www.nuova-energia.com - Cina, il carbone punta sulle tecnologie "pulite"

La Cina ha scarsità di risorse petrolifere, ma è al terzo posto nel mondo per la quantità delle riserve di carbone (11% del totale). Nel 2003 sono stati estratti oltre 1,667 miliardi di tonnellate di carbone che rappresentano il 32,6% della produzione mondiale. Il carbone (Tabella 1) ha un ruolo predominante nei consumi energetici in fonti primarie della Cina e sarà la fonte su cui fare affidamento per soddisfare i fabbisogni di energia del Paese.

In linea con i Piani di sviluppo economico del Paese, è necessario avere a disposizione più energia elettrica per colmare l’attuale gap tra domanda e offerta.
Alla fine del 2004 la capacità totale delle centrali alimentate a carbone era di circa 325 GW, che rappresentano oltre l’80% della produzione nazionale. Rispetto al 2003 si è avuto un incremento del 14,8% della produzione di energia elettrica, che ha spinto a un fortissimo aumento della produzione di carbone di oltre il 32%. L’incidenza dell’utilizzo del carbone nella produzione di elettricità è passato dal 25% del 1990 al 50%. Al crescente impiego di carbone si è accompagnata anche una concentrazione del suo utilizzo in grandi impianti in grado di ridurre le emissioni di agenti inquinanti; gli standard di emissione sono comunque ancora distanti da quelli di altri Paesi che presentano valori inferiori a quelli cinesi (Usa 93,2%, Germania 90,9%, Gran Bretagna 74,6%).

Oltre all’uso del carbone nella generazione elettrica è aumentato sensibilmente anche quello per la produzione di acciaio e di cemento (necessari tra l’altro per sostenere i piani di costruzione di edifici e strade). Nel 2004 sono stati utilizzati circa 215 milioni di tonnellate di carbone per la produzione di acciaio e 190 milioni di tonnellate per quella di cemento.
Tale sviluppo impetuoso dell’uso del carbone è frenato dall’emergere di alcune barriere, soprattutto nelle fasi di produzione e di trasporto del minerale. Nella scorsa estate e inverno vi sono state in tutta la Cina carenze di elettricità causate dal collo di bottiglia rappresentato dal trasporto del carbone estratto dalle miniere; la situazione è stata resa più grave dalla normativa nazionale che proibisce il sovraccarico dei mezzi pesanti. Di conseguenza, il carbone estratto è rimasto accumulato presso le miniere e il prezzo ha mostrato tendenze all’aumento (una situazione in contraddizione con lo stato dell’industria del carbone dell’anno precedente).
Anche la produzione ha avuto i suoi problemi. Le miniere di carbone in Cina sono di tre tipi: collettività rurali; proprietà degli stati locali; proprietà del governo centrale (ministero). Quasi metà del carbone consumato in Cina proviene dalle collettività rurali. Queste hanno una produttività molto bassa con una elevata percentuale di infortuni sul lavoro (10 morti per milione di tonnellate). I molti e gravi incidenti verificatisi hanno convinto il governo della necessità di rendere più sicura la produzione e di procedere alla chiusura delle miniere meno efficienti.

Fare affidamento su impianti a carbone gestiti senza molta attenzione per l’abbattimento degli inquinanti ha causato una lunga serie di problemi ambientali.
Nelle miniere di carbone si produce metano che viene di norma pompato in atmosfera senza trattamenti. Nel 2000 circa 9,6 milioni di metri cubi di metano sono stati immessi in atmosfera (circa il 60% delle emissioni mondiali di metano) con un impatto in termini di effetto serra equivalente a 138 milioni di tonnellate di CO2.
Durante il processo minerario circa il 10% - 15% di scorie con potere calorifico minore di 12.550 KJ/kg vengono separate dal carbone; queste sono accumulate presso le miniere senza alcun trattamento.

L’anno scorso, all’incirca tra 400 e 1.500 grossi ammassi (quasi piccole colline formate dall’accumulo delle scorie di carbone) sono bruciati per autocombustione, con emissione di inquinanti (CO2, SO2 e CO) che hanno causato seri problemi sanitari alla popolazione. Si noti che la Cina è attualmente al primo posto nel mondo per le emissioni di SO2 e al secondo per quelle di CO2. È stato stimato che l’80% di particolato, l’87% di biossido di zolfo e il 67% di ossidi di azoto proviene direttamente dalla combustione del carbone.
In tale situazione il governo cinese ha avviato azioni per ridurre l’incremento delle emissioni contaminanti. I nuovi impianti di produzione di energia elettrica alimentati a carbone hanno l’obbligo di rispettare precisi limiti di emissione (600 mg/Nm3 per il particolato, 1.200-2.100 mg/Nm3 per il biossido di zolfo, 650-1.000 mg/Nm3 per gli ossidi di azoto).

