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Il Carbone: origine ed impieghi

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Ancora una volta vengo sorpreso piacevolmente dal lavoro prodotto dagli alunni delle mie classi. Mi è bastato proporre di scrivere qualcosa in merito agli argomenti trattati ed ecco il risultato, sorprendente e inatteso. Una ricerca ben equilibrata, un'ottima selezione di immagini relative ai singoli argomenti, un buon grado di approfondimento. Ne è venuto fuori un godibilissimo articolo utile a tutti gli studenti dei miei corsi. Complimenti a Gabriele per l'ottimo lavoro e per la capacità di cogliere le indicazioni che ho dato in classe. Come sempre lo condivido con voi tutti e vi auguro buona lettura.
Il carbone (o carbon fossile) è un combustibile fossile formatosi circa 300 milioni di anni fa, quando un clima caldo e umido e un'elevata concentrazione di CO² (anidrite carbonica) favorivano la crescita di grandi alberi: la loro morte ha portato alla sua nascita.

Quindi le zone più favorevoli per la formazione di depositi organici vegetali sono le pianure costiere, le lagune, gli acquitrini delle alte latitudini, dove il clima freddo rallenta la decomposizione, ma anche in regioni calde umide che favoriscono la crescita di vegetali. Quando questi accumuli vengono sepolti, inizia la fase di formazione del carbone che inizialmente sarà un fitto intreccio di resti vegetali chiamato torba dove le condizioni anaerobiche dell'ambiente impediscono l'ossidazione batterica.

Esso è composto principalmente da carbonio ed alcune tracce di zolfo (S8).

In base al loro periodo di fossilizzazione, quindi alla loro età, i principali tipi di carbone sono: torba, lignite, litantrace, antracite.
Torba

La torba è la forma più recente di carbone fossile, quella con minore concentrazione di carbonio (inferiore al 60%), infatti, viene adoperata come lettiera da stalla e nelle concimaie. È costituita da una massa quasi compatta di resti vegetali, con prevalenza di piante palustri e lacustri, e si utilizza dopo un processo di essiccazione che riduca a meno del 30% il tenore di acqua. Ha un potere calorifico piuttosto basso, di norma sui 4.000-5.000 kcal/kg.

Lignite

La lignite deriva dalla non completa carbonizzazione di piante erbacee e tronchi. Contiene spesso accentuate percentuali di zolfo, è ricca di acqua ed è igroscopica (assorbe l'umidità atmosferica tendendo a decomporsi). Il tenore di carbonio varia, secondo il tipo, dal 62-75%, con potere calorifico che può arrivare a poco più di 6.000 kcal/kg.

Litantrace

Il litantrace è il carbone più utilizzato nella Rivoluzione Industriale del XIX secolo. Si trova a profondità fra i 400-1300 m; l'estrazione avviene scavando pozzi e gallerie che seguono l'andamento del filone. Esso si usa per numerosi impieghi, dalla combustione diretta alla produzione di gas illuminante, catrame e coke metallurgico (99,98% di carbonio). Ha un contenuto di carbonio tra l'80-90% e un potere calorifico di circa 7.000-8.500 kcal/kg.
Antracite
L' antracite rappresenta il tipo di carbone fossile di più antica formazione e il più pregiato: nero, compatto, lucido e privo di umidità. La sua percentuale di carbonio oscilla tra il 90-95% e il suo potere calorifico è di oltre 8.500 kcal/kg. Essa può fornire coke industriale, ma viene utilizzato direttamente come combustibile.
Approfondisco: il è la quantità di calore (misurata in Joule) sviluppata dalla combustione completa dell'unità di massa (kg) o di volume (mpotere calorifico ³) di un combustibile.
L'apertura di una miniera è preceduta da un complesso di operazioni preliminari intese a scoprire e localizzare giacimenti di una determinata zona e a valutare la convenienza economica e strategica di un loro eventuale sfruttamento. La prospezione si articola in una fase iniziale di ricognizione geologica della regione, volta ad individuare le zone più promettenti da un punto di vista minerario. Nelle zone in cui sia stata individuata l'esistenza di un giacimento devono, infine, essere eseguiti una serie di lavori di accertamento minerario d'ulteriore dettaglio.

Le miniere possono essere di due tipi: a cielo aperto (cioè in superficie) o sotterranee.

La miniera a cielo aperto si riferisce ad un metodo di estrazione di minerali (in questo caso il carbone fossile) dalla terra rimuovendoli da una cava all'aperto o da una cava a prestito. Esse non hanno bisogno di condotti di aerazione per purificare l'aria, ma prelevando il carbone, gli operai e le macchine di trasporto, sollevano delle nubi nere altamente inquinanti per l'ambiente.
Approfondisco: una cava a prestito è una cava che viene aperta per la realizzazione di un'opera (pubblica) e chiusa quando questa è terminata.
Quando il carbone si trova negli strati più profondi del terreno, si parla di miniera in sotterraneo, ed è necessario scavare pozzi e gallerie per la sua estrazione. Le gallerie vengono scavate a vari livelli nel sottosuolo per seguire le vene carbonifere, cioè degli strati di carbone. Sono rinforzate da armature in acciaio e cemento, e servono per trasportare macchine di penetrazione del terreno, macchine tagliatrici, vagoncini e naturalmente gli operai.

In queste miniere viene anche realizzato un pozzo di aerazione che serve per far circolare artificialmente l'aria e come via di fuga per le emergenze.

In una centrale a carbone il percorso dell'energia ha inizio dalla zona del generatore di vapore, dove sono ubicati i bruciatori predisposti per la combustione dell'olio del carbone. L'elevata temperatura dei gas di combustione è in grado di trasformare l'acqua contenuta nei tubi della caldaia in vapore che raggiunge poi la turbina e la fa ruotare a 3.000 giri al minuto.

È l' alternatore, collegato alla turbina, che determina poi la produzione di energia elettrica. I fumi, una volta rilasciato il calore nel generatore di vapore, passano attraverso i catalizzatori, i captatori polveri e i desolforatori per l'abbattimento rispettivamente degli ossidi di azoto, delle polveri e del biossido di zolfo e vengono, infine, inviati al camino. Il vapore viene convogliato al condensatore dove, senza mai venirne a contatto, trasferisce il suo calore residuo all'acqua di mare prelevata con idonee pompe, trasformandosi così i acqua che viene ricondotta con pompe al generatore di vapore e ripetere il ciclo. L'energia prodotta dall'alternatore viene poi innalzata di tensione a 380 kV da un trasformatore elettrico e immessa nella rete elettrica.

La Rivoluzione Industriale fu un processo di evoluzione economica o industrializzazione della società che da sistema agricolo-arigianale divenne un sistema industriale moderno caratterizzato dall'uso generalizzato di macchine azionate da energia meccanica e dall'utilizzo di nuove fonti energetiche inanimate (come ad esempio i combustibili fossili), il tutto favorito da una forte componente di innovazioni tecnologiche.

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Ancora una volta vengo sorpreso piacevolmente dal lavoro prodotto dagli alunni delle mie classi. Mi è bastato proporre di scrivere qualcosa in merito agli argomenti trattati ed ecco il risultato, sorprendente e inatteso. Una ricerca ben equilibrata, un'ottima selezione di immagini relative ai singoli argomenti, un buon grado di approfondimento.

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