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L’utilizzo degli scarti del carbone come fonte energetica

CCC/288

Luglio 2018

Dr Stephen Mills

Molti governi di tutto il mondo subiscono crescenti pressioni per la minimizzazione degli impatti ambientali associati all’uso del carbone, con riferimento particolare alla produzione di energia. Una serie di tecnologie, applicate sia all’inizio della catena di approvvigionamento che dopo la combustione, può contribuire ad una notevole riduzione delle emissioni generate dagli impianti. L’uso di sistemi minerari più efficienti e l’impiego di tecniche di lavaggio avanzate, a valle del processo di estrazione, concorrono alla riduzione di materia minerale indesiderata.

Le operazioni connesse all’estrazione e al lavaggio del carbone generano comunque grandi quantità di scarti, di natura solida e liquida, spesso depositati in discariche fuori terra o in vasche di decantazione. Depositi che incidono visivamente sul paesaggio, con una serie di conseguenze ambientali correlate all’occupazione di considerevoli aree di terreno, rese conseguentemente indisponibili ad uso produttivo. Il ripristino e la bonifica dei terreni contaminati sono di prioritaria importanza. Lo stoccaggio dei rifiuti ha conseguenze ambientali che possono riguardare l’inquinamento localizzato dell’acqua e del suolo, la combustione spontanea dei materiali, oltreché avere un impatto visivo. La Polonia ospita la discarica di rifiuti provenienti dalle miniere di carbone più alta d’Europa: 134 metri di altezza, con un’estensione di 37 ettari ed un volume di 13,3 milioni di m3.

Il governo statunitense stima che nella sola Pennsylvania vi siano circa 46.000 siti minerari abbandonati in terre pubbliche, coperte da grandi cumuli di carbone di scarto. Il risanamento di vecchie discariche ha finora portato al riutilizzo di 2.800 ha di terreni precedentemente inutilizzabili. Di contro, secondo i termini del documento Coal Vision 2025, la richiesta di aree destinate alle attività minerarie è in continua crescita, passando da 1.470 a 1.925 km2 entro il 2025.

Il materiale depositato può contenere livelli di mercurio più elevati rispetto al carbone originario, oltre che considerevoli quantità di zolfo, come dimostrano alcuni siti di accumulo negli Stati Uniti. Ad esempio nella Virginia occidentale i rifiuti di carbone bituminoso (cosiddetti gob: garbage of bituminous) possono contenere concentrazioni di mercurio quattro volte superiori a quelle originali, arrivando a 3,5 volte in Pennsylvania.

Le discariche più vecchie spesso contengono quantità significative di carbone residuo e pirite, rendendole inclini alla combustione spontanea: possono bruciare per lunghi periodi, rilasciando grandi volumi di fumo ed emissioni tossiche. Gli incendi possono durare oltre sei mesi e sono difficili da debellare. Il processo di auto-combustione in Cina ha riguardato quasi un terzo delle tremila discariche di rifiuti del paese: l’inquinamento atmosferico è significativo. Come in Ucraina, dove gli incendi di discariche incontrollate emettono circa 500 kt/y di SO2, NOx e CO2. In Sud Africa ci sono stati casi in cui le emissioni di CO2 dalle discariche hanno superato quelle delle centrali a carbone nelle vicinanze.

Consistenti quantità di rifiuti di carbone sono utilizzate per produrre energia. Alcuni rifiuti depositati, in particolare quelli più vecchi, contengono abbastanza carbonio residuo per garantirne il recupero e l’utilizzo come fonte energetica. Il recupero di carbone residuo da questi depositi, spesso di grandi dimensioni, può generare una fonte di combustibile a basso costo adatta a svariate applicazioni. Il profitto derivante dalla vendita del carbone recuperato, può essere investito nel ripristino del paesaggio, contribuendo alla riduzione del fabbisogno di combustibile estratto, stabilizzando i prezzi dell’elettricità, diversificando il mix energetico nazionale e quindi estendendo la durata di vita di altre riserve di combustibili fossili.

Affinché il recupero e l’utilizzo degli scarti del carbone possa essere considerato fattibile e conveniente, devono essere soddisfatti diversi criteri tra cui:

  • approvvigionamento costante all’utente finale, garantito per almeno un decennio;
  • distanza di trasporto minima col sito, facilmente accessibile ai mezzi d’opera e alle attrezzature di movimentazione;
  • utilizzo di sistemi di movimentazione in grado di sopportare materiali ad alto contenuto di ceneri;
  • produzione di rifiuti con un contenuto energetico adeguato.

Riveste, inoltre, particolare importanza la composizione chimica e fisica dei rifiuti. Alcuni di questi possono essere problematici da gestire: la loro composizione chimica e fisica può accelerare l’usura e portare a guasti prematuri dei componenti principali delle centrali elettriche, soprattutto nelle unità più vecchie, contribuendo ad aumentare, di conseguenza, i costi relativi alla manutenzione.

La tecnologia CFBC (Circulating fluidised bed combustion) è tra le più idonee alla combustione dei rifiuti da carbone; ne vengono utilizzate diverse varianti tecnologiche per consentire di operare in modo più efficiente sul carbone di scarto. Negli Stati Uniti la più grande concentrazione di unità CFBC a scarti di carbone è in Pennsylvania, con una capacità totale di circa 1,4 GW. Tali unità sono attive dagli anni ’80 e contano 18 impianti di combustibili collegati alla rete con altri 13 che utilizzano benzina come combustibile secondario. Il riutilizzo dei rifiuti da carbone come fonte energetica è attivamente promosso in Cina. L’obiettivo strategico per lo sviluppo delle green energy e dell’uso pulito del carbone, mira alla riduzione dei consumi energetici complessivi entro il 2020, promuovendo un utilizzo determinante dei rifiuti del carbone.

La spinta ad affrontare i problemi leagti all’utilizzo del carbone come fonte energetica è sempre maggiore nei paesi produttori, in virtù della maggior consapevolezza delle conseguenze ambientali. Negli ultimi tempi diverse nazioni sviluppate e paesi in via di sviluppo hanno avviato iniziative correttive. I vari paesi, guidati in gran parte dall’introduzione di nuove politiche ambientali, hanno creato le agenzie nazionali aventi il compito di monitorare e bonificare i paesaggi maggiormente danneggiati dalla produzione di carbone – includendo l’impatto su aria, acqua e terra. Su scala globale, organizzazioni come la Banca Mondiale e il Programma di sviluppo delle Nazioni Unite hanno prodotto una serie di linee guida sulla chiusura e dismissione delle miniere, sul trattamento delle discariche e sul ripristino del paesaggio.
L’Unione Europea richiede agli Stati membri di mantenere un inventario aggiornato di tutte le strutture di deposito di rifiuti, chiuse o abbandonate, che potenzialmente possano creare impatti ambientali negativi o che costituiscano una minaccia per la salute.  A livello globale, nonostante alcuni successi, resta ancora molto da fare. Per promuovere un maggiore utilizzo degli scarti di produzione del carbone è necessario anzitutto introdurre meccanismi di incentivazione economica ed ambientale. Affinché le azioni correttive siano efficaci, è importante che queste iniziative siano programmate a lungo termine e che vengano utilizzati metodi economicamente efficienti per adoperare gli scarti nella produzione di energia ed in altre applicazioni energivore. FPoggi