Il carbone è il combustibile fossile più diffuso nel mondo, si tratta di una roccia sedimentaria costituita da materiale organico (carbonio, idrogeno, ossigeno e piccole quantità di azoto e di zolfo) e materiale inorganico.
Si è originato dalla decomposizione, in ambiente anaerobico (ovvero in assenza di ossigeno), di grandi masse vegetali.
Il processo di carbonizzazione porta ad una graduale perdita di ossigeno, azoto ed idrogeno (con conseguente aumento del tenore di carbonio) dai tessuti vegetali (ad esempio legno), tali elementi vengono sottratti in seguito al contatto con l'aria oppure, se i tessuti vegetali sono sottoposti ad elevate pressioni, ad opera di un aumento di temperatura o all'azione di funghi e batteri.
La carbonizzazione è la causa delle alterazioni che portano alla formazione di combustibili solidi naturali, che si distinguono (in ordine crescente di alterazione subita, ovvero di contenuto in carbonio) in:
Il Carbone è costituito essenzialmente da carbonio, ossigeno, idrogeno ed azoto; facciamo seguire una tabella che mostra la percentuale di questi elementi a seconda del tipo di alterazione subita.
| Tipo di Carbone | C% | O% | H% | N% | Potere Calorifico (kcal/kg) |
|---|---|---|---|---|---|
| Torba | 60 | 32 | 6 | 1−3 | < 5000 |
| Lignite | 60−75 | 20−30 | 5−6 | 1−3 | 5000−6000 |
| Litantrace | 75−90 | 5−15 | 4−5 | 1−2 | 7000−8000 |
| Antracite | 95 | 2,5 | 2−3 | 0,5−1 | > 8000 |
Se la carbonizzazione risulta molto spinta si avrà una eliminazione completa delle sostanze aggiuntive con la formazione di grafite, che è carbonio allo stato puro. La grafite tuttavia non trova impiego come combustibile.
La combustione del carbone è responsabile di un grave inquinamento ambientale (ad esempio provoca il fenomeno delle piogge acide) che solo negli ultimi anni si è riusciti a contenere entro limiti accettabili, ricorrendo a sofisticate tecnologie, ma non sempre applicate per gli elevati costi.
Nel Sud del mondo se ne fa abbondante impiego ancora nei modi tradizionali, provocando un inquinamento insostenibile.
A sfavore del carbone giocano anche i forti costi di trasporto.
I principali paesi esportatori di carbone sono: Australia, Polonia, Colombia, Canada e Sudafrica.
Il settore siderurgico è da sempre il maggiore assorbitore di carbone, il cui impiego come materia prima per la produzione dell'acciaio si è dilatato nel tempo, in sintonia con l'espansione dell'industria pesante di base, in atto oggi nei paesi in via di sviluppo.
Sul versante del trasporto sono stati compiuti passi in avanti per contenere i costi.
Il ricorso alle navi resta fondamentale e con questo mezzo viaggia la gran parte del commercio mondiale, ma si sono già sperimentati carbonodotti nei quali il minerale fluisce per pompaggio dopo essere stato ridotto in polvere e mescolato all'acqua.
Le tecniche di estrazione dipendono dalla profondità del filone carbonifero, se esso si trova a non più di 50 metri di profondità si attua la coltivazione a cielo aperto mediante rimozione dello strato di copertura, mentre per maggiori profondità l'estrazione avviene con lo scavo di cunicoli sotterranei.
Il petrolio è il principale combustibile fossile liquido; è costituito da una miscela di idrocarburi (molecole costituite da carbonio e idrogeno) che derivano dalla decomposizione in ambiente marino, al di sotto delle coperture sedimentarie, di organismi animali e vegetali.
Poiché i tempi naturali di formazione del petrolio sono di decine di milioni di anni, e lo sfruttamento è invece rapidissimo, questa fonte, al pari degli altri combustibili fossili, è da considerarsi praticamente non rinnovabile.
La maggiore o minore facilità di estrazione dipende dal grado di fluidità del greggio3 e dalla permeabilità della roccia porosa che lo racchiude.
La pressione che permette al greggio di risalire in superficie è data dalla presenza in soluzione di idrocarburi gassosi: una volta effettuata la trivellazione della roccia, la spinta si distribuisce in tutte le direzioni e non solo verso l'alto, determinando la cosiddetta perdita di carico, che è inevitabile.
Una volta esaurito il giacimento, resta una roccia spugnosa vuota.
Un tempo si recuperava solo il petrolio che usciva dal sottosuolo spontaneamente, invece oggi si procede al recupero secondario mediante i sistemi di gas injection o di water injection che consistono nel pompaggio sotto terra di gas o acqua, allo scopo di spingere verso l'alto il greggio rimasto nella roccia spugnosa e ormai privo di pressione.
Il petrolio greggio estratto non è immediatamente utilizzabile: deve essere deacquificato mediante riscaldamento, purificato per centrifugazione, separato nei suoi componenti principali (gas, benzina, gasolio, nafta ed oli pesanti) mediante distillazione frazionata (topping) e trattato chimicamente per aumentarne il pregio (processi di cracking4, di reforming5 e di alchilazione6).
Tutte queste pratiche costituiscono il processo di raffinazione del petrolio.
Sino agli anni Ottanta le raffinerie erano localizzate in prevalenza nei paesi economicamente sviluppati che importavano il greggio in quanto i paesi esportatori non disponevano della tecnologia necessaria alla raffinazione.
Nell'ultimo decennio, invece, si è assistito ad un processo di redistribuzione delle raffinerie su scala mondiale.
I paesi ricchi, meno attratti da un settore la cui tecnologia non è più così importante ed interessante, lo abbandonano, anche perché si tratta di un comparto ad elevato rischio ecologico; preferiscono quindi importare prodotti petroliferi già raffinati.