Quali sono i combustibili fossili?

I combustibili fossili sono tutti quei combustibili che derivano dalla trasformazione di sostanza organica, secondo reazioni naturali sviluppate in milioni di anni. Questa categoria di composti comprende: carbone, petrolio e gas naturale.

Si tratta di materiali che richiedono periodi di tempo lunghissimi per essere prodotti e che rimangono seppelliti sotto terra nel corso di successive ere geologiche, trasformandosi in forme molecolari progressivamente sempre più stabili. Una delle loro principali caratteristiche è quella di contenere elevate concentrazioni di atomi di carbonio, che è uno dei principali composti presenti nella biosfera.

I combustibili fossili consentono inoltre di accumulare sottoterra elevati quantitativi di energia derivante da varie fonti, che sono:

• sole, sotto forma di energia radiante;
• piante, tramite la funzione clorofilliana;
• organismi unicellulari, come protozoi e alghe;
• animali, mediante la catena alimentare.

La distribuzione mondiale dei combustibili fossili si presenta estremamente disomogenea e dipende soprattutto dalla tipologia di substrato su cui hanno potuto formarsi; pertanto i depositi di carbone sono localizzati in aree differenti rispetto ai giacimenti di idrocarburi liquidi oppure gassosi.

Che cos’é il carbone

Il carbone è un combustibile fossile appartenente alle rocce sedimentarie, che viene estratto da miniere (sotterranee o a cielo aperto), la cui formazione risale approssimativamente a 345 milioni di anni fa. Grazie al clima caldo umido e all’elevata concentrazione di anidride carbonica, in quel periodo si svilupparono alberi dalle proporzioni gigantesche e quindi abbondanti depositi di legname.

A causa dell’assenza di batteri e funghi, non ancora presenti sulla terra, il legno non poteva essere degradato e pertanto veniva compresso sotto successivi strati di terreno trasformandosi in carbon fossile. Esso si è formato all’interno di rocce sedimentarie dove la mancanza di ossigeno ha contribuito a facilitare il processo.

Costituito quasi esclusivamente di carbonio, esso contiene anche tracce di idrocarburi e di minerali a base di zolfo. Il termine “carbone” deriva da un vocabolo greco “karfo” che significa “asciutto, arido”, collegandosi alla sua funzione di bruciare e quindi di eliminare l’umidità.

Processi di formazione del carbone

Derivante dalla trasformazione di resti vegetali di antiche ere geologiche, il carbone è composto per il 50% del suo peso da atomi di carbonio. Le piante da cui esso ha avuto origine appartenevano con ogni probabilità a ecosistemi paludosi, dove la loro biomassa fu in grado di depositarsi in ambienti anaerobici (senza ossigeno) che impedirono l’insorgenza di processi ossidativi di decomposizione.

Su substrati del genere si svilupparono poi altri vegetali che formarono successivi depositi di materiale ligneo, responsabile del compattamento degli strati sottostanti, fino alla formazione di abbondanti depositi carbonacei come antracite, torba e bitume.

Tra le principali tipologie di rocce da cui si è originato il carbone, si pensa che quelle più comuni fossero le arenarie e le scistose, almeno secondo quanto è emerso dalle numerose ricerche geologiche al riguardo. Il periodo in cui si sviluppo la produzione di questo combustibile si fa risalire a un lasso di tempo compreso tra 280 e 345 milioni di anni fa, corrispondente all’era chiamata appunto carbonifera.

È proprio durante il Carbonifero che si sviluppò una vera e propria esplosione della vita vegetale sulla terraferma. Questo combustibile è sempre stato una delle principali forme di energia per l’uomo, sia anticamente quando venivano utilizzate stufe a carbone, sia più recentemente quando oltre il 40% dell’energia elettrica mondiale deriva dalla sua combustione.

Impieghi e tipologie del carbone

Oltre che in forma solida, il carbone in passato poteva essere convertito in gas illuminante oppure per riscaldare ambienti; il processo di gassificazione rimane ancora oggi un’opzione valida poiché sotto forma di gas esso brucia a temperature più elevate ed è quindi più pulito rispetto al carbone solido.

Mediante specifiche tecniche, è possibile trasformare il prodotto in combustibili liquidi come gasolio e benzina, anche se le procedure non sono molto diffuse a causa dell’elevata percentuale di anidride carbonica che si sprigiona. Il suo impiego principale rimane quindi quello tradizionale, mediante cui il carbone in forma solida trova largo impiego come combustibile per varie finalità.

Le tipologie di carbone sono le seguenti:

•  torba: di aspetto filamentoso e spesso spugnoso, questo materiale viene estratto da giacimenti sotterranei (torbiere) per poi essere utilizzato principalmente in agricoltura;
• lignite: come indica la sua denominazione essa presenta un aspetto simile a quello del legno e si estrae da giacimenti superficiali e da miniere a cielo aperto; non essendo un buon combustibile viene usato quasi esclusivamente per alimentare le centrali elettriche;
• litantrace: è il carbone più diffuso e maggiormente utilizzato in natura sia a livello industriale che per usi calorici; da esso si ottiene il coke, una varietà artificiale molto compatta e resistente;
• antracite: duro, pesante e molto fragile, questo composto risponde a ottimi standard qualitativi e trova impiego prevalentemente per uso domestico, anche grazie al suo notevole potere calorifero.

