sotto il nome di combustibili comprendiamo tutte quelle sostanze (solide, liquide, gassose) che si combinano con l ossigeno, in una reazione chimica (detta combustione), nel corso della quale l energia racchiusa nei legami chimici si trasforma in calore (energia termica), che viene liberato. Combustibili fossili Sono quelle sostanze estratte dal sottosuolo che possono trovarsi anche a grandissime profondità le quali, a contatto con l ossigeno dell aria, sono in grado di bruciare, sviluppando calore e luce. I combustibili possono essere naturali o artificiali (sintetici o derivati da quelli naturali a seguito di processi di lavorazione), come è riportato nello schema che segue: COMBUSTIBILI FOSSILI SOLIDI LIQUIDI GASSOSI NATURALI ARTIFICIALI NATURALI SINTETICI NATURALI DERIVATI LEGNA da ardere CARBONI FOSSILI Torba Lignite Litantrace Antracite Coke di carbone Carbone Di legna Agglomerati di carbone Petrolio greggio Benzine Gasolio Cherosene Oli combustibili benzine oli sintetici carburanti alternativi metano gas di petrolio rarefatti Gas di distillazione del petrolio Gas di città e di cokeria Acetilene Idrogeno La combustione è una reazione di ossido-riduzione che permette al carbonio e all idrogeno contenuto nei combustibili di combinarsi con l ossigeno (comburente) per produrre CO 2 e H 2 O e soprattutto calore (energia termica), che è il prodotto economicamente principale di queste reazioni. Come vedremo più avanti, il calore rilasciato dalla combustione viene direttamente utilizzato in apposite centrali per produrre energia elettrica. Esperimento sulla combustione Prendi una piccola bacinella graduata, trasparente, contenete acqua. Metti all interno una candela accesa (combustibile) e ricopri con un bicchiere capovolto. La fiamma arderà finché sarà consumato tutto l ossigeno (comburente). Una volta spenta la candela potrai osservare che il livello dell acqua nel bicchiere è salito, segno che l ossigeno si è consumato. La caratteristica comune dei combustibili è quella di contenere i due elementi combustibili fondamentali: - idrogeno ( H ), che, bruciando, libera acqua; - carbonio ( C ) che può bruciare con due tipi di combustione: etroina 2

3 o combustione completa ( C+HO 2 = CHO 2 ) liberando anidride carbonica; o combustione incompleta ( C + CHO 2 = 2CO ) liberando ossido di carbonio. Un combustibile, oltre a contenere idrogeno e carbonio, deve avere determinati requisiti per essere impiegato vantaggiosamente, tra i quali: 1) bruciare agevolmente, cioè né troppo facilmente, né con troppa difficoltà; 2) sviluppare una buona quantità di calore; 3) non liberare prodotti nocivi all uomo, come l ossido di carbonio (che è tossico). Quanto più alta è la quantità di calore sviluppata dal combustibile durante la combustione, tanto più alto è il suo valore economico, naturalmente a parità di peso. La quantità di calore sprigionata durante la combustione può essere misurata sperimentalmente e prende il nome di potere calorifico: i combustibili sono tanto migliori quanto maggiore è la percentuale di carbonio in essi contenuta e quanto maggiore è il loro potere calorifico. Il potere calorifico La quantità di calore che si sviluppa bruciando 1 kg di un combustibile viene chiamata potere calorifico di quel combustibile. Il potere calorifico si misura in grandi calorie per chilogrammo (kcal/kg) se il combustibile è solido, e in grandi calorie per metrocubo (kcal/m 3 ) se il combustibile è gassoso. Naturalmente maggiore è la quantità di calore che si sviluppa durante la combustione di una massa di combustibile, maggiore è il valore economico del combustibile stesso. Potere calorifico dei principali combustibili MEDIO Combustibile Potere calorifico Combustibile Potere calorifico Legno kcal/kg Coke metallurgico kcal/kg Torba kcal/kg Benzina kcal/kg Lignite kcal/kg Gasolio kcal/kg Litantrace kcal/kg Nafta kcal/kg Antracite kcal/kg Gas liquido kcal/kg Carbone di legna kcal/kg Petrolio greggio kcal/m 3 Gas d acqua kcal/m 3 Gas d aria 950 kcal/m 3 Gas misto kcal/m 3 Metano kcal/m 3 Esercizio. Completa la frase inserendo i termini sotto riportati. * combustibili * carbonio * fossili * petrolio * metano * Il potere calorifico dei carboni aumenta con la percentuale di ; il loro uso come combustibile è diminuito con i vantaggi offerti dai liquidi ( ) e gassosi ( ). Ma oggi sono rivalutati presso i Paesi produttori, data la crisi petrolifera e le riserve tuttora abbondanti. Tratto da Conoscere l ambiente ENI Scuola. etroina 3

4 Combustione e inquinamento I processi di combustione, ed in particolare di carbone e dei derivati del petrolio, producono gas tossici e particelle incombuste che contribuiscono a creare i fumi dello smog. I principali gas tossici, responsabili di sensibili alterazioni dell equilibrio atmosferico, sono quelli riportati in tabella: Nome Formula Descrizione Fonte di emissione Monossido di Carbonio CO E un gas incolore e inodore che impedisce all organismo di rinnovare l ossigeno con la respirazione e può provocare, quindi, la morte per asfissia. Particolarmente minacciata è la salute dei bambini, perché il monossido di carbonio, più pesante dell aria si concentra al suolo. Autoveicoli Biossido di Carbonio o Anidride Carbonica Biossido di Azoto Anidride solforosa e anidride solforica CO 2 Non è tossico ed è utilizzato dalle piante che con la fotosintesi clorofilliana lo trasformano in glucosio e ossigeno. La sua concentrazione è aumentata nell ultimo secolo, contribuendo a determinare il fenomeno dell effetto serra. Infatti la coltre di anidride carbonica si comporta come un filtro che permette il passaggio delle radiazioni solari in arrivo sulla Terra, mentre trattiene le radiazioni infrarosse della luce che viene riflessa dalla superficie terrestre verso lo spazio. Tale fenomeno potrebbe portare ad un mutamento del clima del pianeta con il conseguente scioglimento dei ghiacciai e la riduzione delle calotte polari. NO 2 Nonostante il limite massimo sia fissato a 200 gr/cm 3, nelle grandi città questa soglia viene spesso superata nelle ore di maggior traffico. SO 2 Il limite massimo consentito di 80 gr/cm 3 è già un valore elevato eppure talvolta viene superato in alcune città italiane ed europee. SO 3 Queste sostanze sono responsabili del fenomeno delle piogge acide, infatti, reagendo con il vapore acqueo dell atmosfera formano acido solforico e acido nitrico. La ricaduta di tali composti può avvenire anche a notevoli distanze dal luogo in cui sono avvenuti i processi di combustione: la vegetazione viene danneggiata in modo irreparabile, i monumenti e gli edifici si sgretolano ed i metalli vengono corrosi. Autoveicoli, centrali termoelettriche, incendi delle foreste Autoveicoli, centrali termoelettriche Centrali termoelettriche, industri, autoveicoli diesel Approfondimenti:(CFC clorofluorocarburi, anidride solforosa, anidride carbonica) Individua gli agenti inquinanti ritenuti i principali responsabili dei fenomeni: Effetto serra; Buco dell ozono; Piogge acide. Indica come i fenomeni precedenti si manifestano e come si combattono. etroina 4

