Articolo vivilab-vivigas

Il metano
Il metano si forma nel suolo a seguito di digestione batterica anaerobica, in assenza di ossigeno,
della materia organica, sia animale sia vegetale. In forma naturale il gas metano si trova in grande
quantità nei giacimenti di gas naturale e nei giacimenti metaniferi, nel sottosuolo terrestre e
marino. Il gas metano si può ottenere, anche, artificialmente attraverso trattamenti di distillazione
secca di combustibili solidi ( gas di città ), nei processi di trattamento chimico dei derivati del
petrolio. Prima di essere avviato all'utilizzo il gas naturale viene trattato in modo da eliminare
l'anidride carbonica e l'azoto, che lo rendono poco infiammabile, e l'idrogeno solforato che è un
gas tossico e corrosivo. Ciò che resta è prevalentemente metano, l'idrocarburo gassoso più
semplice e quello con la molecola più piccola, formata da un atomo di carbonio e quattro di
idrogeno (CH4). E' più leggero dell'aria, non ha colore né odore e non è tossico. Miscelato con
l'aria, il metano è infiammabile solo se la sua concentrazione è compresa tra il 5% e il 15%. Alla
temperatura di 15 gradi centigradi e alla pressione atmosferica, 1 metro cubo di metano sviluppa
oltre 8.000 chilocalorie. A queste condizioni, 1 metro cubo di metano ha perciò un contenuto
energetico pari a quello di 1,2 chilogrammi di carbone e di 0,83 chilogrammi di petrolio. In un
giacimento il gas naturale non si trova allo stato puro, bensì è composto da una miscela di gas
diversi.
Viene estratto da giacimenti misti di gas e petrolio o solo di gas con il fracking, una tecnica di
fratturazione idraulica che consiste nel perforare il terreno fino a raggiungere le rocce che
contengono i giacimenti di gas naturale e successivamente iniettare un getto ad alta pressione di
acqua mista a sabbia e altri prodotti chimici per provocare l’emersione in superficie del gas. I più
grandi giacimenti conosciuti si trovano nel Golfo Persico (Qatar e Iran), ma il paese che
singolarmente possiede le maggiori riserve conosciute è la Russia.
Il metano si muove a 36 km all’ora lungo una rete di 30.712 km di tubi (quasi 2 volte la distanza
Roma-Sydney).È di solito convogliato nei grandi tubi dei gasdotti,
dove forti pressioni lo spingono velocemente per centinaia di
chilometri. Quando arriva in città, il metano deve essere
decompresso, altrimenti farebbe scoppiare i tubi delle case.
Una serie di cabine di decompressione serve proprio a ridurre la
pressione del gas, che passa da 50-60 bar a 12 bar (rete di alta
pressione) e successivamente da 12 a 0,5 bar (rete di media
pressione).
Il bar è l’unità di misura di pressione; 1 bar corrispondente circa a
1 atmosfera.
La riduzione di pressione viene ottenuta con speciali valvole che includono un filtro per togliere
qualsiasi impurità al gas. Dalla decompressione del gas si ottiene anche una certa quantità di
energia elettrica mediante un turboespansore a turbina.
Prima che il metano arrivi nelle nostre case la sua pressione viene ulteriormente abbassata fino al
livello di 0,02 bar .
Il metano viene trasportato grazie al metanodotto,
composto da un lungo sistema di tubature che
congiungono il luogo di produzione al luogo di consumo;
i metanodotti vengono anche chiamati gasdotti. Il gas
viene trasportato pompato sotto pressione nelle pipeline,
situate nel sottosuolo a pochi metri dalla superficie o
posate sui fondali marini. Lungo il percorso sono
interposte delle stazioni di compressione allo scopo di
mantenere costante la pressione e la temperatura del
gas nelle tubature. Giunto alla fine del gasdotto il gas
naturale è introdotto nella rete distributiva fino a giungere alla porta degli utenti finali (case,
industrie, centrali termoelettriche).I gasdotti sono progettati per una vita utile non inferiore a 50
anni, e non presentano fonti di rischio. La casistica di incidenti aventi ad oggetto gasdotti “on
shore” di trasporto nazionale è estremamente ridotta: le principali cause possono essere le
seguenti:
a) accidentale urto e danneggiamento della tubazione con mezzi di movimentazione terra;
b) movimenti del terreno per eventi franosi o fenomeni erosivi di corsi d’acqua;
c) fenomeni di corrosione del mantello della tubazione.
