Il potere calorifico di combustibili fossili, liquidi e biocarburanti
La rivoluzione industriale del XIX secolo provocò un rapido aumento della domanda di fonti energetiche: l’idea di bruciare carbone e altri combustibili non era nuova, ma questa fu la prima volta in cui i progressi della scienza e della tecnologia resero possibile l’utilizzo commercialmente sostenibile delle fonti fossili. L’energia contenuta in tali combustibili veniva convertita in energia meccanica ed elettricità, aprendo le porte a gigantesche fabbriche e centrali elettriche. Naturalmente il mercato richiedeva uno strumento di valutazione per misurare la qualità del combustibile da utilizzare nei processi di combustione: i progressi della termodinamica nel XIX secolo, in risposta a questa esigenza, hanno così dato origine alla calorimetria.
Come misurare il calore liberato dalla combustione
La calorimetria esisteva ben prima del 1880, la misura del calore liberato dalla combustione avveniva mediante l’utilizzo di una fiamma. Nel 1881 Berthelot fu il primo a testare la combustione di una miscela gassosa in un recipiente sigillato. Negli anni successivi si sviluppò la tecnica relativa alla combustione di campioni solidi e liquidi in ossigeno sotto pressione. Ciò ha condotto alla realizzazione dei moderni calorimetri a combustione di ossigeno.
Il professor Parr cercò di costruire un semplice calorimetro che potesse essere venduto a basso costo e che fosse adatto ad essere utilizzato da operatori semi-qualificati nelle industrie produttrici di combustibili, dove c’era una precisa e crescente necessità di dati sui poteri calorifici. Invece di usare l’ossigeno compresso come mezzo ossidante nel suo apparato, propose di usare il perossido di sodio. Questo materiale poteva essere ottenuto sotto forma di polvere e, mescolato con un campione di combustibile e acceso in una piccola bomba calorimetrica, forniva la grande quantità di ossigeno necessaria per ottenere la combustione desiderata.
Oggi, nel 21° secolo, la domanda di energia della società continua a crescere e le applicazioni della calorimetria continuano ad espandersi.
Combustibili fossili, liquidi e biocarburanti: gli standard calorimetrici
L’industria dei combustibili è oggi il principale utilizzatore di calorimetri a bomba di ossigeno assorbendo circa la metà di tutti i calorimetri a bomba di ossigeno prodotti. La ragione è che i calorimetri determinano l’energia massima immagazzinata nel combustibile, cioè il potere calorifico, ovvero uno dei principali fattori che determinano il prezzo del combustibile. I carburanti vengono testati da produttori, consumatori, revisori indipendenti e laboratori governativi per garantirne la qualità e la conformità alle specifiche.
L’industria dei carburanti è diversificata e comprende diversi tipi di carburanti tra cui quelli fossili: nonostante non siano considerati “verdi” e abbiano un impatto significativo sull’ambiente, il consumo totale (circa 8 Gt) di tali combustibili mostra una crescita costante. Ciò è dovuto principalmente allo sviluppo attivo dei paesi asiatici. Questi combustibili vengono testati utilizzando calorimetri a combustione, secondo vari standard: ISO 1928, ASTM D5865, DIN 51900, IS 1350-2, GB/T 213.
Altri combustibili utilizzati sono olio combustibile e i suoi derivati: benzina, cherosene, gasolio, ecc. I combustibili liquidi sono la principale fonte di energia per i trasporti terrestri, aerei e marittimi. ASTM D240, ASTM D4809, DIN 51900 e GB/T 384 sono standard di calorimetria di combustione comuni utilizzati per testare combustibili liquidi.
Combustibili alternativi invece sono le biomasse (tra cui legno, biocarburanti liquidi e combustibili di scarto): la protezione dell’ambiente e la ricerca di nuove fonti di energia hanno infatti portato allo sviluppo attivo di combustibili alternativi. La produzione mondiale di biocarburanti liquidi è aumentata di sei volte, mentre la produzione totale di biomassa è aumentata di una volta e mezza nel primo decennio del 21° secolo. La produzione ha raggiunto un livello approssimativo di circa 0,15 Gt per la produzione di elettricità (compresi i combustibili di scarto). Anche lo studio dei combustibili alternativi è un campo di ricerca molto attivo, con la ricerca di metodi per produrre combustibili da nuove fonti (ad esempio biocarburanti da alghe). Questo processo sta avvenendo nelle università e nelle organizzazioni di ricerca di tutto il mondo, metodi di prova sono: ISO 18125, GB/T 30727 e EN 14918.
Analisi del potere calorifico: i calorimetri Parr
Per tutte queste esigenze applicative Parr fornisce sistemi di elevata qualità e performance per garantire la massima qualità analitica come il calorimetro isoperibolico 6400.
Con il calorimetro isoperibolico PARR 6400 a bomba fissa tutte le fasi di riempimento del secchiello, di pressurizzazione e di innesco sono gestite in completo automatismo. Il caricamento dell’ossigeno avviene a coperchio già chiuso e il recupero dei gas e dell’acqua residua avviene sempre in modo controllato. Gli automatismi disponibili permettono di manipolare il campione solo durante la prima fase di pesata, in questo modo tutte le fasi preparatorie, e successivamente anche quelle di recupero dei residui post combustione, sono molto facilitate e garantiscono una maggiore affidabilità analitica