5 I problemi ambientai i legati al combustibili fossili La ricerca e la trasformazione delle fonti di energia e la lavorazione dei prodotti energetici sono assolutamente necessarie per alimentare la nostra civiltà tecnologica, ma costituiscono notevoli fonti di inquinamento. Spesso, inoltre, le installazioni destinate allo sfruttamento dell'energia provocano dissesti nell'ambiente naturale in cui vengono collocate. Questo è uno dei maggiori problemi che l'uomo di oggi deve affrontare. Non dimentichiamo che, attualmente, circa l'80% dell'energia prodotta è ottenuta bruciando combustibili fossili: in particolare, petrolio e carbone. Vediamo ora alcuni problemi ambientali causati dall'approvvigionamento di questi due combustibili. Problemi di approvvigionamento dei combustibili L Italia non produce carbone in quantità sufficiente per i propri fabbisogni, ed è perciò costretta a comprarlo da Paesi esteri (soprattutto dalla Polonia). Il carbone importato arriva nei luoghi di utilizzo prevalentemente per via mare. Le ferrovie italiane, infatti, non sono adeguatamente attrezzate per il trasporto dei carichi pesanti; perciò il carbone proveniente dall'europa deve arrivare a Marsiglia e da qui proseguire via mare per giungere ai luoghi di consumo in Italia, circumnavigando spesso l'intera penisola. I bassi fondali dei nostri mari, però, impediscono sovente l'attracco delle navi carbonaie. Esse devono quindi trasbordare il carbone, opportunamente sminuzzato, in navi piccole che lo scaricano nei nostri porti. Tutte queste operazioni di scarico e carico del carbone provocano inevitabilmente un impatto negativo con l'ambiente, che viene investito dalle polveri inquinanti. Se l'estrazione del petrolio avviene in località non desertiche, un incidente ad un pozzo può provocare danni enormi al terreno circostante e alla vegetazione che vi cresce. etroina 5

6 Carbone Petrolio Metano Il trasporto del greggio, poi, richiede l'impiego di petroliere che ne contengono oltre tonnellate ciascuna; il rischio maggiore è quello di un evento catastrofico, costituito dalla dispersione nel mare di quantità enormi di idrocarburi, nocivi per animali e piante. Altri pericoli per il mare derivano dal fatto che molti giacimenti petroliferi si trovano in zone sottomarine. Nella foto si vede un'enorme chiazza di petrolio dispersa in mare per un incidente accaduto a un pozzo sottomarino nel Golfo del Messico. Anche lo stoccaggio del greggio comporta pericoli per l'ambiente: per esempio, una centrale termoelettrica che utilizza olio combustibile è dotata di un deposito contenente oltre tonnellate di greggio. Un incendio in tale deposito genererebbe gravissimi problemi all'ambiente circostante (pensa solo al fumo). L inquinamento dell'atmosfera Oggi il carbone usato nelle centrali termoelettriche è meno inquinante di una volta, perché trattato con tecniche di desolforazione che eliminano le particelle di zolfo. Gli attuali trattamenti abbattono le sostanze inquinanti (biossido di zolfo e di carbonio) al 98 %, mentre il 2 % viene immesso nell'atmosfera. Sembra una percentuale bassa; però, sui milioni di tonnellate di carbone bruciato, il 2 % costituisce una quantità rilevante. Ed infatti la produzione di energia elettrica concorre all'inquinamento atmosferico per il 30% del totale. Per attenuare l'impatto dei fumi si costruiscono camini molto alti (fino a 250metri), in modo che i fumi possano disperdersi nelle parti più alte dell'atmosfera; ciò però, pur attenuando l'inquinamento locale, determina un inquinamento a più vasto raggio, originando, per esempio, piogge acide che danneggiano i boschi e le foreste. Le conifere sembrano essere le più sensibili a questo fenomeno. etroina 6

7 La combustione dei derivati del petrolio dà luogo, in misura diversa a seconda del combustibile utilizzato (benzina, gasolio), a varie sostanze nocive: tra queste, il monossido di carbonio, il biossido di zolfo, il biossido di azoto. Per ridurre le percentuali di tali sostanze liberate nell'atmosfera, vengono applicate varie tecniche: per esempio, nelle centrali termoelettriche che utilizzano olio combustibile sono presenti impianti dotati di filtri e di altri dispositivi che eliminano la maggior parte delle sostanze nocive; negli autoveicoli, questa funzione viene svolta dalla marmitta catalitica. Tuttavia, come avviene per il carbone, passano pur sempre nell'atmosfera, benché in basse percentuali sul totale prodotto, grandi quantità di sostanze nocive. Emissioni a Porto Marghera (VE) Le emissioni annue di CO 2 ammontano a circa 6,3 miliardi di tonnellate. etroina 7

8 L inquinamento termico Tutti i sistemi di produzione di energia che bruciano combustibili producono calore di scarto, che viene scaricato nell'aria, con i gas caldi di scarico; nell'acqua del ciclo di raffreddamento degli impianti e che poi è riversata (anche se tiepida) nei fiumi, nei laghi e nel mare, con effetti indesiderati sull'equilibrio della vita negli ecosistemi. Oltre all'inquinamento termico locale, il calore scaricato nell'ambiente da ciminiere, tubi di scappamento, impianti di raffreddamento, unito a gas inquinanti, porta a un aumento dell'effetto serra, con conseguente aumento della temperatura media del pianeta. Tutti i principali problemi ambientali effetto serra, buco nell'ozono, piogge acide, deforestazione, estinzione di specie animali e vegetali (biodiversità), inquinamento e molte malattie della specie umana dipendono dal modo di produrre energivoro e dai nostri consumi. Molti studiosi affermano che se questo aumento della temperatura dovesse continuare, potrebbe provocare modificazioni del clima, con gravi conseguenze per la vita dell'uomo. etroina 8

