Il deposito di carbone come rischio sottovalutato: cosa accade al carbone dopo l'estrazione

L'estrazione del carbone e il suo stoccaggio sono due sfide distinte. Alla prima sono dedicati migliaia di studi, manuali e tesi di laurea. La seconda rimane ai margini dell'attenzione, sebbene sia proprio nel deposito che il carbone si trova all'aperto, esposto a vento, sole e precipitazioni, e in volumi paragonabili al fatturato annuo di un porto medio. La scorta di stoccaggio di un grande terminal, nei periodi di difficile commercializzazione, raggiunge i tre milioni di tonnellate.

Tutto questo carbone è chimicamente attivo. Si ossida, si riscalda e, in determinate condizioni, prende fuoco senza una fonte di innesco esterna e senza l'errore di nessuno. In questo articolo si esamina cosa offra la prassi internazionale per i depositi, quali siano i requisiti delle normative russe, quale sia la procedura collaudata per l'eliminazione dei focolai e quale soluzione sperimentale meriti di essere testata in un terminal operativo.

Il settore guarda al sottosuolo

La consultazione delle banche dati scientifiche offre un quadro significativo. Dal 2020 ad oggi, nel mondo sono stati pubblicati oltre millecinquecento lavori sull'autocombustione del carbone. Più della metà riguarda miniere, giacimenti e cavità estratte. Ai depositi e ai mucchi di stoccaggio sono dedicati solo trentadue lavori, vale a dire il due percento.

Fig. 1. Pubblicazioni sull'autocombustione del carbone nel periodo 2020-2026: per ogni studio sui depositi ve ne sono ventisette sulle miniere

La priorità è comprensibile: sottoterra lavorano le persone e un incendio sotterraneo minaccia sempre la vita umana. Tuttavia, questo sbilanciamento presenta un rovescio della medaglia. Le rassegne moderne sui mezzi di estinzione descrivono l'inertizzazione con azoto, schiume trifase e gel, ovvero tecnologie destinate agli spazi confinati. Il responsabile di un deposito all'aperto di decine di ettari non vi trova quasi nessuna soluzione applicabile.

Rimane sottovalutato proprio il deposito. Dopo l'estrazione, il trasporto e l'impilamento, il carbone inizia a essere considerato una semplice merce. Nel frattempo, rimane un sito pericoloso, la cui responsabilità ricade sull'ente gestore.

Perché nei depositi le condizioni sono peggiori che sottoterra

L'auto-riscaldamento consiste nell'ossidazione del carbone da parte dell'ossigeno dell'aria. Più l'ossigeno è accessibile, più il processo è attivo.

Nelle cavità estratte delle miniere l'aria è scarsa. Si distinguono solitamente tre zone. Vicino al fronte di scavo l'aria è abbondante, ma asporta anche il calore. In profondità il contenuto di ossigeno scende sotto l'otto percento e il processo si estingue. È pericolosa solo la fascia intermedia con una concentrazione di ossigeno compresa tra l'otto e il diciotto percento: l'ossidazione è già in corso, ma il calore non viene dissipato.

Fig. 2. Nel sottosuolo solo una fascia è pericolosa. In un cumulo all'aperto non esiste una zona di estinzione: l'intero strato esterno si trova a piena concentrazione di ossigeno ed è esposto all'azione del vento

Nel cumulo di un deposito all'aperto non c'è una zona di estinzione. Lo strato superiore, con uno spessore di uno o due metri, rimane permeabile e costantemente esposto al ventuno percento di ossigeno, mentre il vento spinge l'aria attraverso le scarpate. A ciò si aggiungono il riscaldamento solare della superficie scura e le precipitazioni. Il ruolo delle precipitazioni non è ovvio: il carbone asciutto, quando viene inumidito, rilascia calore, e un cumulo colpito da un acquazzone dopo un periodo di secca riceve un ulteriore impulso termico.

La pratica lo conferma. Nel luglio 2026, a Olenegorsk, un cumulo nel deposito di un'azienda elettrica ha preso fuoco durante la notte; la causa indicata è stata l'alternanza di piogge torrenziali e caldo intenso. Nell'agosto 2026, nel territorio dell'Altaj, in sole ventiquattro ore si sono verificati due incendi nei depositi di carbone, entrambi dovuti ad autocombustione.

Un calcolo accessibile a qualsiasi azienda

Ogni tipo di carbone ha un periodo d'incubazione, ovvero il tempo entro il quale, accumulato, si riscalda fino a raggiungere uno stato di pericolo. La classificazione normativa è la seguente: meno di cinquanta giorni per i carboni molto predisposti, da cinquanta a ottanta per quelli predisposti, oltre ottanta per quelli non predisposti.

Per effettuare una valutazione sono sufficienti due indicatori disponibili in qualsiasi deposito: il volume della scorta stoccata e il volume di spedizione annuale. Il rapporto tra il primo e il secondo, moltiplicato per 365, fornisce il tempo medio di permanenza del carbone nel deposito in giorni.

