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Combustibile

Tipologie e funzioni del combustibile

I combustibili sono sostanze che con l'ossigeno dell'aria o con altri ossidanti danno luogo a reazioni di ossidazione fortemente esotermiche (reazioni di combustione).

Si tratta in genere di sostanze formate da carbonio e idrogeno, ed eventualmente altri elementi tra cui azoto, fosforo, zolfo ecc.

Vengono considerati combustibili anche alcuni metalli dei primi tre gruppi del sistema periodico (litio, berillio, boro, sodio, magnesio e alluminio), che si combinano con l'ossigeno liberando notevole energia.

I combustibili non sono da confondere con i carburanti, i quali vengono specificamente usati nei motori a combustione interna.

Combustibili naturali ed artificiali

I combustibili possono essere classificati in naturali e artificiali.

I combustibili naturali sono numerosissimi e sono stati usati sin dall'antichità.

Tra questi hanno interesse pratico soltanto carbone, petrolio e gas naturale (miscela di idrocarburi gassosi con forte prevalenza di metano).

I combustibili artificiali (benzina, gasolio ecc.) derivano e si ottengono da quelli naturali (in particolare dal petrolio) tramite processi chimico-fisici più o meno complessi (cracking, reforming catalitico, isomerizzazione, ecc.).

Combustibili solidi, liquidi e gassosi

I combustibili possono essere classificati anche in solidi, liquidi e gassosi.

Dal punto di vista pratico i combustibili più importanti sono quelli utilizzati in fase eterogenea solido/gas (ad esempio combustione del carbone all'aria) e in fase omogenea gassosa (ad esempio combustione del metano in aria).

I combustibili liquidi impiegati allo stato di vapore (ad esempio benzina nei motori a scoppio) rientrano nelle combustioni in fase gassosa.

combustibili

Caratteristiche principali dei combustibili

La caratteristica principale dei combustibili è il potere calorifico (p.c.) che si misura in kilocalorie (o in joule) per unità di peso (kg) o di volume (litri o m3).

Altre caratteristiche importanti sono:

  • il tenore in zolfo; è preferibile un valore basso di tale parametro allo scopo di per evitare la formazione di ossidi di zolfo (inquinanti atmosferici responsabili delle piogge acide) durante la combustione (per approfondimenti leggi: come si formano le piogge acide);
  • il residuo in ceneri nel caso dei combustibili solidi;
  • la viscosità nel caso di quelli liquidi.

Di interesse fondamentale la facilità di magazzinaggio o di trasporto che fa preferire i combustibili liquidi e gassosi.

Combustibili solidi

Tra i combustibili naturali, oltre al legno, sono particolarmente importanti i combustibili fossili formatisi nel corso delle ere geologiche per alterazione di materiale organico (carbone).

I combustibili artificiali più usati, oltre al carbone di legna, sono il coke e il semicoke realizzati per la condotta degli altoforni.

Un caso a parte rappresentano i già citati combustibili metallici.

Combustibili liquidi

Il combustibile naturale per eccellenza è il petrolio che viene estratto sia direttamente da giacimenti sotterranei sia da rocce o sabbie bituminose.

Dal petrolio, attraverso opportune colonne di distillazione, è possibile ottenere combustibili artificiali, come ad esempio: benzina, cherosene, gasolio, olio combustibile ecc.

colonna di distillazione

Distillazione del petrolio

Combustibili gassosi

I combustibili gassosi naturali sono il già ricordato gas naturale (la cui composizione varia da giacimento a giacimento) e i gas di petrolio.

Tra quelli artificiali vanno ricordati i gas di cokeria, i cosiddetti gas di sintesi e il gas d'acqua.

I combustibili gassosi sono tutti gas costituiti prevalentemente da idrogeno, ossido di carbonio e metano o idrocarburi leggeri; hanno discreto potere calorifico, ma hanno soprattutto importanza per la facilità di trasporto e di distribuzione tramite condotte (gasdotti).

Alcuni sono immagazzinabili sotto pressione e addirittura allo stato liquido in bombole.

Combustibili nucleari

Sono materiali che contengono nuclidi capaci di subire il processo di fissione nucleare e alimentare una reazione a catena in un reattore nucleare.

L'uranio 235U, contenuto per appena lo 0,71% nell'uranio naturale, rappresenta praticamente l'unico combustibile nucleare che si trovi in natura.

Gli altri combustibili nucleari di importanza pratica, cioè il plutonio 239Pu e l'uranio 233U, sono di origine artificiale e si ottengono per irradiazione neutronica rispettivamente dall'uranio 238U e dal torio 232Th.

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