9 Combustibili naturali solidi I combustibili solidi naturali più diffusi sono la legna da ardere e i diversi generi di carboni fossili. Attualmente il loro uso industriale è notevolmente diminuito a causa del largo impiego dei combustibili solidi artificiali e degli idrocarburi, economicamente più convenienti. - Legna da ardere: è il più antico combustibile usato dall uomo. La quantità varia a seconda degli alberi da cui proviene e dall umidità contenuta. E composta prevalentemente di cellulosa (40-60%), di lignina e di acqua, associate a sostanze minerali che si ritrovano nelle ceneri sotto forma di CaCO 3 e K 2 CO 3. Commercialmente i legni vengono classificati in duri e dolci a seconda del loro peso specifico e della compattezza del materiale. Commercialmente i legni vengono classificati in duri e dolci a seconda del loro peso specifico e della compattezza del materiale: se la legna da ardere proviene da legni teneri, la fiamma è più lunga e il potere calorifico è minore, mentre se proviene da legni duri e compatti, la fiamma è più corta e il potere calorifico è maggiore. Dati gli alti costi, dovuti essenzialmente alla mano d opera e al trasporto e il basso potere calorifico, questo combustibile è poco usato in ambito industriale. Il carbone è una particolare roccia sedimentaria di colore bruno o nero, formata da due gruppi di sostanze: - materiale organico, cioè carbonio con piccole parti di idrogeno e ossigeno, che con la combustione fornisce calore (energia termica) e anidride carbonica; - materiale inorganico cioè argille, sali di zolfo, che con la loro combustione danno origine alle ceneri e alle sostanze inquinanti. Come si è formato? Questo combustibile deriva dalla carbonizzazione di intere foreste (carbogenesi), iniziata molti milioni di anni fa ed ha richiesto tre fasi principali: - crescita di grandi e fitte foreste in presenza di un clima umido; - sprofondamento lento del terreno e copertura degli alberi da parte delle acque e dei fanghi portati dai fiumi; successivamente si trasformano in roccia che comprime la massa vegetale; - carbonizzazione dovuta ai batteri che in milioni di anni hanno divorato l idrogeno e l ossigeno del legno ed alla fine resta il carbonio con piccole quantità di altri elementi. etroina 9

10 I carboni fossili sono di origine vegetale e derivano da grandi distese di foreste (A) che, centinaia di milioni di anni fa, sono sprofondate e sono state ricoperte dalle acque e, poi, sepolte sotto una spessa coltre di argilla ed altri materiali (B). La lenta e graduale decomposizione di queste enormi quantità di legname, avvenuta in assenza di aria, in presenza di batteri anaerobi e sotto l azione di grandi pressioni ed alte temperature (C), ha generato un processo di trasformazione chiamato carbonizzazione (D). I tessuti vegetali, che sono costituiti prevalentemente di cellulosa, idrogeno e ossigeno, durante il processo di carbonificazione hanno perso gradualmente l idrogeno e l ossigeno. Al termine della trasformazione è rimasto solo il carbonio. I grandi sconvolgimenti geologici che causarono l inizio di questi grandi fenomeni di trasformazione avvennero in diverse ere, quindi i carboni fossili che estraiamo hanno età diverse e sono di vario tipo a seconda della durata del processo di trasformazione subito. I tipi di carbone. La qualità del carbone dipende dal grado di carbonizzazione che ha subito la massa vegetale, cioè dalla sua età: i carboni più antichi sono molto ricchi di carbonio e quindi hanno un maggiore potere calorifico. Tra tutti i combustibili fossili, il carbone è quello sfruttato da tempo. Già molto prima dell invenzione della macchina a vapore, la Gran Bretagna ne usava abbondantemente ed era giunta ad esportarlo. E anche il più diffuso:nonostante che i suoi giacimenti siano sfruttati da secoli, si stima che le riserve naturali del nostri pianeta possano soddisfare le richieste ancora per duecento anni. Suo è il merito di aver consentito la Rivoluzione Industriale, fornendo l energia termica necessaria al motore a vapore. Durante quel periodo (tra l inizio e la fine del XIX secolo), il consumo mondiale del carbone passò da 20 milioni a 700 milioni di tonnellate annue. Il carbone ha però nella sua natura solida un elemento fortemente negativo: innanzitutto non è adatto ai motori a combustione interna, bisognosi di combustibili fluidi d miscelare con l aria nella camera di scoppio; secondariamente, presenta maggiori difficoltà di trasporto rispetto al petrolio. etroina 10

11 Quest ultimo, infatti, può essere trasferito su grandi distanze semplicemente per mezzo di un tubo (oleodotto), mentre il carbone va materialmente caricato e scaricato su treni, navi, ecc. A queste difficoltà si aggiunge il notevole potere inquinante dei fumi prodotti da questo combustibile. Convogli per la movimentazione del carbone Tutto ciò ha portato in questi ultimi decenni a preferirgli il petrolio, sicuramente più pratico ed efficiente. Attualmente il consumo di carboni è nuovamente in ascesa, sia per l eccessivo costo del petrolio greggio sia perché le nuove tecnologie garantiscono maggiore sicurezza durante la fase di movimentazione del carbone, cioè di approvvigionamento e trasporto, durante la fase del suo stoccaggio, cioè di deposito e di immagazzinamento, ed infine, permettono la combustione senza troppi residui nocivi e lo smaltimento delle scorie prodotte nella combustione. I vari tipi di carbone si distinguono in base al periodo geologico in cui è iniziato il loro processo di carbonizzazione. Dalla vegetazione marcescente si formò per prima la torba, successivamente l innalzamento del livello del mare ne causò lo sprofondamento sotto masse enormi di sedimenti marini. Man mano che questi cicli si ripetevano, le torbe di più antica formazione sprofondavano e sempre più compresse indurivano, procedendo nel loro processo di carbonizzazione. I carboni più antichi risalgono all Era Mesozoica, circa 350 milioni di anni fa, i più recenti all Era Quaternaria, meno di 10 milioni di anni fa. - Torba: Non è un vero carbon fossile, infatti contiene una percentuale di carbonio pari a circa il 60%, perché deriva da piante erbacee lacustri che hanno subito una trasformazione limitata. Ha un aspetto spugnoso o addirittura filamentoso, fibroso ed un colore nerastro. Si trova in giacimenti superficiali (pochi metri di profondità) e in terreni acquitrinosi detti torbiere (giacimenti importanti si trovano in Islanda, Olanda, Germania - Baviera, Russia e Finlandia) dove viene estratta con una daga (macchina da scavo). etroina 11