Per un terminal con una scorta di tre milioni di tonnellate e un fatturato di sedici milioni di tonnellate all'anno, il tempo medio di permanenza è di sessantotto giorni. Questo dato supera il periodo d'incubazione dei carboni altamente predisposti.

Fig. 3. Quota della scorta la cui anzianità supera il periodo d'incubazione. Linea continua: spedizione senza tener conto dell'anzianità; linea tratteggiata: ordine di priorità rigoroso in base all'anzianità

Gli sviluppi successivi sono determinati dalla disciplina di spedizione. Con una coda rigorosa, in cui viene spedito per primo il carbone più vecchio, circa un quarto della scorta supera il periodo d'incubazione. Nel caso di spedizioni effettuate senza considerare l'anzianità, quando la scelta del cumulo è dettata dal tipo di carbone, dal lotto navale e dalla comodità operativa dei macchinari, questa percentuale si avvicina alla metà. La differenza tra le due opzioni supera il mezzo milione di tonnellate di carbone a rischio e non richiede spese in conto capitale: sono sufficienti la tracciabilità dell'anzianità dei cumuli e la regola di spedizione prioritaria dei lotti più datati.

Esiste anche una soglia. Finché il tempo medio di permanenza è inferiore al periodo d'incubazione, la coda rigorosa elimina completamente il rischio legato al fattore tempo. Per l'esempio citato, la soglia è di circa 2,2 milioni di tonnellate. Le scorte superiori a questo valore non possono più essere gestite solo attraverso l'organizzazione delle spedizioni e richiedono misure aggiuntive.

Procedura per la gestione ed eliminazione dei focolai

Su questo aspetto le fonti sono concordi. Le normative federali russe, le istruzioni tipo per i depositi delle centrali elettriche, il rapporto dell'Agenzia Internazionale dell'Energia, la guida sudafricana e la prassi delle centrali termoelettriche indiane descrivono tutte la stessa sequenza di azioni.

Fig. 4. Procedura per la rimozione di un focolaio di auto-riscaldamento in un cumulo all'aperto

Il focolaio non viene spento sul posto, ma estratto: con un bulldozer, un escavatore o una benna a mordente, fino a una profondità non inferiore a settanta centimetri. Il carbone estratto viene steso su un'area incombustibile separata in uno strato non superiore a mezzo metro. In uno strato sottile la dissipazione del calore supera la sua generazione e il carbone si raffredda. Solo a questo punto viene irrorato d'acqua.

L'irrorazione è il fattore fondamentale. La formula comune "il carbone non si spegne con l'acqua" è imprecisa. La formulazione corretta è: il focolaio non si allaga con un getto diretto e la massa del cumulo non va inondata d'acqua. Le ragioni sono quattro. L'acqua non impregna la massa, ma scorre lungo canali senza raggiungere il focolaio. Sul carbone incandescente forma vapore e, ad alte temperature, anche gas d'acqua contenente idrogeno. Un getto concentrato disperde il particolato in combustione e apre il cumulo all'ingresso dell'aria. Inoltre, il carbone asciutto, quando viene bagnato, si riscalda ulteriormente.

Al contrario, una barriera d'acqua atomizzata sopra lo strato steso è efficace. Si impiega acqua nebulizzata e non un getto a lancia.

Successivamente, la scanalatura nel cumulo viene riempita con carbone inumidito e compattata a livello della superficie; la zona compattata, di norma, non prende di nuovo fuoco. Il cumulo viene quindi sottoposto a un monitoraggio giornaliero.

Vengono violate più di frequente due regole. Prima: il focolaio non va aperto in presenza di forte vento, poiché con velocità superiori a cinque metri al secondo la combustione lenta si trasforma in incendio aperto. Seconda: deve essere sempre garantito l'accesso dei macchinari a ogni lato del cumulo, poiché i focolai si formano sulle scarpate e sui bordi, dove la compattazione è inferiore.

Cosa non funziona in un deposito all'aperto

I gas inerti sono efficaci nei silos, nei depositi a cupola e nelle stive. Su un cumulo all'aperto il gas non viene trattenuto.

La schiuma non penetra nel carbone e la copertura creata trattiene il calore e i vapori combustibili. È adatta per la copertura locale di un focolaio già estratto, ma non per lo spegnimento della massa.

In laboratorio i gel e gli inibitori costosi mostrano un'efficacia pari a diverse decine di punti percentuali. In miniera vengono iniettati in volumi limitati, mentre in un deposito si tratta di centinaia di migliaia di tonnellate esposte alla pioggia. L'impregnazione completa di una scorta di tre milioni di tonnellate richiederebbe centinaia di migliaia di tonnellate di soluzione.

Risultano scalabili quattro direttrici: il corretto impilamento con compattazione, la spedizione in base all'anzianità, la rapida estrazione del focolaio e il trattamento del flusso di carbone durante l'impilamento, quando una piccola dose di liquido ricopre l'intero volume e non solo la superficie del cumulo.

Proposta sperimentale: soluzione di melassa

Nel periodo 2022-2025 un gruppo di ricercatori cinesi ha pubblicato tre lavori sull'uso della melassa, un sottoprodotto della produzione dello zucchero, per inibire l'autocombustione del carbone.

