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rapporti - Rapporto di Sintesi

Rapporto finale di sintesi del Sottoprogetto EMICO (Progetto SOSTE)

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Rapporto finale di sintesi del Sottoprogetto EMICO (Progetto SOSTE)

Contenimento delle emissioni dagli impianti di generazione di energia elettrica Rapporto finale di sintesi di sottoprogetto È un’opinione condivisa da tutti che il mantenimento dell’attuale livello di industrializzazione, basato sulla combustione dei combustibili fossili, ha un impatto considerevole sull’atmosfera come conseguenza diretta dell’emissione di specie inquinanti poiché esse contribuiscono attivamente ai cambiamenti climatici indotti dalle attività umane anche per il mantenimento degli attuali standard di vita. Il significato di questa affermazione viene precisato meglio considerando la produzione di CO2 che su base annuale risulta complessivamente di 168000 Mt, di cui 8000 sono dovute allo svolgimento delle varie attività industriali. Tenendo presente che la terra riesce ad assorbire solamente 165000 Mt della CO2 prodotta, si ha una crescita annua di 3000 Mt che rappresenta una quantità di inquinamento non trascurabile risultante dallo sviluppo economico. Poiché la terra riesce a neutralizzare gli effetti associati alla produzione naturale di CO2, da queste osservazioni emerge con chiarezza la necessità di intervenire, ad esempio, sui sistemi per la produzione dell’energia elettrica per ridurre significativamente la sua formazione. Nel caso degli impianti termoelettrici il carico di inquinanti rilasciati nell’atmosfera dipende dal tipo di combustibile utilizzato, anche se il carbone è per il basso costo il combustibile fossile maggiormente impiegato rispetto all’olio pesante e al gas naturale. Per inquadrare meglio il problema dell’inquinamento ambientale è opportuno considerare il carbone perché è il più impuro dei combustibili fossili dal momento che contiene tracce di molti metalli, compresi l’uranio e il torio, e quantità apprezzabili di alluminio, ferro e zolfo. A quanto detto va aggiunto che l’emissione di SO2 dipende, ad esempio, dal tipo di carbone bruciato poiché il suo contenuto di zolfo può risultare minore dell’1% oppure maggiore del 3%. Gli SOx (SO2 e SO3), reagendo col vapore contenuto nei gas combusti e nell’atmosfera, formano l’acido solforico che è un composto molto corrosivo e dannoso per l’ambiente poiché si ritrova nei laghi, nei fiumi e nei terreni in seguito alle precipitazioni acide dal momento che la sua dispersione viene favorita dal movimento dell’atmosfera. La cenere di carbone contiene prevalentemente contiene ossidi di silicio, alluminio, ferro, calcio, magnesio, titanio, sodio, potassio, arsenico e mercurio. La cenere volante è costituita principalmente da composti di silicio che vengono fusi durante la combustione. Negli Stati Uniti a partire dal 1960 sono stati introdotti negli impianti termoelettrici alimentati con carbone i precipitatori di particolato che permettono di abbattere sino al 99.5% di cenere volante. Per dare un’idea precisa sul controllo delle emissioni di SO2 è interessante segnalare che negli USA il titolo IV del Clean Air Act Amendments del 1990 ha fissato, ad esempio, il limite di 2.16 mgKcal−1. Il vincolo precedente può essere quindi rispettato alimentando l’impianto con carbone o olio combustibile a basso tenore di zolfo, evitando così il ricorso ai sistemi di desolforazione dei fumi. Per quanto riguarda l’ambito italiano va ricordato che l’impiego di combustibili fossili più economici con un tenore significativo di zolfo ha comportato l’installazione dei sistemi DeSOx per rimanere entro i limiti della regolamentazione ambientale relativa al controllo delle emissioni di SO2 dal momento che su base annuale la concentrazione di