Al fine di prevenire tali eventi, la società attua una costante
sorveglianza del tracciato, effettuando frequenti rilievi al fine
di monitorare ogni potenziale fattore di rischio.
L’infrastruttura è inoltre controllata in remoto dal centro di
dispacciamento 24 ore su 24, grazie ai molteplici sensori
posti lungo il tracciato.
Sotto il profilo operativo vengono previsti periodici controlli
dello stato della condotta e viene costantemente verificata la
capacità protettiva dei sistemi di protezione catodica contro
la corrosione. Infatti tutte le condotte in acciaio interrate sono
soggette a potenziale corrosione, un fenomeno fisico-chimico che provoca la degradazione del
metallo in contatto con l’ambiente esterno. La protezione catodica si attua modificando il potenziale
elettrico del metallo. L’intero apparato di protezione catodica è costantemente monitorato con il
supporto di un’impresa specializzata nel settore.
I metanodotti possono anche essere posti in mare, con due metodi:
• Procedimento J-LAY:
I tubi utilizzati vengono saldati in stringhe da 4 della lunghezza di 48 metri (quadruple joints).
Le stringhe da 48 metri vengono trasportate con un’imbarcazione fino alla piattaforma mobile.
Sulla piattaforma i tubi vengono posizionati al centro e sollevati fino alla torre di saldatura per
essere saldati alla condotta già varata. All’interno della torre si procede all’allineamento dei tubi ed
alla loro saldatura mediante arco elettrico. La saldatura viene rivestita con un giunto in
polipropilene per ripristinare la continuità del rivestimento esterno. Il tubo viene calato dalla torre di
saldatura attraverso un’apertura nella piattaforma mobile direttamente sul fondo del mare. Man
mano che i tubi vengono saldati la piattaforma si sposta posando la conduttura del gasdotto.
Una volta posato sul fondo del mare, nei tratti più vicini alla costa, il tubo viene interrato. Un mezzo
per l’interramento scava un solco dove la conduttura verrà adagiata e successivamente ricoperta.
• Procedimento S-LAY:
Questo metodo si utilizza per la posa in acque poco profonde ed in acque profonde fino ai 3000
metri. La conduttura saldata in orizzontale viene calata in mare con il sostegno di una struttura ad
arco (stinger) che le permette di assumere una curvatura ad “S”.
Un’imbarcazione trasporta i tubi da 12 metri fino alla piattaforma mobile per la posa, che, trasferiti
sulla piattaforma, vengono saldati in stringhe da 24 metri (double joints).
Queste vengono congiunte alla sezione già completata e successivamente rivestite con un giunto
in polipropilene nel punto di saldatura.
La conduttura sostenuta dallo stinger viene progressivamente adagiata sul fondo del mare
all’avanzare della piattaforma. La conduttura sostenuta dallo stinger viene progressivamente
adagiata sul fondo del mare all’avanzare della piattaforma.
Quando viene trasportato per mare, il gas naturale subisce nel porto di partenza un processo di
liquefazione per ridurre il volume del prodotto, che può essere così trasportato con maggiore
efficienza ed in condizioni di sicurezza (non essendo infatti infiammabile allo stato liquido).
Il processo avviene mediante un forte abbassamento della
temperatura, che viene portata al disotto della temperatura di
ebollizione del metano. Il gas liquefatto viene quindi
imbarcato su speciali navi dette metaniere, dotate di cisterne
criogeniche che si occupano di mantenere il carico allo stato
liquido sino al porto di destinazione, dove subisce il processo
inverso. Una volta giunte nei pressi del luogo di consumo le
navi cisterna scaricano il gas liquefatto negli impianti di
rigassificazione, situati generalmente sulle coste dei paesi importatori, che riportano il gas naturale
allo stato gassoso ed infine lo immettono nella rete di distribuzione nazionale. Gli impianti di
rigassificazione possono essere realizzati a terra, oppure in alto mare (su strutture offshore), o su
particolari navi dette "unità galleggianti di stoccaggio e rigassificazione" (o FSRU, dall'inglese
Floating Storage and Regasification Unit).