I risultati sono i seguenti. Una soluzione di melassa al trenta percento aderisce al carbone circa quaranta volte meglio dell'acqua e lega le polveri fini centoquaranta volte più saldamente. Gli zuccheri formano sulle particelle una pellicola che trattiene l'umidità e limita l'accesso dell'ossigeno alla superficie. Con l'aggiunta di cloruri di calcio e magnesio, il consumo di ossigeno da parte del carbone diminuisce del sessanta-ottanta percento. Nelle prove sul campo nelle cavità estratte in miniera, la concentrazione di monossido di carbonio è scesa del 35-48 percento.

Lo zucchero non influisce sulle proprietà intrinseche del carbone; si limita a ridurne il contatto con l'ossigeno.

Sui cumuli all'aperto il metodo non è stato testato: non sono state trovate pubblicazioni in merito. Ciò rende opportuno uno studio sul campo nelle condizioni reali di un deposito portuale.

Fig. 5. Schema dell'esperimento: la soluzione viene immessa nel sistema di nebulizzazione standard, un anello di ugelli tratta il flusso di carbone al momento dell'impilamento e ogni strato viene depositato già protetto

Lo schema dell'esperimento è il seguente. Nel serbatoio dell'impianto di nebulizzazione standard viene versata la soluzione al posto dell'acqua. Il carbone in uscita dal braccio dello stacker, nel momento in cui il flusso si apre, viene trattato da una cortina di nebbia su tutti i lati, così che ogni strato venga depositato già trattato. La parte superiore e le scarpate del cumulo vengono compattate secondo le procedure ordinarie. Si crea così una doppia protezione: la pellicola limita l'accesso dell'ossigeno a ciascuna particella, mentre la compattazione riduce l'afflusso d'aria all'interno della massa. Accanto viene allestito un cumulo di controllo appartenente allo stesso lotto, il cui flusso viene trattato con sola acqua nello stesso volume, garantendo la correttezza del confronto. Per due mesi si misurano la temperatura a tre diverse profondità e la concentrazione di monossido di carbonio in prossimità della superficie, si eseguono rilievi con termocamere e si prelevano campioni per verificare gli indici di qualità.

I limiti del metodo sono noti e devono essere presi in considerazione. La melassa stessa si ossida rilasciando calore, pertanto la concentrazione della soluzione non deve superare il trenta percento. Lo zucchero costituisce un terreno nutritivo per i microrganismi e anche i processi microbici generano calore; il comportamento del carbone trattato in un grande cumulo durante la stagione calda non è ancora stato studiato. La soluzione aderisce ai macchinari e si addensa a temperature negative. L'impatto dell'additivo sui parametri qualitativi del carbone previsti dal contratto richiede una conferma di laboratorio.

Un raddoppio del periodo d'incubazione cambierebbe radicalmente il calcolo sopra illustrato: applicando una rigida priorità di spedizione, non rimarrebbe alcun volume a rischio. Anche un eventuale risultato negativo dell'esperimento merita di essere pubblicato, essendo ugualmente informativo per il settore.

Soglia operativa per un terminal di esportazione

Le normative russe stabiliscono la soglia per l'intervento immediato a sessanta gradi oppure a un aumento di temperatura di cinque gradi al giorno. Per un terminal che spedisce carbone via mare, la soglia effettiva è inferiore. Il Codice marittimo internazionale per i carichi solidi al rinfusa (IMSBC) vieta l'imbarco di carbone con una temperatura superiore ai cinquantacinque gradi. Un cumulo che, secondo le norme del deposito, non richiederebbe ancora interventi immediati, non verrebbe accettato dalla nave, comportando fermi, controstallie e contestazioni da parte dell'acquirente. È quindi opportuno tarare il sistema di controllo sui cinquantacinque gradi.

Occorre inoltre considerare che il monossido di carbonio compare prima dell'aumento della temperatura. Le normative russe per i depositi non prevedono il controllo dei gas. Un analizzatore di gas portatile posizionato vicino alla superficie del cumulo è poco costoso e segnala lo sviluppo di un focolaio con diversi giorni di anticipo rispetto a una sonda termica.

Conclusione

Il carbone in deposito non è una merce passiva in attesa di spedizione. Si tratta di un elemento caratterizzato da un proprio scenario d'incidente, che si sviluppa lentamente, in modo impercettibile e senza la colpa di nessuno, venendo per questo facilmente trascurato.

Le misure principali da adottare sono semplici ed economiche: conoscere il tempo di permanenza del carbone nel deposito, spedire per primi i lotti più vecchi, compattare le scarpate, estrarre il focolaio anziché inondarlo, impiegare la nebulizzazione anziché un getto diretto. Non richiedono grandi investimenti, ma una corretta organizzazione.

Per decenni il settore ha studiato il comportamento del carbone nel sottosuolo. Il comportamento del carbone in superficie, in cumuli dal volume di milioni di tonnellate, è studiato molto meno ed è un divario che le stesse aziende gestrici dovranno colmare, anche attraverso sperimentazioni sul campo nei depositi operativi.