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Il termine combustibile si riferisce tradizionalmente a sostanze capaci di produrre energia termica a seguito di una reazione chimica di ossidazione detta comunemente combustione. Alcuni combustibili per motori termici si chiamano anche carburanti. Per estensione si chiamano combustibili nucleari quelle sostanze con le quali si produce energia attraverso una reazione nucleare.
Combustibili tradizionali
Nella struttura di un combustibile tradizionale è accumulata energia chimica ad alta concentrazione, che in condizioni normali nel nostro ambiente tende a permanere praticamente con nessuna o quasi nessuna modificazione. In particolari condizioni di (alta) temperatura e adeguata presenza di sostanza comburente (ossigeno), avviene una reazione esotermica più o meno violenta, cioè con produzione di calore, che può eventualmente essere sfruttato. Come sottoprodotto di questo processo di combustione si ottengono sostanze a più basso livello energetico che si disperdono nell'ambiente. La combustione è dunque una reazione di ossidazione in cui il combustibile reagisce con un comburente: il comburente di gran lunga più comune è l'ossigeno dell'aria.
In relazione allo stato fisico in cui si presentano, i combustibili si classificano in solidi, liquidi e gassosi. Un'altra importante distinzione dei combustibili è fra "naturali" e "derivati", in relazione alle condizioni in cui vengono impiegati: naturali (es.: gas metano) se si adoperano così come vengono trovati in natura oppure derivati (es.: benzine, GPL) se vengono forniti quali prodotti di trasformazione di combustibili naturali o di particolari lavorazioni industriali.
Potere calorifico
Una caratteristica fondamentale di ogni combustibile è il suo potere calorifico, che rappresenta la quantità di calore prodotta da un chilogrammo di combustibile, quando brucia completamente.
Nei combustibili tradizionali gli elementi utili alla combustione sono essenzialmente il carbonio (C) e l'idrogeno (H). Questi infatti hanno la caratteristica di sviluppare calore in notevole quantità[1] con basso livello di inquinamento ambientale. Infatti, reagendo con l'ossigeno dell'aria, l'idrogeno si trasforma in acqua (H2O) e il carbonio si trasforma in anidride carbonica (CO2) che non è tossica[2].
Un altro elemento della combustione è lo zolfo (S), che si trova in piccole quantità nei combustibili fossili tradizionali. Naturalmente contribuisce per la sua piccola quota al potere calorifico, ma produce anidride solforosa (SO2), un gas irritante per la respirazione anche in piccole concentrazioni, e con sensibili effetti inquinanti per l'ambiente.
Nel confrontare le potenzialità di combustibili diversi bisogna prestare attenzione alle unità di misura ed alle condizioni di riferimento.
Infatti usualmente ci si riferisce al potere calorifico inferiore (Hi) per unità di massa (kg), ma per i combustibili gassosi, si fa invece riferimento al potere calorifico inferiore per metro cubo, in condizioni normali (Nm3). Le condizioni normali prevedono una temperatura di 0°C e la pressione atmosferica standard di 760 mmHg (1,013 bar). Tuttavia, nelle transazioni commerciali, si fa invece riferimento ad un m3 standard, che considera la pressione normale e una temperatura ambiente di 15°C (talvolta 20°C).
Non viene quasi mai usato il potere calorifico superiore (Hs). Ma bisogna tener presente che le tabelle chimiche, che riportano i bilanci energetici delle reazioni, normalmente riferiscono tutto alla temperatura ambiente di 25°C (298 K), cioé nelle condizioni in cui si sfrutterebbe tutto il potere calorifico superiore del combustibile.
In linea di massima si possono trovare i seguenti valori per il potere calorifico:
- Legna : 3000 ÷ 4000 kcal/kg
- Combustibili liquidi : 9700 ÷ 10300 kcal/kg
- Gas naturale: 8200 ÷ 9200 kcal/Nm3
Note
- ^ 1 kg di idrogeno (H2) produce circa 34.000 kcal (equivalenti circa a 142 MJ); 1 kg di carbonio, bruciando completamente, produce circa 8.000 kcal (equivalenti a circa 33 MJ)
- ^ Bisogna prestare attenzione che il carbonio bruci completamente, perché nella combustione si forma prima il monossido di carbonio (CO), e se questo non trova le condizioni per traformarsi a sua volta in anidride carbonica, si disperde nell'ambiente e diventa molto pericoloso per la respirazione (avvelenamento da CO), senza contare la notevole perdita economica per mancata produzione di calore, in quanto l'ossido di carbonio porta via con se la maggior parte (circa i 3/4) del potere calorifico del carbonio
Voci correlate
Altri progetti
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