Il carbone è una roccia dura che può essere bruciata come combustibile fossile solido. È principalmente carbonio, ma contiene anche idrogeno, zolfo, ossigeno e azoto. È una roccia sedimentaria formatasi a partire dalla torba, per la pressione delle rocce posate successivamente in superficie.
La torba, e quindi il carbone, si forma dai resti di piante che vivevano milioni di anni fa nelle zone umide tropicali, come quelle del tardo periodo carbonifero (la Pennsylvania). Anche il legno riscaldato in uno spazio senza aria può produrre carbone, che è come il carbone.
Formazione e tipi di carbone
Il processo di trasformazione va dalla torba al carbone attraverso l'aumento di pressione e temperatura nel corso di milioni di anni. La progressiva perdita di acqua e componenti volatili aumenta la concentrazione di carbonio e la durezza del materiale. Si riconoscono vari gradi o "rank" di carbone, con proprietà diverse e usi specifici:
- Torba — stadio iniziale, bassa densità e alto contenuto di acqua.
- Lignite (carbone bruno) — basso potere calorifico, usata localmente per produrre energia.
- Sub-bituminoso — qualità intermedia.
- Bituminoso — ampiamente utilizzato per la produzione di energia e per la produzione di coke.
- Antracite — più alto contenuto di carbonio e maggiore potere calorifico; brucia più pulito rispetto ad altri gradi.
Usi energetici e industriali
Il carbone può essere bruciato per ottenere energia o calore. Circa due terzi del carbone estratto oggi viene bruciato nelle centrali elettriche per produrre elettricità. Altri usi importanti includono:
- Produzione di coke (carbone arrosto) usato nella fusione e nella siderurgia per ridurre i metalli dai loro minerali.
- Materia prima per la chimica del carbone: gasificazione, liquefazione e produzione di prodotti chimici (metanolo, ammoniaca, solventi).
- Produzione di materiali carboniosi come il carbone attivo, impiegato per filtrazione e purificazione.
- In passato, uso domestico per riscaldamento e cottura; oggi limitato in molti paesi per motivi ambientali e sanitari.
Estrazione e modalità operative
L'estrazione può avvenire con tecniche a cielo aperto (open-pit) o sotterranee (gallerie, metodo longwall). L'estrazione a cielo aperto è spesso più economica ma provoca ampie modifiche del paesaggio; l'estrazione sotterranea può causare fenomeni di subsidenza e rischi per la salute dei minatori.
Impatto ambientale e sanitario
Come il petrolio, quando il carbone viene bruciato il suo carbonio si unisce all'ossigeno nell'aria e produce molta anidride carbonica, che causa il cambiamento climatico. A causa di questo e di altri tipi di inquinamento atmosferico da carbone, la maggior parte dei paesi si sta rivolgendo a nuove fonti di energia, come l'energia solare. Ma nuove centrali a carbone sono ancora in costruzione in alcune parti del mondo, come la Cina.
Oltre alle emissioni di CO2, la combustione del carbone rilascia:
- Anidride solforosa (SO2), che contribuisce alle piogge acide.
- Ossidi di azoto (NOx), che favoriscono la formazione di ozono troposferico e smog.
- Particolato (PM10 e PM2.5), responsabile di problemi respiratori e cardiovascolari.
- Mercurio e altri metalli pesanti, con effetti tossici a livello ambientale e sanitario.
L'estrazione e il trasporto del carbone possono inoltre provocare inquinamento idrico (acque acide di miniera), perdita di habitat, erosione del suolo e impatti sociali sulle comunità locali. Dal punto di vista sanitario, i lavoratori del settore e le comunità vicine sono esposte a rischi come la pneumoconiosi dei minatori ("black lung"), bronchiti croniche e altri disturbi respiratori.
Tecnologie di mitigazione e prospettive
Per ridurre gli impatti ambientali si impiegano diverse tecnologie:
- Impianti di desolforazione dei fumi (FGD) per ridurre SO2.
- Filtri elettrostatici e precipitatori per abbattere il particolato.
- Riduttori catalitici selettivi (SCR) per diminuire NOx.
- Impianti di cattura e stoccaggio della CO2 (CCS) — promettenti ma costosi e non ancora diffusi su larga scala.
Molti governi e aziende stanno pianificando una transizione energetica verso fonti rinnovabili (solare, eolico, idroelettrico), efficienza energetica e tecnologie a basse emissioni. Questa transizione solleva anche la questione della "giusta transizione" per i lavoratori e le comunità dipendenti dall'industria del carbone, che richiede programmi di riqualificazione e supporto economico.
Produzione globale e futuro
I principali produttori mondiali di carbone includono la Cina, l'India, gli Stati Uniti, l'Indonesia e l'Australia. Le riserve sono ancora abbondanti in molte regioni, ma il ruolo del carbone nel mix energetico globale è in calo in molte economie avanzate a causa di obiettivi climatici e della competitività delle energie rinnovabili.
In sintesi, il carbone è una risorsa energetica storicamente fondamentale e tuttora importante in molte aree del mondo, ma presenta significativi impatti ambientali e sanitari. La direzione futura dipenderà dall'evoluzione delle politiche climatiche, dalla diffusione di tecnologie di riduzione delle emissioni e dalla rapidità con cui le energie rinnovabili e l'efficienza energetica diventeranno ancora più convenienti.
