Il carbone fossile è un combustibile solido d’origine vegetale.
Nelle passate ere geologiche, in particolare nel Carbonifero (345-280 milioni d’anni fa), gran parte della superficie terrestre era occupata da paludi in cui cresceva una vegetazione lussureggiante che comprendeva molte varietà di felci, alcune grandi come alberi. Man mano che morivano, le piante venivano sommerse dall'acqua: la materia organica dunque non si decomponeva, ma cominciava a subire un lento processo di carbonizzazione, una particolare forma di fossilizzazione consistente nella perdita graduale e continua di atomi di idrogeno e di ossigeno, con il conseguente accumulo di un'alta percentuale di carbonio. In tal modo si formarono i primi giacimenti di torba, ricoperti col passare del tempo da strati di terreno più o meno spessi. In migliaia e milioni d’anni la pressione degli strati sovrastanti, i sommovimenti della crosta terrestre e, talvolta, il calore dei vulcani compressero e compattarono gli originari depositi di torba, trasformandoli progressivamente in carbone.

I diversi tipi di carbon fossile vengono classificati secondo la loro età, e quindi secondo il loro contenuto percentuale di carbonio. La torba, che rappresenta il primo stadio della carbonizzazione, ha un basso contenuto di carbonio e un alto grado d’umidità. Il contenuto di carbonio è maggiore nella lignite, che costituisce lo stadio immediatamente precedente il carbon fossile vero e proprio, rappresentato dal litantrace, che contiene ancor più carbonio, e che quindi ha un potere calorifico relativamente alto, e dall'antracite, che ha il massimo contenuto di carbonio e il potere calorifico maggiore. Se sottoposto a pressione e calore ulteriori, il carbon fossile può trasformarsi in grafite, che è in sostanza carbonio puro. Altri componenti del carbon fossile sono alcuni idrocarburi volatili, zolfo e azoto, oltre ai minerali che residuano dalla combustione sotto forma di cenere. Alcuni dei prodotti di combustione del carbon fossile hanno effetti nocivi sull'ambiente, come, ad esempio, il diossido di carbonio o anidride carbonica (CO2).

Alcuni scienziati ritengono che, a causa dell'uso generalizzato di carbone e altri combustibili fossili, la quantità di diossido di carbonio nell'atmosfera terrestre possa aumentare tanto da influenzare il clima del pianeta (vedi Effetto serra). Durante la combustione, inoltre, zolfo e azoto contenuti nei combustibili fossili formano ossidi che contribuiscono alla formazione di piogge acide, risultato di una complessa serie di reazioni che coinvolgono sostanze chimiche di varia provenienza, sia naturali sia prodotte da attività industriali o dai gas di scarico dei mezzi di trasporto con motore a combustione interna. In molte nazioni, le emissioni di diossido di zolfo o anidride solforosa (SO2) provenienti dalle moderne centrali termoelettriche a carbone sono state poste sotto controllo, riuscendo ad ottenerne la diminuzione, nonostante l'aumento dell'impiego di carbone.

Ogni tipo di carbon fossile ha il suo valore economico. La torba è stata usata per secoli, nelle miniere di carbone, per produrre il cosiddetto fuoco in cantiere, e attualmente torba e lignite servono ad alimentare i forni, dopo essere state compresse in mattonelle. Le centrali termoelettriche e varie industrie utilizzano come combustibile il litantrace, mentre l'industria siderurgica fa largo uso di coke metallurgico, un combustibile ad altissima percentuale di carbonio, che si ottiene dalla distillazione del carbon fossile. Dall'inizio del XIX secolo alla seconda guerra mondiale il carbon fossile fu usato anche per la produzione di gas combustibili e d’idrocarburi liquidi. Questa produzione è molto diminuita da quando è cominciato lo sfruttamento delle enormi riserve di gas naturale, benché negli anni Ottanta si sia risvegliato l'interesse delle nazioni industrializzate verso questi processi, che rientrano fra le tecnologie innovative del "carbone pulito". Si può citare l'esempio del Sudafrica, dove l'intero fabbisogno d’olio combustibile è fornito dalla liquefazione del carbon fossile.

