Fatti e informazioni sulla CO2 – Parte 1: i fondamentali
La CO2 e' un refrigerante sempre piu' comune. Avviciniamoci da un punto di vista generale e (nella Parte 2) in quello peculiare per la refrigerazione
04 luglio 2022
Se usiamo un refrigerante e' bene conoscerlo appieno. Vale per la CO2, ma anche per tutti gli altri.
Iniziamo col considerare un approccio "laico", vale a dire togliere ogni aggettivo che lo caratterizzi impropriamente, anche perche' "green" e' stato stra-abusato, e "naturale" e' utilizzato in modo innaturale.... In un momento di scelte importanti come quelle che ci attendono e' meglio avere un approccio neutrale. Quindi iniziamo con l'informarci puntualmente.
L'anidride carbonica (CO2) è un gas leggermente tossico, inodore e incolore con un sapore acido leggermente pungente.
L'anidride carbonica è un costituente modesto ma importante dell'aria.
È una materia prima necessaria per la maggior parte della vita vegetale, che rimuove l'anidride carbonica dall'aria utilizzando il processo di fotosintesi.
CONCENTRAZIONE CO2 E FORMAZIONE
Una concentrazione tipica di CO2 nell'aria è attualmente di circa 0,040% o 404 ppm. La concentrazione di anidride carbonica atmosferica aumenta e diminuisce in un andamento stagionale in un intervallo di circa 6 ppmv. Anche la concentrazione di CO2 nell'aria è in costante aumento di anno in anno da oltre 70 anni. L'attuale tasso di aumento è di circa 2,5 ppm all'anno.
L'anidride carbonica è formata dalla combustione e da processi biologici. Questi includono la decomposizione del materiale organico, la fermentazione e la digestione. Ad esempio, l'aria espirata contiene fino al 4% di anidride carbonica, ovvero circa 100 volte la quantità di anidride carbonica che è stata inalata.
PRODUZIONE DELLA CO2
Grandi quantità di CO2 sono prodotte dai forni da calce, che bruciano il calcare (principalmente carbonato di calcio) per produrre ossido di calcio (calce, usata per fare il cemento); e nella produzione di magnesio dalla dolomite (carbonato di calcio e magnesio). Altre attività industriali che producono grandi quantità di anidride carbonica sono la produzione di ammoniaca e la produzione di idrogeno da gas naturale o altre materie prime di idrocarburi.
La concentrazione di CO2 nell'aria e nei gas dei camini provenienti da semplici fonti di combustione (riscaldatori, caldaie, forni) non è sufficientemente elevata da rendere commercialmente fattibile il recupero dell'anidride carbonica. La produzione di anidride carbonica come prodotto commerciale richiede che venga recuperata e purificata da un flusso di gas relativamente alto e ricco di CO2, generalmente un flusso che viene creato come sottoprodotto inevitabile di un processo di produzione chimica su larga scala o di una qualche forma di processo di produzione.
In quasi tutti i casi, l'anidride carbonica che viene catturata e purificata per applicazioni commerciali verrebbe scaricata nell'atmosfera nel punto di produzione se non fosse recuperata per il trasporto e l'uso vantaggioso in altri luoghi.
DAL GNL E DAL CARBONE o DA FERMENTAZIONE LA GRAN PARTE DELLA PRODUZIONE
Le operazioni più comuni da cui viene recuperata l'anidride carbonica commerciale sono gli impianti industriali che producono idrogeno o ammoniaca da gas naturale, carbone o altre materie prime idrocarburo e operazioni di fermentazione in grandi volumi in cui i prodotti vegetali vengono trasformati in etanolo per il consumo umano, carburante per autoveicoli o uso industriale.
I birrifici che producono birra da vari prodotti a base di cereali sono una fonte tradizionale. Gli impianti di produzione di etanolo da mais sono stati la fonte di gas per il settore alimentare in più rapida crescita per il recupero della CO2.
I giacimenti di gas naturale ricchi di CO2 che si trovano nelle formazioni sotterranee che si trovano principalmente negli Stati Uniti occidentali e in Canada sono un'altra fonte di anidride carbonica recuperabile.
