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CCC/248

Effetti sul clima legati all’utilizzo del carbone al posto del gas nel settore termoelettrico

Herminé Nalbandian

Nel 2014, con una quota pari al 36% della produzione mondiale, il carbone è stata la fonte di energia primaria più utilizzata nell’industria di generazione elettrica. La sostituzione del carbone con il gas rappresenta una delle principali strategie per la riduzione dei gas a effetto serra (GHG) nel settore energetico. Studi recenti mettono tuttavia in discussione gli effetti benefici sul clima derivanti dall’utilizzo del gas invece del carbone in particolare nel settore della produzione di energia elettrica.

I gas a effetto serra

I GHG sono catalogati in base a un indice noto come potenziale di riscaldamento globale (GWP Global Warning Potential) che esprime la capacità e l’efficienza dei singoli gas di assorbire la radiazione luminosa e il calore.

Nonostante la CO2 sia il gas serra più abbondante in atmosfera, essa ha un potenziale di riscaldamento globale relativamente basso e pertanto il GWP della CO2 è convenzionalmente posto pari a 1. Un altro modo di catalogare i gas serra in base al loro potere assorbente consiste nell’esprimere il loro potenziale in milioni di tonnellate di CO2 equivalenti (Mt CO2-e).

Il metano CH4 è il principale componente del gas naturale ed è un importante gas ad effetto serra, il cui potenziale di riscaldamento globale è circa 25 volte maggiore della CO2 in un intervallo di tempo di 100 anni.

Il gas naturale non convenzionale

Le categorie principali di gas naturale non convenzionale sono quattro: lo shale gas ( gas da argille o gas di scisto), il metano da carbone (Coal Bed Methane CBM), il gas da arenarie compatte (o tight gas) e i meno noti idrati di metano.

Questo lavoro prende in considerazione principalmente il metano da carbone e lo shale gas.

Il CBM è intrappolato all’interno dei pori del minerale e nelle fratture dei giacimenti di carbone sotterranei. In virtù delle alte pressioni sotterranee, il gas si trova solitamente in uno stato semi-liquido, all’interno degli strati di carbone. Il CBM è chimicamente simile al gas naturale convenzionale ed è solitamente associato al carbone litoide, a profondità tra i 700 ed i 2000 metri. L’estrazione di tale gas avviene attraverso i pozzi perforati direttamente nei giacimenti di carbone. Tradizionalmente, il metano veniva estratto dal carbone già coltivato così da ridurre i rischi minerari, e il gas liberandosi durante la fase estrattiva veniva generalmente evacuato dalle miniere nell’ambiente attraverso grandi ventilatori. Oggi,il metano recuperato da miniere attive o abbandonate (noto anche come Coal Mine Methane CMM) viene utilizzato per la produzione di energia. E’ stato stimato che questa tecnica di estrazione abbia consentito di evitare l’emissione totale di circa 73,6 Mt CO2 eq. Attualmente sono circa 355i progetti attivi o in fase di sviluppo per l’estrazione di CMM.

Lo shale gas si trova solitamente a profondità comprese tra 1000 e 5000 metri. Ci sono quasi 700 scisti noti in tutto il mondo in più di 150 bacini dai quali si estrae shale gas. I depositi di shale gas sono di solito meno porosi del carbone e sono spesso situati più in profondità cosi che è più complesso estrarre lo shale gas rispetto al CMM.

Nel 2013, solo poche decine di questi scisti , la maggior parte in Nord America erano stata adeguatamente valutate in termini di potenzialità di produzione. Oggi i volumi di shale gas disponibili sono tali da influire in maniera significativa sul mercato mondiale del gas. Gli Stati Uniti sono il paese più attivo nella produzione di shale gas: si è passati dall’ 11 per cento di produzione nel 2008 a più del 20 per cento nel 2010, e tra il 2010 e il 2013, questa percentuale è più che raddoppiata.

Vi è una notevole incertezza sulle quantità di metano emesse durante la vita di un pozzo di gas naturale. E’accertato che, in generale, le emissioni derivanti dalla produzione di gas naturale sono notevoli e si verificano in ogni fase del ciclo di vita dalla del gas naturale dalla produzione alla distribuzione.

La US Environmental Protection Agency (EPA) ha stimato che nel 2011, negli Stati Uniti, siano fuoriuscite da impianti a gas naturale più di 6 milioni di tonnellate di metano. Queste, misurate in termini di CO2 equivalente su un arco temporale di 100 anni, sono maggiori di quelle emesse dalle industrie statunitensi del ferro, acciaio, cemento e alluminio.

Essendo le emissioni di metano o di gas serra imprescindibili sia nella produzione di gas naturale che in quella di shale gas, diventa di fondamentale importanza implementare le esistenti tecnologie di controllo delle emissioni e migliorare le pratiche che possono ridurre al minimo le emissioni di metano cosi da ridurre l’impatto del metano nel ciclo produttivo del gas naturale. In quest’ottica si avrà un quadro più chiaro non appena saranno resi noti i dati provenienti da studi in corso combinati con i dati di settore del programma US EPA sui gas serra.

Utilizzo del gas naturale al posto del carbone

È stato stimato che le emissioni nel ciclo di vita del gas naturale siano inferiori di circa il 35% rispetto a quelle del carbone. In termini di produzione di energia elettrica, il gas naturale ha emissioni di gas serra minori di circa il 50-60% rispetto a quelle di una centrale a carbone.

Gli Stati Uniti sono attualmente il paese in cui è in corso il più importante programma di sostituzione degli impianti a carbone con impianti a gas, conseguenza dell’aumento della produzione di gas naturale e della riduzione del suo prezzo. I dati indicano, comunque, che nel corso dei prossimi decenni il passaggio in atto dal carbone al gas nella produzione di energia negli Stati Uniti non determinerà il dimezzamento delle emissioni di gas serra da carbone.

La Cina ha la più grande capacità di generazione elettrica a carbone del mondo. Nel 2014, il gas naturale ha avuto un ruolo minore nella produzione complessiva di energia, tuttavia il governo di Pechino prevede di aumentare gli investimenti sulla generazione elettrica da gas.

Conclusioni

Anche se il programma di conversione del carbone può essere realizzabile, secondo molti scienziati e ricercatori, le stime mostrano una elevata incertezza, e la mancanza di, misure effettive non consentono ancora di incoraggiare l’utilizzo del gas a livello nazionale.

Infine, i “carburanti di commutazione” non risolvono il problema delle emissioni di gas serra. La Cattura e lo stoccaggio dell’anidride carbonica(CCS) sarà necessario per mitigare le conseguenze sul clima delle emissioni di gas serra anche qualora entrambi i carburanti, carbone e gas, continueranno ad essere utilizzati nella produzione di energia. ATesta