Attualmente in Italia sono attivi due rigassificatori. Il primo è di
tipo offshore e si trova nei pressi del largo di Rovigo, in
Veneto, ed ha una capacità da 8 miliardi di metri cubi l’anno, il
10% del bisogno nazionale. Di questo Edison controlla una
quota del 10%. Il secondo rigassificatore attivo è situato nei
pressi di Panigaglia, in provincia di La Spezia, e rifornisce
l’Italia di 2 miliardi di metri cubi di gas l’anno; ci sono poi i
rigassificatori in costruzione come quello in Toscana (un
impianto a circa 22 chilometri al largo della costa tra Livorno e
Pisa, per una capacità di rigassificazione pari a 3,75 miliardi
metri cubi l'anno, il 4% del fabbisogno nazionale) o quello di
Porto Empedocle (Sicilia, voluto da Enel grazie ad un investimento di 800 milioni di euro ). Si
prevede anche la costruzione di un rigassificatore a Brindisi. Il progetto il 1° marzo del 2011 ha
ottenuto una valutazione positiva circa l’impatto ambientale ed ora si è in attesa dell’esito
dell’esame della Conferenza dei Servizi istruttoria.
Il
gas naturale compresso, in bombole, viene usato
nelle zone rurali o comunque dove non sia possibile o
conveniente il collegamento alle condotte che
costituiscono la rete di distribuzione urbana in bassa
pressione e sono gestite da società concessionarie
(distributori) con contratti di lunga durata pur essendo
normalmente di proprietà pubblica. Una bombola da
25 kg costa 39 euro, una da 15 kg costa 24 euro e
una da 10 kg costa 16 euro. Il gas delle bombole è il
GPL, ovvero gas di petrolio liquefatto; non è un gas
naturale, e spesso quello che si trova in commercio
proviene dal recupero dei gas residui che si formano durante i diversi trattamenti del petrolio nelle
raffinerie. Si tratta di composti provenienti quasi esclusivamente da idrocarburi saturi o paraffinici
(chimicamente si parla di propano C3H8 e butano C4H10).
I gas nelle bombole sono classificati in:
• gas compressi se la loro temperatura critica è inferiore a -10 °C come l'idrogeno o
l'ossigeno
• gas liquefatti se la temperatura critica è maggiore di -10 °C come il GPL
• gas disciolti come ad esempio l'acetilene in acetone
Recentemente, visto il costo sempre più alto del petrolio, è diventato conveniente il processo di
trasformazione del gas naturale in carburanti liquidi, principalmente (nafta e gasolio). Tale
processo è chiamato GTL (Gas To Liquids) ed è basato su una tecnologia chiamata FischerTropsch utilizzata dai tedeschi all'epoca della seconda guerra mondiale. I tedeschi, non avendo a
disposizione giacimenti petroliferi, per alimentare la loro macchina bellica utilizzavano carbone, il
quale, dopo essere stato gassificato, veniva convertito in carburante liquido.
Le nazioni che utilizzano più gas sono America del nord, Russia e Iraq, mentre le nazioni che
utilizzano meno gas sono Svezia, Finlandia, Estonia, Lettonia, Portogallo, Paesi Bassi, Paraguay e
Uruguay.
Il consumo di gas però non durerà, probabilmente, ancora per molto tempo: il metano dovrebbe
esaurirsi verso il 2070.
Per quanto riguarda l'Italia, essa possiede modesti giacimenti di gas naturale, soprattutto in
Pianura Padana, con i quali nel 2009 copriva circa il 15% del fabbisogno nazionale.
L'Italia,dunque, a causa degli pochi giacimenti, deve importare molto metano, e grazie ad esso
produce ben il 33% della sua energia. Il costo medio al metro cubo da noi è pari a 0,93 euro.
Secondo i dati ufficiali del Ministero dello Sviluppo Economico (aggiornati al 2008), questa è la
situazione riguardo alle importazioni (i dati sono espressi in milioni di metri cubi standard):
Algeria 25.992 33,81
Russia 23.486 30,55
Libia 9.871 12,84
Olanda 7.050 9,17
Norvegia 5.535 7,20
Altri EU 4.164 5,42
Altri extra EU 769 1,00
totale 76.867 100
Le arterie principali che trasportano il gas fino alla nostra nazione, infatti, partono da Algeria e
Russia. Altri due gasdotti che nutrono di energia l’Italia arrivano dal Nord Europa e dalla Libia e
forniscono rispettivamente 35-40 e 16-18 milioni di metri cubi al giorno. Il gasdotto libico
Greenstream, tra l’altro, ha ricominciato a trasportare metano solo da pochi mesi, grazie ad Eni,
dopo esser rimasto fermo a seguito della guerra in Libia. I consumi di gas ora sono calati, nel 2013
gli italiani hanno infatti consumato soltanto 69,5 miliardi di metri cubi di metano, un calo del 6%
rispetto al 2012 e del 10% rispetto al 2011.