La CO2 da fonti naturali e industriali viene utilizzata per aumentare la produzione di petrolio dai pozzi più vecchi iniettando l'anidride carbonica in appropriate formazioni sotterranee. L'anidride carbonica viene utilizzata in modo selettivo, principalmente nei pozzi che beneficeranno non solo della ripressurizzazione, ma anche di una riduzione della viscosità dell'olio nel giacimento causata da una parte della CO2 che si dissolve nell'olio (la misura in cui l'anidride carbonica si dissolverà nell'olio varia a seconda del tipo di petrolio presente nel giacimento. Se l'effetto di riduzione della viscosità sarà minimo, come pressurizzante può essere invece utilizzato l'azoto, che di solito è meno costoso.)
CO2 E INFIAMMABILITA’
L'anidride carbonica non brucerà né favorirà la combustione.
L'aria con un contenuto di anidride carbonica superiore al 10% spegne una fiamma libera e, se respirata, può essere pericolosa per la vita. Tali concentrazioni possono accumularsi in silos, camere di digestione, pozzi, fognature e simili. È necessario prestare attenzione quando si entra in questi tipi di spazi confinati.
GHIACCIO SECCO
Il gas CO2 è 1,5 volte più pesante dell'aria, quindi se rilasciato nell'aria si concentrerà a basse quote.
L'anidride carbonica formerà "ghiaccio secco" a -78,5ºC. Un kg di ghiaccio secco ha la capacità di raffreddamento (sottrazione di energia dall’aria) di 2 kg di ghiaccio normale. L'anidride carbonica gassosa o liquida, immagazzinata sotto pressione, formerà ghiaccio secco attraverso un processo di autorefrigerazione se depressa rapidamente.
LE BOMBOLE
L'anidride carbonica è disponibile in commercio come gas in bombola ad alta pressione, liquido refrigerato a pressione relativamente bassa (circa 300 psig o 20 barg) o come ghiaccio secco. Grandi quantità vengono prodotte e consumate nei siti industriali che producono fertilizzanti, plastica e gomma.
L'anidride carbonica è un materiale versatile, utilizzato in molti processi e applicazioni, ognuna delle quali sfrutta una o più di queste caratteristiche: reattività, inerzia e/o freddezza.
UTILIZZO DELLA CO2
L'anidride carbonica è comunemente usata come materia prima per la produzione di vari prodotti chimici; come materiale di lavoro negli impianti antincendio; per la carbonatazione di bibite; per il congelamento di prodotti alimentari come pollame, carni, ortaggi e frutta; per raffreddare le carni prima della macinazione; per la refrigerazione e il mantenimento di condizioni atmosferiche ideali durante il trasporto di prodotti alimentari al mercato; per migliorare il recupero del petrolio dai pozzi petroliferi; e per il trattamento di acque alcaline.
ANIDRIDE CARBONICA NELL'ATMOSFERA TERRESTRE
L'anidride carbonica nell'aria è considerata un gas serra a causa della sua capacità di assorbire la luce infrarossa.
La concentrazione di CO2 nell'atmosfera terrestre è aumentata a un ritmo notevole per gran parte del secolo scorso. C'è molto interesse e preoccupazione per l'interrelazione tra i livelli di anidride carbonica nell'aria e il tema del riscaldamento globale,
L'anidride carbonica svolge un ruolo importante come componente del ciclo del carbonio in cui il carbonio viene scambiato tra l'atmosfera, la biosfera terrestre (che comprende i sistemi di acqua dolce e il suolo), gli oceani e i sedimenti (compresi i combustibili fossili). Queste interazioni sono complesse e diffuse. Senza dubbio possono essere, e sono, influenzati da molti tipi di attività umane, ma la misura in cui gli esseri umani hanno avuto un impatto su questi processi, e avranno un impatto su di essi in futuro, rimane oggetto di molte ricerche e dibattiti.
Nel prossimo contributo monografico, le caratteristiche tecniche per la refrigerazione della CO2.
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La Redazione