questo composto deve avere un valore medio non superiore a 400 mgNm−3, che corrisponde a 140 ppm in volume. In linea generale si può affermare che gli inquinanti principali, che si producono durante il processo di combustione e che sono presenti in concentrazioni molto basse rispetto alle specie predominanti N2, O2, CO2 e H2O, sono gli ossidi di azoto (NOx), il monossido di carbonio (CO), i composti organici volatili (VOC), gli ossidi di zolfo (SOx), il particolato solido (PM) e i composti tossici (HAP). Per quanto riguarda la produzione termica degli NOx si può stabilire in ordine crescente della quantità la seguente graduatoria di merito: gas naturale, distillati del petrolio, olio combustibile e carbone. Da questa considerazione segue che in alcune applicazioni particolari le emissioni degli ossidi di azoto possono essere ridotte cambiando semplicemente il tipo di combustibile. È stato anche accertato che la produzione degli NOx può essere ridotta di una percentuale variabile tra 5 e 70 intervenendo sul processo di combustione. Le modifiche principali, di impiego corrente negli impianti termoelettrici, sono: basso eccesso d’aria, la combustione frazionata e la ricircolazione dei gas combusti. Nel caso delle turbine a gas si deve osservare che l’iniezione d’acqua comporta una riduzione delle emissioni degli ossidi di azoto tra il 50 e l’85%, mentre con l’impiego dei combustori dry-low-NOx il loro contenimento varia dal 70 al 90%. Sebbene gli NOx non costituiscano direttamente un danno per la salute, la loro emissione viene considerata un problema ambientale perché sono i precursori di reazioni che conducono alla formazione dell’ozono (O3) troposferico e delle piogge acide. Le piogge acide, ad esempio, sono pericolose per le foreste e i laghi, possono danneggiare i monumenti, gli edifici e i tessuti e potrebbero risultare dannose per la salute, mentre lo smog fotochimico, che si ha quando NO reagisce con O2 dell’atmosfera per formare NO2 che successivamente viene decomposto dalla radiazione solare in NO e O, determina la riduzione della visibilità in seguito alla diffusione e all’assorbimento della luce. Occorre anche segnalare che l’aumento del grado di acidità del terreno causato dalle piogge acide ha un effetto negativo sulla vegetazione naturale e sulle coltivazioni. Nel caso dei laghi è stato documentato che il cambiamento della chimica derivante dall’abbassamento del pH può avere un’influenza molto pronunciata sugli organismi viventi poiché la loro interazione con l’ambiente acquatico è molto complessa. La produzione del monossido di carbonio è originata da una combustione incompleta che può dipendere dal tempo di residenza nella zona ad alta temperatura, dalle condizioni di mescolamento del combustibile e del comburente oppure da un eccesso d’aria troppo basso. CO è un inquinante particolarmente pericoloso perché viene assorbito facilmente dal corpo umano. La sua pericolosità è dovuta alla riduzione della capacità dell’emoglobina di trasportare ossigeno al cervello, al cuore e agli altri tessuti. I VOC, che derivano da una combustione incompleta, sono composti contenenti generalmente atomi di carbonio, di idrogeno e qualche volta di ossigeno. I VOC rilasciati nell’atmosfera vaporizzano facilmente e favoriscono la formazione dell’ozono troposferico e di altri ossidanti in presenza di radiazione solare e di ossidi di azoto. L’ozono rappresenta quindi un inquinante il cui controllo è abbastanza problematico perché non viene immesso direttamente nell’atmosfera.

Il particolato solido è costituito da diversi composti come, ad esempio, nitrati, solfati, ossidi e qualsiasi elemento incombusto presente nel combustibile. Il particolato solido, che generalmente viene classificato nelle due categorie PM2.5 e PM10, note anche come particolato solido fine, è tossico per le piante e gli animali e dannoso per le persone. Va comunque ricordato che nel caso del gas naturale le particelle PM2.5 e PM10 sono praticamente assenti. Le emissioni HAP comprendono gli idrocarburi policiclici aromatici, il benzene, l’etilbenzene, l’acetaldeide, la formaldeide, il toluene e lo xilene. In linea generale si può affermare che nel caso delle turbine a gas alimentate con gas naturale i loro livelli sono molto bassi perché la temperatura di combustione durante il funzionamento stazionario è più alta di quella che si osserva in altre sorgenti. I dati sperimentali attualmente disponibili indicano che le emissioni HAP delle turbine sono costituite in prevalenza da formaldeide. Occorre inoltre aggiungere che esiste uno stretto legame tra la presenza del CO e quella delle specie HAP. Va infine ricordato che durante la conferenza tenuta a Kyoto tra il primo e l’11 dicembre del 1997 i paesi membri dell’United Nations Framework Convention on Climate Change hanno sottoscritto un protocollo per la riduzione dei gas ad effetto serra. Questo protocollo fissa in particolare dei limiti alle emissioni di CO2, CH4, N2O e a tre clorofluorocarburi (CFC) sintetici responsabili della distruzione dell’ozono. I limiti variano da paese a paese e devono essere raggiunti entro un determinato periodo noto come budget period. Nel primo periodo, che va dal 2008 al 2012, le emissioni rispetto al 1990 dovrebbero essere ridotte dell’8% nei paesi europei maggiormente industrializzati, del 7% negli USA e del 6% in Giappone. Occorre tuttavia segnalare che secondo le previsioni dell’ENEA riportate nel documento “Rapporto 2001” nel 2010 le emissioni di gas serra nell’UE risulteranno superiori del 18% rispetto ai limiti fissati dal protocollo come conseguenza dell’aumento della domanda di energia. Per quanto riguarda l’Italia si deve precisare che nel maggio del 2002 il Senato ha approvato definitivamente il disegno di legge di ratifica del protocollo di Kyoto. Si ritiene infine utile sottolineare che per contenere il livello delle emissioni inquinanti, in particolare degli NOx, è indispensabile imporre vincoli ambientali più severi anche con l’obiettivo di rendere obbligatorio il ricorso alla Best Available Control Technology soprattutto nel caso della realizzazione di nuovi impianti o quando si ravvisa la necessità di mettere in atto delle azioni efficaci di prevenzioni per evitare un deterioramento significativo del territorio attorno ad una sorgente già esistente. Da queste osservazioni emerge dunque molto chiaramente che la salvaguardia dell’ambiente, con particolare riferimento al contenimento delle emissioni inquinanti e tossiche, necessita anche del supporto di specifiche azioni di ricerca mirate all’utilizzazione ottimale dei combustibili fossili per la produzione dell’energia necessaria al sostegno dell’industrializzazione. La RdS è sicuramente il luogo deputato a tale sostegno come risulta anche dall’esposizione sintetica dei risultati raggiunti durante lo svolgimento del programma triennale. Per chiarezza di esposizione si procederà a illustrare separatamente le singole tematiche.

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