12 Contiene molta acqua (fino al 70-90%) e viene pertanto essiccata e compressa in mattonelle. Ha un alto contenuto di ceneri e non è un buon combustibile, viene pertanto impiegata soprattutto in agricoltura come concime e come correttivo dei terreni per arricchirlo di humus, come isolante termo-acustico e, grazie al suo elevato potere assorbente e deodorante, come lettiera per il bestiame. - Lignite: ve ne sono molte varietà, con proprietà diverse. Conserva ancora tracce della struttura fibrosa del legno originario. E un carbone abbastanza giovane detto anche brown coal (carbone marrone) e, a differenza della torba che proviene dalla carbonizzazione di erbe palustri, deriva da masse di alberi d alto fusto di più remota formazione e che hanno subito trasformazioni più profonde rispetto alla torba. Secondo i giacimenti ed il gradi di carbonizzazione vengono distinti diversi tipi di lignite: lignite torbosa (friabile e stratificata); lignite picea (nera, lucida, a frattura concoide); lignite xiloide (che porta ancora visibile la struttura del legno). La lignite appena estratta contiene il 40% di umidità, che dopo l essiccamento, si riduce al 15-20%. Può essere utilizzata direttamente o in forma di mattonelle ottenute per semplice compressione, senza aggiunta di agglomeranti, in quanto contiene sostanze resinose che, per riscaldamento rammolliscono e per compressione cementano le particelle carboniose. Per distillazione fornisce il semi-coke e altri prodotti, liquidi e gassosi. Questo carbone, che contiene una percentuale di carbonio pari a circa il 75%, non è un buon combustibile e poiché non conviene affrontare le spese di trasporto, viene utilizzato sul posto per alimentare centrali termoelettriche o come materia prima per alcune industrie chimiche. Giacimenti importanti si trovano in Russia, Germania, Inghilterra e Romania. In Italia se ne trovano piccole quantità in Toscana, Umbria, Sardegna, Lucania e Calabria. - Litantrace: è il carbon fossile che trova maggiore utilizzazione nell industria. E di colore scuro opaco o poco lucente, magro o grasso, di formazione più antica della lignite e più recente dell antracite: la sua formazione risale al periodo carbonifero, cioè a circa 300 milioni di anni fa. Contiene una percentuale di carbonio pari a circa il 93% e una percentuale di zolfo molto bassa e talvolta nulla. Alcuni litantrace polverizzati hanno la proprietà di rammollirsi al di sopra dei 350 C in assenza di aria e quindi di agglomerarsi, con cementazione più o meno marcata dei granuli carboniosi: questa proprietà si dice potere agglomerante: Si chiama litantrace magro o secco quello che ha un potere agglomerante scarso o nullo, mentre viene chiamato litantrace grasso quello dotato di notevole potere agglomerante e sul potere agglomerante del litantrace si basa il processo di cokerizzazione. I litantrace si dividono, in base alla percentuale di sostanze volatili che sviluppano: a fiamma corta o a fiamma lunga. Per la sua composizione, che permette gli usi più svariati, e per la vastità dei giacimenti, è il più importante dei carboni fossili. etroina 12

13 Dal litantrace riscaldato ad elevate temperature (1000 C) in assenza di aria, si ricava il coke metallurgico. Quest ultimo, separato dalle sostanze gassose e disposto strati con il minerale di ferro, viene utilizzato negli altiforni per la produzione di acciaio. Dunque il litantrace è utilizzato per ottenere gas di città, coke metallurgico, coke domestico e sostanze volatili. Litantrace grasso distillazione a 1000 C coke Sostanze volatili lavaggio con H 2 O raffreddamento eliminazione di HNC ammoniaca catrame distillazione Benzene, toluene, piridina e fenoli Gas di città Dalle sostanze volatili si ottengono per condensazione il catrame di carbon fossile che, per ulteriore distillazione, dà idrocarburi aromatici e loro derivati tra cui il benzene, la toluene, la piridina e i fenoli. L ammoniaca, l acido cianidrico e i vari prodotti azotati e solforati contenuti in minima quantità nelle sostanze volatili vengono allontanati durante la distillazione. - Antracite: è il più antico dei carboni fossili e rappresenta il prodotto di un avanzatissimo stadio di carbonizzazione dei vegetali. Ha un aspetto metallico, nero, lucente e compatto e che brucia con fiamma corta e lentamente, non fuma e non lascia alcun residuo durante la combustione. Contiene una altissima percentuale di carbonio (circa il 95%) e conseguentemente bassi tenori di ceneri e di sostanze volatili. Per il suo notevole potere calorifico è uno tra i migliori combustibili a fiamma corta. Ideale per il riscaldamento, non trova grandi applicazioni industriali perché si preferisce il meno costoso litantrace. Si trova in terreni geologicamente molto antichi (Era primaria) ed è abbondante in varie località della Francia, della Svizzera, della Russia e negli USA. In Italia piccoli giacimenti si trovano in Val d Aosta, in Piemonte (provincia di Cuneo) e nelle Alpi Liguri, in Sardegna. etroina 13

14 Approfondimento Informazioni aggiuntive sui vari tipi di carbone TORBA: è il carbone di età più recente, derivato dalla carbonizzazione di piante acquatiche o palustri (sfagni, piperacee, graminacee,ecc); si rinviene in aggregati spugnosi o stratificati, bruno-nerastri, nelle torbiere, che sono sedi di antiche paludi; dopo essere stata essiccata si utilizza in mattonelle. LIGNITE: costituisce uno spazio più avanzato di carbonizzazione dei vegetali; può presentarsi in vari aspetti: a tessitura legnosa e colore scuro (lignite xiloide); nera, compatta, con lucentezza resinosa (lignite picea); formata da residui vegetali cementati da una pasta scura (lignite morbosa). LITANTRACE: nero, compatto, lucente; viene usato, oltre che per il riscaldamento, per produrre coke (combustibile solido artificiale), catrame, gas illuminante, ecc.; ridotto in polvere viene utilizzato per fabbricare agglomerati o mattonelle, impiegati come combustibile per macchine e turbine a vapore. ANTRACITE: si presenta in masse nere lucenti, con fratture angolose o concoidi; è il carbone con il più alto potere calorifico; è impiegato soprattutto come combustibile; brucia con fiamma cortissima, con scarsa cenere e senza fumo. etroina 14