Storia del gas in Italia
Nel 1939 fu costruita la prima condotta per
il trasporto del gas tra Pietramala e Firenze.
Nel 1942-'43 fu costruita la prima condotta
tra Salsomaggiore e Milano e Lodi.
Nel 1944 fu scoperto il giacimento di
Caviaga, allora il più grande scoperto in
Europa Occidentale.
Nel 1948 fu scoperto il giacimento di
Ripalta Guerina.
Tra il 1946 e il 1950 la produzione italiana
passò da 20 a 305 milioni di metri cubi; tra il
1949 e il 1951 la rete di distribuzione fu
aumentata da 354 a 1266 km.
Nel 1952 fu scoperto il giacimento di
Ravenna, a 1250-1960 metri di profondità
(30 pozzi produttivi), nel 1954 quello di
Serignano, a 1305 metri (11 pozzi attivi).
Nel 1960 fu scoperto il giacimento di
Gagliano Castelferrato, a 2000 metri. Nel
1973 fu scoperto il giacimento di Malossa, a
5800 metri.
Tra gli anni novanta e 2000 sono stati
avviati nuovi pozzi nell'Adriatico.
Per spiegare come si sposta il metano nelle condotte l'eperta Vivilab ci ha proposto”L'Esperimento
della ventosa” (https://www.dropbox.com/s/lrvkjwnszu2698z/Filmatogas.mp4 per vedere il video)
La pressione atmosferica non è altro che una misura del peso di tutta
l'aria che si trova sopra la nostra testa; in particolare la pressione
atmosferica indica il peso della colonna d'aria che sovrasta una
superficie di 1 metro quadrato. Essa è presente dappertutto ma non è
distribuita uniformemente nell'atmosfera, perchè dipende da diversi
fattori, tra i quali la temperatura (l'aria calda si dilata ed è quindi più
leggera) e dall'umidità (poiché il vapore acqueo è più leggero dell'aria,
l'aria umida è più leggera di quella secca). La pressione atmosferica
risulta perciò più elevata nelle regioni polari, dove l'aria è più fredda e più secca, e meno elevata
nelle regioni equatoriali, dove le temperature e l'umidità dell'aria sono più elevate.
Senza accorgercene tutti noi sfruttiamo continuamente la pressione atmosferica. Quando inspiri,
per esempio, i tuoi muscoli fanno espandere il torace, creando una depressione: perciò nei
polmoni entra aria dall’esterno. Per espirare, al contrario, comprimi il torace e l’aria dei polmoni
viene espulsa. E quando bevi una bibita con la cannuccia che
cosa succede? Succhiando l’aria presente nella cannuccia crei
una depressione ; perciò la pressione atmosferica che agisce
sulla bibita spinge il liquido e lo fa salire nella cannuccia, fino a
raggiungere la tua bocca. L'aria si infila facilmente dovunque e
perciò sulle pareti di ogni recipiente agiranno due forze eguali e
contrarie che si annullano , dovute una alla pressione dell’aria
esterna e un’altra alla pressione dell’aria interna. Per vedere
perciò gli effetti della pressione atmosferica e poterla quindi
misurare dobbiamo eliminare o l’aria interna o quella esterna.
Questa affermazione può essere dimostrata utilizzando una semplice ventosa. Quando schiacci la
gomma su una superficie, fai uscire parte dell’aria che si trova all’ interno. La forza che dall’esterno
spinge contro il muro è maggiore di quella che dall’interno spinge verso l’esterno, dato che
all’interno è rimasta poca aria, e perciò la ventosa resta appiccicata alla parete. All’interno della
ventosa si crea uno stato di vuoto atmosferico che genera quindi un’area di bassa pressione. Dato
che in natura tutto opera per il bilanciamento, l’aria all’esterno della ventosa cerca di infiltrarsi al
suo interno per ristabilire una situazione di bilanciamento.
Articolo realizzato dalle classi terze C-D dell'Istituto Comprensivo Travagliato (BS)