Che cos’é il petrolio

Il petrolio, letteralmente definito come “olio di roccia”, consiste in una miscela liquida di vari idrocarburi che si trovano in giacimenti superficiali della crosta terrestre. Si tratta di un liquido nero, vischioso e denso, facilmente infiammabile, che viene estratto in forma grezza (greggio) per poi subire vari processi lavorativi.

Anche se inizialmente il combustibile più utilizzato era senza dubbio il carbone, a partire dal XXI secolo quasi il 90% del fabbisogno globale di combustibile era coperto dal petrolio. È intorno agli anni ’70, con la crisi energetica mondiale, che l’opinione pubblica ha incominciato a sensibilizzarsi sul problema delle scorte di questo combustibile, destinato ad esaurirsi in conseguenza ad un impiego inadeguato.

Il principale vantaggio offerto dal petrolio è relativo alla notevole facilità di trasporto e al suo ottimo potere energetico, utilizzabile anche da veicoli. Dal punto di vista chimico esso è composto da una miscela di idrocarburi, molecole contenenti idrogeno e carbonio, e di acqua, le cui percentuali dipendono dal giacimento da cui viene estratto.

Esistono centinaia di petroli differenti, la cui resa è strettamente collegata alle diverse composizioni in funzione soprattutto della loro acidità. Anche questo combustibile deriva dalla trasformazione di materiali biologici in decomposizione, come organismi unicellulari marini, vegetali e animali, rimasti sepolti nel sottosuolo per centinaia di milioni di anni.

In seguito all’inarrestabile sovrapposizione dei sedimenti si è probabilmente verificato un innalzamento della temperatura fino a 150 gradi, con conseguente degradazione termica della materia.

Problemi collegati all’impiego del petrolio

La crisi energetica degli anni ’70 ha messo in evidenza come esista il grave problema dell’esaurimento delle riserve di petrolio, derivante dall’impiego spesso sconsiderato di questo combustibile. I giacimenti petroliferi infatti non sono tanto numerosi quanto invece l’umanità vorrebbe e quindi sussiste il reale rischio di crisi estrattiva.

Bisogna inoltre valutare il fatto che l’estrazione di questo prodotto è molto costosa e spesso responsabile di notevoli danni per l’ambiente: basti pensare ai danni provocati all’ambiente marino come conseguenza dell’estrazione offshore. La combustione del petrolio risulta essere tra le maggiori responsabili della produzione di anidride carbonica sull’intero pianeta, contribuendo anche a incentivare l’effetto serra.

Ecco perché è necessario sensibilizzare sempre di più l’opinione pubblica su un impiego consapevole di questo combustibile, tenendo conto del rapporto rischio/beneficio per il nostro ecosistema.

Gas naturale

Derivante dalla decomposizione anaerobica di materiale organico, il gas naturale viene considerato un combustibile fossile come carbone e petrolio. Le principali fonti da cui deriva sono:

• giacimenti di gas naturale;
• decomposizione di materiali in ambiente liquido;
• digestione negli animali;
• esalazioni nelle paludi;
• trasformazione di materiali solidi nelle discariche;
• attività vulcanica.

Il suo impiego contribuisce a incrementare sensibilmente il fenomeno dell’effetto serra, coinvolto nelle crisi climatiche che da anni affliggono l’ambiente. Il costituente principale del gas naturale è il metano, un idrocarburo di piccole dimensioni costituito da un atomo di carbonio e da 4 atomi di idrogeno, a cui si associano poi butano, propano e pentano in concentrazioni minori.

La notevole difficoltà d’impiego è collegata al suo trasporto, dato che i gasdotti non sono in grado di attraversare gli oceani e quindi di raggiungere le varie parti del mondo. Di solito si fa ricorso al gas compresso in bombole, facilmente trasportabili, anche se contenenti quantitativi limitati del prodotto.

Il suo utilizzo è rivolto ai seguenti scopi: generazione di energia elettrica; combustibile per autotrazione; impieghi domestici; usi industriali e commerciali. Come per altri combustibili fossili, anche il gas naturale non ha riserve illimitate e quindi presuppone il problema di un progressivo esaurimento che, in conseguenza di impieghi eccessivi, potrebbe realizzarsi anche in brevi tempistiche.

Problematiche relative allo sfruttamento del gas naturale

Una percentuale di riserve di gas naturale prevede, per la sua estrazione, costi infrastrutturali troppo elevati per essere affrontati anche da paesi poveri, ipotecando in tal modo il suo impiego. Si tratta di una risorsa potenzialmente utile in quanto ancora disponibile, ma difficilmente raggiungibile.

Anche se in misura inferiore rispetto agli altri combustibili fossili, la combustione del gas naturale produce molta anidride carbonica, implicata nel dannoso fenomeno dell’effetto serra. Il metano stesso viene considerato uno dei più potenti gas-serra, anche se in misura minore rispetto all’anidride carbonica.

Secondo attendibili fonti questo combustibile, pur con tutte le sue limitazioni, potrebbe rappresentare una valida alternativa sia al petrolio che al carbone, a patto che venga utilizzato seguendo precisi protocolli. Ecco per quale motivo attualmente sono in corso numerose ricerche scientifiche finalizzate a un impiego pulito del gas, per limitare le emissioni inquinanti e per salvaguardare l’ecosistema.

Tra tutti i combustibili fossili, questo viene unanimemente considerato la speranza per il futuro, anche in relazione al fatto che le sue prestazioni sono per certi aspetti superiori a quelle di petrolio e carbone.