15 APPROFONDIMENTO : Problemi di inquinamento Sistemi di abbattimento e contenimento delle polveri Sono impiegati sia nella fase di emissione dal camino delle polveri prodotte dalla combustione, sia nella fase della movimentazione e di stoccaggio del carbone. Nel primo caso si fa uso di particolari apparecchiature, i precipitatori elettrostatici, che hanno una capacità di abbattimento delle polveri in uscita pari al 99,7%. Nel secondo caso, per evitare il formarsi di polveri, si umidifica il carbone nei punti di trasferimento e di stoccaggio. Inoltre, i depositi di carbone, che non devono superare i 10 metri di altezza, si proteggono dal vento con due sistemi: l irrorazione con acqua e la costruzione di argini, alti almeno 15 metri, coperti da filari di alberi ad alto fusto. Smaltimento delle ceneri Le ceneri prodotte dalla combustione del carbone, invece di rappresentare un rifiuto solido da eliminare, possono essere riutilizzate per usi industriali: nella fabbricazione del cemento; nella realizzazione del sottofondo dei rivestimenti stradali; in edilizia, per ottenere laterizi, pannelli di isolamento, calcestruzzi leggeri. Nel settore agricolo, poi, possono essere utilizzate come fertilizzanti. Esistono inoltre interessanti sperimentazioni per diminuire la produzione di sostanze inquinanti durante la combustione del minerale. Con l applicazione di queste nuove tecnologie il carbone potrebbe affiancarsi, oggi, agli altri combustibili fossili, consentendone uno sfruttamento più equilibrato, e contribuendo ad una diversificazione delle fonti energetiche. etroina 15

16 Esercizio. Realizza un istogramma che rappresenti la percentuale di carbonio presente nei vari carboni (torba, lignite, litantrace e antracite) Contenuto di carbonio (%) Tipo di carbone etroina 16

17 Risoluzione: % Carbonio Torba 60 Lignite 75 Litantrace 93 Antracite 95 Percentuale di carbonio presente nei vari carboni Torba Lignite Litantrace Antracite etroina 17

18 Combustibili artificiali solidi I legni e i carboni trattati fisicamente o chimicamente, in modo da trasformare la loro costituzione, oppure trattati meccanicamente in modo da modificare la loro forma, vengono denominati combustibili artificiali. Tra essi c è il carbone di legna ottenuto per trattamento chimico-fisico dei legni, il carbone coke ottenuto per trattamento fisico dei carboni fossili e infine gli agglomerati di carbone ottenuti per trattamento meccanico dei carboni fossili. - Carbone di legna: può essere ottenuto con l antico metodo della carbonaia, direttamente nel posto di raccolta, accatastando rami e tondelli di legna che vengono coperti da uno strato sottile di terra bruciati in carenza di ossigeno; oppure con il moderno metodo della distillazione, in apposite storte metalliche. Il carbone ottenuto con il metodo moderno è di qualità inferiore rispetto a quello ottenuto nelle carbonaie, ma permette di ottenere tutti i prodotti secondari della distillazione, quali acido acetico, alcol metilico, naftalina, fenoli, ecc. Viene utilizzato come combustibile per usi domestici (carbonella) e per la metallurgia del ferro, grazie al suo basso contenuto di zolfo, ma anche, grazie al suo elevato potere assorbente, come disinfettante e decolorante (polvere di carbone). - Coke: si ottiene come residuo della distillazione a secco dei litantrace nelle cokerie, ed è un carbone amorfo, duro, spugnoso, cioè quella parte di carbone che non volatilizza per effetto del riscaldamento. Brucia senza fumi intensi. A seconda del tipo di carbone che si distilla, della temperatura e della durata del riscaldamento, si può ottenere: il coke da gas e il coke metallurgico. Il coke da gas, che si ricava dalla distillazione dei litantrace grassi a lunga fiamma, è nero e poco pesante e si impiega quasi esclusivamente per usi domestici. Il coke metallurgico, ricavato dalla distillazione dei litantrace grassi a corta fiamma, è di colore grigio ferro, pesante e compattissimo ed è costituito da carbonio quasi puro, duro, che brucia con maggiore difficoltà. Viene usato nelle fonderie e nelle industrie siderurgiche come riducente. - Agglomerati: L estrazione dalla miniera dei carboni fossili e le successive operazioni di frantumazione, cernita, lavaggio, ecc. conducono alla formazione di notevoli quantità di polveri, di detriti e di carboni facilmente sgretolabili. Essi difficilmente trovano impiego come tali ma vengono utilizzati per la fabbricazione degli agglomerati. Gli agglomerati sono ottenuti comprimendo tali residui a caldo negli appositi stampi mediante l impiego di appositi leganti come il catrame e la pece. Le forme che assumono questi agglomerati sono quelle di mattonelle, ovuli o cubi per il vantaggio che questa forma presenta nel trasporto e stivaggio nelle navi. I migliori sono quelli di litantrace agglomerati con pece. Sono usati come combustibili per locomotive e navi. etroina 18

