Le ceneri derivanti dalla combustione del carbone e delle biomasse nelle centrali elettriche rappresentano un importante fonte di inquinamento ambientale. Uno studio condotto da una ricercatrice del CNR-IMAA - Claudia Belviso - fa il punto sulla produzione di questi scarti e soprattutto sul loro riutilizzo come materia prima per la sintesi di nuovo materiale utile (zeoliti). Il lavoro è stato pubblicato su Progress in Energy and Combustion Science, una prestigiosa rivista internazionale (IF del 2017: 25.242).
Il carbone fornisce quasi il 30 % dell'energia primaria prodotta da fonti non rinnovabili e le proiezioni mostrano solo una leggera diminuzione del suo utilizzo entro il 2021 (27 %). In Figura 1 è riportata la distribuzione mondiale del consumo di carbone in base ai dati del 2012. Come si può evincere dai grafici, la Cina, gli Stati Uniti e l'Europa sono i maggiori produttori e consumatori di carbone nel mondo.
Figura 1. Distribuzione del consumo di carbone nel mondo (dati 2012)
L’utilizzo del carbone, tuttavia, determina gravi problemi ambientali legati non solo alle rilevanti emissioni di CO2 (si stima che il 45% di tutte le emissioni di carbonio connesse alla produzione di energia siano dovute all’impiego di carbone) e più, in generale, al degrado della qualità dell'aria a seguito dell’emissione di elementi tossici quali SO2 e NOx ma anche all’ingente produzione di ceneri (coal ash) che costituiscono il principale scarto solido del processo di combustione nelle centrali termoelettriche. Circa 800 Mt di coal ash vengono prodotte annualmente in tutto il mondo di cui circa 500 Mt in Cina, 140 Mt in India e 115 Mt negli Stati Uniti e in Europa.
Gli impatti ambientali generati dalla crescente quantità di questi scarti, insieme all’attenzione sempre maggiore rivolta verso l’ambiente, hanno fatto aumentare l’interesse verso fonti di energia rinnovabile come quelle basate sull’impiego di biomasse. La produzione globale di biomasse è stata valutata tra 112 e 220 miliardi di tonnellate l'anno. Anche la combustione di biomasse comporta però la produzione di ingenti quantità di ceneri (biomass ash) con conseguenti problemi ambientali legati al loro smaltimento. Si è stimato che la combustione di 7 miliardi di tonnellate di biomasse l’anno produce circa 48 Mt di biomass ash.
La costante crescita di rifiuti di combustione ha spinto dunque i ricercatori non solo ad individuare settori innovativi di applicazione di questi scarti ma anche e soprattutto a sviluppare nuovi processi finalizzati a trasformare questi rifiuti in nuova materia prima.
Con questo review, Claudia Belviso fornisce una panoramica dei numerosi studi condotti negli ultimi 30’ anni sulle ceneri prodotte dalla combustione di carbone e biomasse con un focus particolare sui processi convenzionali ed innovativi che ne consentono la trasformazione in zeoliti (Figura 2), materiali notoriamente molto utilizzati in numerosi contesti applicativi. Le zeoliti sono, infatti, minerali microporosi caratterizzati da una struttura tridimensionale costituita da unità tetraedriche (Si,Al)O4 che formano un complesso sistema di pori interconnessi. In virtù di tale struttura, le zeoliti sono caratterizzate da singolari proprietà fisico-chimiche che consentono un loro impiego nella bonifica di suoli e acque contaminate piuttosto che nella produzione di materiali speciali, solo per fare alcuni esempi.
Figura 2. Schematizzazione del meccanismo di trasformazione della cenere di carbone in zeoliti
Per informazioni
Claudia Belviso, CNR-IMAA, Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Approfondimenti
- Belviso Claudia (2018), State-of-the-art applications of flyash from coal and biomass: A focus on zeolite synthesis processes andi ssues, Progress in Energy and Combustion Science 65, 109-135.