 

Torba:  Materiale organico compatto, di colore bruno, ad alto contenuto di carbonio, formato dalla parziale decomposizione e carbonizzazione di vegetali nelle torbiere. Nell'emisfero settentrionale le specie vegetali che concorrono alla formazione della torba sono essenzialmente i muschi. Nelle paludi salmastre, dove crescono le piante del genere Spartina, la decomposizione di tali piante dà origine alla cosiddetta torba "salata". La torba rappresenta il primo stadio della trasformazione di una specie vegetale in carbone.

Le torbiere sono distribuite in tutto il mondo: depositi di notevoli dimensioni sono presenti in Canada, negli Stati Uniti, in Russia, nei paesi scandinavi, in Gran Bretagna e in Irlanda. In alcuni paesi la torba secca, spesso compressa in piccoli mattoni, viene utilizzata come combustibile, nonostante non sia efficace quanto il carbone a causa dell'alto contenuto d’acqua e cenere. In virtù delle ottime capacità assorbenti, la torba e simili composti d’origine vegetale vengono utilizzati come materiale da pacciamatura nella coltivazione di numerose specie di piante. Lo sfruttamento intensivo delle torbiere sottrae, tuttavia, a molte piante e specie animali il loro habitat naturale. Per questa ragione molti ambientalisti richiedono che a questi scopi vengano utilizzate sostanze alternative.

 

Lignite: Varietà di carbone di qualità intermedia tra la torba e l'antracite. D’origine relativamente recente, la lignite si trova in strati del Cretaceo e del Terziario; ha di solito colore nero-brunastro e mostra la struttura fibrosa tipica del legno. Il potere calorifico è inferiore a quello del carbone ordinario, dato l'alto contenuto d’acqua (circa 40%). L'elevata percentuale di sostanze volatili, inoltre, fa sì che la lignite si decomponga rapidamente per esposizione all'aria.

 

Litantràce: Carbone fossile compatto, bruno nerastro, facile a bruciare, usato per la produzione di coke e di gas. Contiene una percentuale di carbonio inferiore all’antracite.

 

Antracite: Varietà di carbone (dal greco anthrax "carbone") che presenta un elevato contenuto di carbonio, associato a una quantità relativamente bassa di materiale volatile; è composta al 90% circa da carbonio, all'8% da cenere e al 2% da componenti volatili, quali idrogeno, ossigeno e azoto. L'antracite è di colore nero lucente, presenta struttura cristallina (vedi Cristallo) e una caratteristica fratturazione concoidale. Ha elevato potere calorifico, pari a circa 7700 cal/kg, e viene usata principalmente come combustibile e come fonte di carbonio per impiego industriale. Sebbene sia più difficile da incendiare rispetto ad altre varietà di carbone, essa brucia sprigionando una gran quantità d’energia e producendo poco fumo.

La maggior parte dell'antracite disponibile in natura si è formata alla fine del Carbonifero, quando i movimenti sotterranei produssero condizioni di temperatura e pressione idonee alla trasformazione di materiale organico.

 

  TECNOLOGIE DEL CARBONE PULITO

 Si tratta di una nuova generazione di processi d’utilizzazione del carbon fossile, alcuni dei quali potranno essere sfruttati commercialmente all'inizio del XXI secolo. Le tecnologie del carbone pulito sono diverse, ma tutte accomunate dal principio di riuscire ad alterare la struttura di base del carbone, prima o durante una delle fasi di trattamento o d’utilizzo. In questo modo sarebbe possibile ridurre l'emissione d’impurità, quali ossidi di zolfo e d’azoto, durante il processo di combustione, e aumentare la resa energetica. Queste tecniche innovative comprendono raffinati metodi di pulizia del carbone, di combustione in letto fluido, di ciclo combinato di gasificazione integrata, di totale desolforazione dei gas di combustione.