19 Effettua una ricerca sugli impieghi nel carbone ieri e sugli impieghi del carbone oggi. L estrazione del carbone ed i problemi sociali connessi sono stati trattati in molti romanzi: ad esempio, Germinal di Emile Zola (1885). I procedimenti di estrazione e di lavorazione A partire dal XVI secolo, in particolare in Inghilterra, per risolvere il problema dell approvvigionamento energetico degli impianti siderurgici, si comincia a sostituire il carbone di legna con quello fossile. Le prime miniere di carbone erano pozzi verticali, profondi circa 10 metri. Il carbone veniva tagliato e portato in superficie all interno di cesti. Man mano che i pozzi diventavano più profondi e si scavavano gallerie laterali sempre più lunghe, aumentava la possibilità di frane,allagamenti, esplosioni causate dalla presenza di gas metano. Oggi i giacimenti di carbone sono ampiamente diffusi in tutto il mondo e Cina, ex URSS e USA sono i maggiori produttori a livello mondiale. Il ciclo del carbone comprende la coltivazione mineraria, il trasporto e la distribuzione, la combustione diretta o la conversione in prodotti vari, liquidi e gassosi. I giacimenti si trovano più comunemente in profondità, ma possono anche affiorare al livello del suolo. Il loro sfruttamento si può effettuare in due diversi modi: coltivazione a cielo aperto: l estrazione viene effettuata in aree in cui il giacimento di carbone è molto vasto, si trova vicino alla superficie ed il carbone è facilmente rimovibile. La crosta rocciosa viene sbancata e con attrezzature speciali si rompe il carbone separandone grandi quantità in maniera rapida ed economica. Questo sistema è dannoso dal punto di vista ambientale in quanto si crea un grosso scavo nel terreno e si solleva molta polvere nera che viene sparsa dai venti per decine di chilometri. Esaurita la miniera, la società mineraria deve provvedere a sistemare lo scavo, ristabilendo le condizioni iniziali. Miniera a cielo aperto etroina 19

20 coltivazione sotterranea: in questo caso vengono utilizzati diversi tipi di accesso alle vie sotterranee: pozzi verticali (che permettono l accesso alle gallerie e che sono attrezzati con impianti di sollevamento) e gallerie inclinate o gallerie orizzontali (a diverse profondità e quindi disposte a livelli diversi, seguendo i filoni carboniferi) in quanto la profondità delle miniere può superare i metri. In questo caso l unico cambiamento nel paesaggio sono le montagne di rocce sterili che si formano in prossimità dei pozzi, invece sono alti i rischi per i minatori e per ridurre tali rischi si adottano numerose norme di sicurezza: le gallerie potrebbero franare e quindi vanno puntellate con centinature metalliche; l acqua delle falde potrebbe allagare le gallerie e quindi viene sollevata in superficie con pompe; l aria può circolare per tiraggio naturale, ma se le gallerie sono molto profonde si devono usare sistemi di aria forzata; il gas metano o grisou è spesso presente in sacche e potrebbe invadere le gallerie quando si abbatte una parete; per evitare le esplosioni si usano macchine ad aria compressa che non producono scintille. La salute del minatore è comunque esposta ad alti pericoli: le polveri respirate possono provocare la silicosi; il rumore delle perforatrici causa disturbi all udito; l aria sottoterra è calda e presenta molta umidità. Impianti di sollevamento (1): sollevano, mediante cavi e motori, i montacarichi. Pozzi (2): sono gli accessi alla miniera, in cui si entra attraverso i montacarichi. Montacarichi (3): a bordo di essi scendono o salgono i minatori, le attrezzature e i materiali. Gallerie (4): sono scavate a vari livelli nel sotto suolo e consentono di raggiungere le varie zone del giacimento; sono rinforzate da armature in legno, in metallo o in muratura. Vagoncini (5): su rotaie, trasportano il carbone. Nastro trasportatore (6): dai vagoncini il carbone viene scaricato sul nastro e trasportato in superficie. Impianto di ventilazione (7): consente il ricambio dell'aria nelle gallerie. Pompa idrovora (8): aspira l'acqua dal fondo dei pozzi. Macchina tagliatrice (9): si muove avanti e indietro lungo la galleria, staccando il carbone dalle pareti. Macchina perforatrice (10): scava nuove gallerie affinché la tagliatrice possa accedere a nuove vene di carbone. etroina 20

21 Minatori (11): sono addetti al controllo delle macchine. Le miniere più moderne sono altamente automatizzate e i controlli vengono eseguiti da computer. Impianti di lavorazione e di stoccaggio (12). Determinazione del valore commerciale dei combustibili fossili CAMPIONATURA DETERMINAZIONE DELL UMIDITA DETERMINAZIONE DELLE CENERI DETERMINAZIONE DELLE SOSTANZE VOLATILI E DEL COKE Procuratevi pezzi di carbone ed osservateli con attenzione, servendovi di una lente di ingrandimento. Rompete qualche pezzo ed osservate le superfici di rottura. Si potrà scorgere l impronta di qualche minuscola pianta fossilizzata, una di quelle che hanno dato origine al carbone. Inoltre potrete notare che si spezzano in modo diverso: alcuni tipi sono più duri e resistenti, altri più teneri e friabili. A che cosa attribuibile ciò? I vari tipi di carbone contengono diverse impurità (zolfo, minerali metallici) che determinano la differente consistenza. etroina 21

22 Esercizio. Realizza un aerogramma circolare che rappresenta la quantità di prodotti derivati dalla distillazione di 1 tonnellata di litantrace, tenendo conto dei dati riportati in tabella. Derivati Quantità [kg] Percentuale Coke ,3% Gas ,2% Catrame 53 5,3% Carburante 7 0,7% Ammoniaca 3 0,3% Carbone scorta 2 0,2% Riporta ora con il goniometro le ampiezze degli angoli ottenuti: Prerequisiti: Realizza una ricerca sugli idrocarburi, distinguendo gli idrocarburi saturi (paraffine, nafteni) da quelli non saturi (alcheni, dieni e alchini) e da quelli aromatici (benzene, etil-benzene). In particolare analizza la loro struttura e quindi il tipo di legami carbonio-carbonio presenti nelle loro molecole. Quali sono i componenti del carbone? A quale epoca risale la formazione dei carboni fossili? Quali fenomeni fisici l hanno resa possibile? Perché i carboni di origine più antica sono i più pregiati? Quali tecnologie possono diminuire gli effetti inquinanti del carbone? etroina 22

23 Risoluzione dell esercizio: Derivati dalla distillazione di 1 tonnellata di litantrace Coke Gas Catrame Carburante Ammoniaca Carbone scorta etroina 23

24 Esercizio. Cancella il termine che non ha nulla a che fare con gli altri * carbone * metano * acqua * petrolio* * carbonio * uranio * idrogeno * ossigeno * Esercizio. Se dovessi scegliere una materia prima da usare come fonte di energia per far funzionare un altoforno per la produzione di acciaio, preferiresti il carbone coke oppure la lignite? Perché? Esercizio. I problemi di inquinamento legati all uso del carbone e le loro soluzioni. Abbattimento delle polveri dal camino Smaltimento delle ceneri Abbattimento delle polveri di stoccaggio e di movimentazione Produzione di materiali per uso industriale ed agricolo Costruzione di argini con alberi e irrorazione con acqua Installazione di precipitatori elettrostatici. Esercizio. Completa la frase con i termini più opportuni. La torba che si ritrova in zone dette, contiene una alta percentuale di e si può utilizzare solo dopo un processo di. distillazione. Dal litantrace si ricava con ad elevate temperature in di aria, il coke. Esercizio. Riordina, inserendo la lettera esatta (A, B, C, D) nel riquadro, le vignette che illustrano le fasi di formazione del giacimento di carbone. etroina 24