Per quanto tali limiti siano ancora lontani da quelli vigenti in altri Paesi, questi fatti dimostrano che in Cina la legge sulla protezione ambientale sta producendo i suoi effetti. Con un maggior numero di centrali in costruzione dotate di sistemi di abbattimento delle emissioni, infatti, sarà possibile minimizzare il contributo delle emissioni inquinanti da parte del processo di generazione.

La Cina ha costituito molte joint venture con compagnie straniere per esplorare e produrre il coal bed methane. A tale scopo è stata fondata l’organizzazione statale “China united coal bed methane (CUCBM)” che si ripromette di avviare una cooperazione tecnologica internazionale per il trasferimento delle tecnologie sviluppate.
Con la prevista crescita del Pil il consumo di carbone è destinato a crescere sensibilmente. Il Pil del 2020 sarà 4 volte maggiore rispetto a quello del 2000, e anche le più caute previsioni indicano che il consumo del carbone raggiungerà in quell’anno i 2,4 miliardi di tonnellate.
Utilizzare il carbone in maniera efficiente e ridurre l’impatto ambientale è quindi l’obiettivo focale del governo cinese, obiettivo che potrà essere raggiunto grazie all’uso di nuove tecnologie quali SCCP (centrali a ciclo supercritico), FBC (combustione a letto fluido), IGCC (gassificazione e ciclo combinato), UCG (gassificazione in situ), FGD (sistemi di desolforazione del gas), LNB (bruciatori a basse emissioni di NOx).

Attualmente in Cina occorrono 380 grammi di carbone per produrre 1 kWh di elettricità (70 grammi in più rispetto alle unità dei Paesi stranieri). Ciò è dovuto al fatto che le unità cinesi sono in massima parte unità subcritiche che operano a 540 °C e 17 bar con un’efficienza che non supera il 38%. Sostituendo tal impianti con altri più avanzati si potrebbero consumare 90 milioni di tonnellate di carbone a parità di energia elettrica prodotta.
È provato che la combustione a letto fluido è non solo una tecnologia ideale per rimuovere lo zolfo ma anche un metodo efficiente per bruciare carbone di basso contenuto calorico. Gli impianti IGCC e UCG rappresentano altri sistemi per usare il carbone in maniera pulita. A temperature e pressioni elevate le molecole di carbone vengono scisse in molecole gassose più piccole. Questa mistura di gas (syngas) con alto potere calorifico può essere usata nella generazione di energia elettrica e nel riscaldamento domestico.
Nel 2003 la SO2 emessa da impianti a carbone ha raggiunto 9,5 milioni di tonnellate. Ciò perché solo 9 GW della capacità esistente era equipaggiata con sistemi di desolforazione (4%). Analogamente, molte centrali non hanno sistemi di denitrificazione.

È stato stimato che la capacità totale delle centrali a carbone raggiungerà i 740 GW nel 2020. Due scenari differenti sono mostrati in Tabella 2 (Business as Usual e Carbone pulito). Nel primo scenario solo il 12% degli impianti sono equipaggiati con sistemi di desolforazione e le tipologie SCCP e IGCC sono introdotte gradualmente. Nel secondo scenario la desolforazione è introdotta all’80% e SCCP e IGCC sono usati estensivamente.La Cina - come è stato già illustrato nel numero 6/2004 di Nuova Energia - ha investito molti capitali e attività di ricerca nella liquefazione del carbone, che è tra i temi portanti del Programma nazionale di ricerca di base (detto anche Programma 973).
La liquefazione del carbone è testata su piccola scala tramite la costruzione e l’esercizio di un impianto dimostrativo del Gruppo Shenua in grado di produrre 5 milioni di tonnellate di olio. Se questa tecnologia avrà successo, nel 2020 si potranno produrre da 36 a 41 milioni di tonnellate e cioè l’8 % del consumo attuale di petrolio della Cina.
In conclusione, il carbone è attualmente la fonte energetica più importante e nello stesso tempo il maggior responsabile dell’inquinamento. La moderna tecnologia dà la possibilità di una crescita economica sostenibile.

Anche se l’incidenza del carbone dovesse diminuire per effetto della diversificazione degli approvvigionamenti energetici, esso rimarrà ancora la fonte principale a causa dell’abbondanza delle riserve, della loro distribuzione e del basso costo di estrazione.
Per tutti questi motivi il carbone sarà il propellente dell’economia cinese verso lo sviluppo sostenibile.