25 Esercizio. Abbina i termini alla relativa definizione. Potere calorifico È l immagazzinamento ed il deposito di un materiale Biomassa È la trasformazione di un materiale in carbone Stoccaggio È lo scarto di origine agricola o industriale Carbonizzazione È la quantità di calore prodotto durante la combustione Esercizio. Scegli l affermazione esatta. Per movimentazione del carbone si intende: lo spostamento del minerale dalla miniera ai luoghi di utilizzo La lenta trasformazione del minerale, dovuta a movimenti della crosta terrestre L uso del minerale come forza motrice per azionare macchine Esercizio. Vero o Falso L antracite contiene una alta percentuale di acqua V F Il carbon fossile si è formato dalla cellulosa delle piante V F etroina 25

26 Combustibili naturali liquidi I combustibili liquidi, rispetto ai solidi, presentano notevoli vantaggi. Essi infatti lasciano solo quantità trascurabili di ceneri e presentano una maggiore regolarità nella combustione. Tra i combustibili liquidi hanno preponderante importanza il petrolio e i suoi derivati. - Petrolio greggio: Il suo nome deriva dalle due parole latine petra=pietra e olium=olio cioè è un olio di pietra - dal termine usato dall umanista e scienziato tedesco Agricola nella sua opera De Natura Fossilium del APPROFONDIMENTO: Microstoria del petrolio Il petrolio era noto fin dall antichità più remota grazie al fatto che in talune zone esso affiorava spontaneamente in superficie: gli Egizi ricavavano da esso la pece in cui immergevano le bende per fasciare le mummie; in Mesopotamia lo si utilizzava per impermeabilizzare le imbarcazioni; i Romani lo usavano per lubrificare le ruote dei carri; gli Indiani usavano il petrolio per curare malattie e ferite; i Cinesi e i Persiani lo usano per scopi bellici; presso molte popolazioni inoltre veniva usato come mezzo di illuminazione. Ma fu negli ultimi decenni del XIX secolo che il petrolio divenne una fondamentale fonte di energia, perché permise di risolvere il problema della propulsione dei veicoli su strada (più tardi anche gli aerei), poiché la macchina a vapore alimentata a carbone era troppo pesante ed ingombrante per automobili e motocicli. L invenzione di motori a combustione interna, agili e leggeri, alimentati da derivati del petrolio, permise di risolvere il problema. Lo sfruttamento intensivo dei giacimenti petroliferi cominciò negli Stati Uniti nel 1859, quando, per la prima volta, fu trivellato un pozzo che ne rivelò la presenza anche nel sottosuolo. All inizio fu utilizzato per il riscaldamento e l illuminazione, oltre che per ottenere bitume e lubrificanti. Il successivo impiego nei motori richiese la nascita di una grande industria di trasformazione, poiché il petrolio non può essere usato nei motori così come si trova. A partire alla fine del XIX secolo, agli impieghi suddetti si aggiunse l uso del petrolio come combustibile nelle centrali termoelettriche. Si innescava quella che oggi possiamo chiamare la Seconda Rivoluzione Industriale. Si tratta di uno sfruttamento ancora oggi in pieno svolgimento. Il petrolio è una miscela di idrocarburi (perché composto da due soli elementi: il carbonio e l idrogeno) saturi e non saturi nei tre strati di aggregazione: solido, liquido e gassoso, che si trova generalmente dispersa entro masse rocciose porose e che contiene quantità di zolfo, azoto e ossigeno. E derivato dalla decomposizione di sostanze organiche formate da resti di organismi, accumulatisi in un ambiente per lo più marino e che costituivano nel loro insieme il plancton marino, insieme a fini sedimenti minerali, ad opera di batteri anaerobi (che operano in assenza di ossigeno). A temperatura ambiente, il petrolio si presenta come una miscela liquida infiammabile, densa e viscosa, oleosa, di colore scuro, che varia dal nero al rosso bruno a seconda della provenienza,con riflessi azzurri. Il petrolio può manifestarsi spontaneamente in superficie, ma in generale viene estratto dal sottosuolo tramite pozzi ottenuti mediante trivellazioni del suolo o del fondo marino. Più leggero dell acqua sulla quale galleggia, si trova nei piccoli spazi che esistono tra le rocce sedimentarie. Quindi possiamo immaginare un giacimento di petrolio come una spugna lunga alcuni chilometri e larga centinaia di metri, tutta impregnata di petrolio. La sua composizione media è 80% Carbonio, 10% Idrogeno, 3% Ossigeno, 4% Zolfo e 3% di Azoto. etroina 26

27 In particolare la combustione di questi ultimi elementi è la causa dell inquinamento dell atmosfera. Esercizio. Con i dati relativi alla composizione media del petrolio, costruisci un aerogramma quadrato: Secondo le teorie più recenti, il petrolio si sarebbe formato nel corso di centinaia di milioni di anni per trasformazione chimica di alghe, plancton, animali e vegetali marini che si sono depositati sul fondo di acque salmastre come paludi, lagune, golfi e mari interni insieme con finissimi sedimenti minerali, come argille e sabbie formando il sapropel, una specie di fango putrefatto. L instaurarsi di un ambiente privo di ossigeno (riducente), dovuto alla scarsa circolazione di acqua nei sedimenti argillosi, ha permesso a batteri anaerobi di sottrarre ossigeno e azoto alle sostanze organiche, arricchendole di carbonio e idrogeno. Successive modifiche, causate dall aumento della pressione e della temperatura, causate dalle trasformazioni geologiche della Terra, hanno compattato e spinto il tutto a profondità maggiori. La pressione ed il calore del sottosuolo, in assenza di ossigeno, hanno favorito le reazioni chimiche da cui si originano idrocarburi liquidi e/o gassosi che hanno portato alla formazione del petrolio. Gradualmente, per effetto del peso dei sedimenti via via depositatisi, la crescente pressione ha determinato la solidificazione dei fanghi argillosi formando una roccia a grana fine: la roccia madre petroligena. In seguito, le rocce madri, sottoposte a elevate pressioni causate da movimenti tellurici, sono state praticamente distillate, per cui gli idrocarburi liquidi e solidi che si etroina 27

28 erano formati sono filtrati attraverso le fessure e le rocce permeabili circostanti e la risalita termina allorché gli idrocarburi hanno trovato uno sbarramento naturale rappresentato da rocce impermeabili in alto (ad esempio argille) e da vene d acqua in basso: quelle che i geologi chiamano trappole petrolifere. A questo punto gli idrocarburi si sono accumulati nelle rocce porose (rocce magazzino) occupando tutte le cavità circostanti, secondo una precisa stratificazione la cui conoscenza è fondamentale nella prospezione dei giacimenti petroliferi. I magazzini e le trappole costituiscono i giacimenti petroliferi, che possono contenere idrocarburi solidi come i bitumi, idrocarburi liquidi come il petrolio e/o idrocarburi gassosi come il metano, sempre insieme all acqua salmastra. Attraverso strati di rocce permeabili, il petrolio si sposta dalle rocce magazzino fino a raggiungere o la superficie o strati impermeabili in cui resta intrappolato. La ricerca del petrolio I giacimenti di petrolio sono dislocati un po dappertutto nel mondo, ma l obiettivo è sempre quello di individuarne i più ricchi. La ricerca dei giacimenti petroliferi si effettua mediante diversi metodi che richiedono competenze diversificate come la geologia, la chimica e la sismologia: l indagine geologica della superficie; il prelievo di campioni (il cosiddetto metodo del carotaggio); l aerofotogrammetria, che consente di rilevare con rapidità i caratteri geologici e strutturali del territorio. Per conoscere invece la successione degli strati in profondità per alcuni chilometri, ci si serve di vari metodi geofisici quali la prospezione magnetica e sismica. La localizzazione del giacimento è la prima operazione, seguita dalla determinazione della sua profondità e della sua estensione. Per la localizzazione nel sottosuolo della presenza di un giacimento, si scelgono territori ricchi di rocce sedimentarie, escludendo i territori con rocce vulcaniche o granitiche, e le fotografie aeree danno le prime indicazioni sulle caratteristiche geologiche del territorio. etroina 28

29 Altre preziose informazioni vengono fornite dall analisi del terreno: con l aiuto di sonde si prelevano, a diverse profondità, campioni di roccia cilindrica, detti carote. Dopo queste indagini preliminari, si utilizzano diversi sistemi di ricerca per individuare in modo più preciso la presenza di una trappola. Si possono, ad esempio, rilevare e studiare le variazioni della densità e del campo magnetico del terreno. Ciò consente di avere a disposizione dati significativi sulle caratteristiche del sottosuolo. Un altro metodo di indagine del sottosuolo, con lo scopo di individuare quelle zone in cui è alta la probabilità di individuare un giacimento, è quello di effettuare l analisi sismologia del terreno: l analisi viene fatta provocando artificialmente onde sismiche nel sottosuolo, molto simili a quelle originate dai terremoti, facendo esplodere delle cariche e registrando i tempi impiegati dagli strati rocciosi a riflettere le onde con l ausilio di strumenti chiamati geofoni. L interpretazione dei dati raccolti permette la ricostruzione della struttura stratigrafica del terreno, in modo da delineare l andamento dei vari strati rocciosi profondi e l individuazione di ipotetici giacimenti. Per verificare la presenza del giacimento e permettere la successiva estrazione del petrolio è necessario scavare pozzi nel terreno e perforare la roccia che lo racchiude. L estrazione del petrolio Solo dopo che i risultati delle ricerche sono stati esaminati a fondo, si decide di procedere all esecuzione di pozzi di prova, si stabilisce la loro collocazione ed ha inizio la trivellazione di pozzi profondi anche qualche migliaio di chilometri, che raggiungono e superano gli strati di rocce impermeabili. Il primo pozzo petrolifero venne scavato da Edwin L. Drake in Pennsylvania, nell agosto del 1859; da allora sono state eseguite milioni di trivellazioni, la maggior parte delle quali si trovano sulla terraferma, ma sono ormai numerose anche le piattaforme marine, collocate in zone un cui la profondità dl mare è limitata a metri. Per la trivellazione del pozzo si usa una sonda, costituita da una colonna di aste di acciaio cave alla cui estremità inferiore è avvitato un utensile da taglio, che può essere uno scalpello se il terreno da perforare è tenero, oppure rulli etroina 29

30 dentati conici i cui denti, se le rocce sono molto dure, sono costituiti da diamanti industriali o da carburo di tungsteno. Man mano che la perforazione prosegue, si aggiungono verticalmente altre aste, lunghe circa 9 metri, collegate fra loro con speciali manicotti. La batteria di aste è messa in rotazione da una piattaforma rotante a giri al minuto collocata alla base della torre di perforazione Derrick (tipica torre a traliccio sopra il pozzo) ed azionata da potenti motori diesel, che forniscono l energia meccanica necessaria. Al centro della torre gira la tavola rotante (sistema Rotary) che somiglia ad un tombino di fognatura di grandi dimensioni: Quest ultima presenta al centro un apertura quadrata di circa 30 cm di lato, in cui passa verticalmente una grossa asta di acciaio cava, anch essa a sezione quadrata. Quando la tavola rotante è messa in movimento dai motori diesel, anche questa asta, detta Kelly, gira. Durante la trivellazione, un apposito fango di circolazione viene pompato all interno delle aste cave, che scende fino allo scalpello e fuoriesce attraverso fori praticati nello scalpello, il fango poi risale in superficie nella intercapedine tra aste e pareti del pozzo fino ad un bacino superficiale dove viene filtrato e rimesso in circolo da una pompa di ciclo ininterrotto. Il fango di circolazione serve sia a raffreddare e lubrificare le punte dello scalpello sia a portare in superficie i frammenti di roccia e i detriti delle perforazioni, sia a consolidare le pareti del pozzo. La sagoma alta della torre è di notevole altezza per consentire il sollevamento di tre aste alla volta ogniqualvolta sia necessario sostituire lo scalpello, che si logora in breve tempo. Utilizzando la descrizione, osserva lo schema dei macchinari per la perforazione del suolo e descrivi ogni singola parte. etroina 30