La transizione energetica della Cina non si basa esclusivamente sulla sostituzione del carbone con l'eolico e il solare. Il Paese sta anche intraprendendo uno dei più grandi programmi al mondo per riprogettare la stessa generazione a carbone, combinando caldaie ultra-efficienti, sistemi di combustione avanzati, controlli digitali, integrazione di energie rinnovabili e tecnologie di riduzione del carbonio.
Uno degli esempi più chiari è arrivato nell'agosto 2025, quando la Cina ha messo in funzione quella che le autorità statali hanno descritto come la prima unità di generazione a carbone da 660 MW ultra-supercritica a doppio arco al mondo. Il progetto rappresenta un importante passo avanti tecnico perché combina due tecnologie che in precedenza presentavano grandi difficoltà ingegneristiche su questa scala: condizioni di vapore ultra-supercritiche e una fornace a doppio arco specificamente progettata per bruciare in modo efficiente l'antracite e altri carboni a basso contenuto di sostanze volatili.
Perché la fornace a doppio arco è importante
L'antracite ha un alto contenuto di carbonio ma relativamente pochi composti volatili. È quindi difficile da innescare e mantenere una combustione stabile in una caldaia convenzionale a carbone polverizzato. Una combustione incompleta spreca combustibile, riduce l'efficienza e può aumentare la formazione di inquinanti.
La fornace a doppio arco cambia la geometria della combustione. I bruciatori e i flussi d'aria sono disposti in modo che le particelle di carbone polverizzato rimangano più a lungo all'interno di una zona di combustione molto calda. La fornace crea un ricircolo più controllato di gas caldi e particelle di carbone, migliorando l'accensione, la stabilità della fiamma e l'esaurimento del carbonio.
Combinato con la tecnologia del vapore ultra-supercritico, il sistema estrae una quantità sostanzialmente maggiore di energia utilizzabile dal carbone. Gli impianti ultra-supercritici operano con acqua e vapore al di sopra della pressione critica, dove la distinzione convenzionale tra acqua liquida e vapore scompare. Temperature e pressioni del vapore più elevate consentono al ciclo della turbina di convertire una percentuale maggiore dell'energia termica del carbone in elettricità.
Il progetto cinese da 660 MW a doppio arco è stato sviluppato specificamente per l'antracite di difficile combustione. Secondo quanto riportato da China Media Group, il sistema di combustione migliorato consente una combustione più uniforme e completa, riducendo al contempo il consumo di carburante e le emissioni. Una volta a pieno regime, si prevede che l'intero progetto genererà circa 6 miliardi di kWh all'anno e ridurrà le emissioni di CO₂ di oltre 300.000 tonnellate all'anno rispetto alla tecnologia convenzionale.
È importante sottolineare che non è concepito come una stazione a carbone isolata. Fa parte di un sistema energetico integrato “eolico + solare + carbone + stoccaggio”, in cui la generazione a carbone fornisce elettricità controllabile mentre la produzione rinnovabile variabile fornisce una quota crescente dell'energia totale.
Dalle centrali da 300 MW alle unità ultra-supercritiche da 660 MW
La flotta di carbone della Cina è cambiata drasticamente dal punto di vista tecnologico. L'Ufficio d'Informazione del Consiglio di Stato ha osservato che, mentre un tempo dominavano le unità termiche convenzionali da 300 MW, le moderne unità ultra-supercritiche da 660 MW sono diventate sempre più la configurazione principale.
La differenza è significativa. Ogni punto percentuale guadagnato in efficienza termica significa che deve essere bruciato meno carbone per produrre la stessa quantità di elettricità. Applicati a centinaia di gigawatt di capacità di generazione, miglioramenti dell'efficienza apparentemente modesti si traducono in milioni di tonnellate di carbone e CO₂ evitate ogni anno.
La Cina ha anche sviluppato sistemi ultra-supercritici avanzati a temperature ancora più elevate, includendo ricerche intorno ai 630°C, 700°C e infine condizioni di vapore ancora più estreme. L'aumento della temperatura crea difficili problemi di ingegneria dei materiali perché i tubi della caldaia, i componenti della turbina e le valvole devono resistere a pressione, calore, corrosione e cicli termici estremi per decenni.
Lo sviluppo di nuove leghe a base di nichel, acciai migliorati, forgiati per turbine, materiali per caldaie e processi di saldatura è quindi importante quanto il design della caldaia stessa. La Cina ha condotto programmi avanzati che coinvolgono circuiti di prova della temperatura del vapore che sfiorano i 760°C, a dimostrazione di quanto la ricerca si sia spinta oltre la tecnologia convenzionale degli impianti a carbone.
Riqualificazione delle centrali esistenti
Il secondo elemento principale della strategia cinese è l'ammodernamento piuttosto che la rottamazione immediata degli impianti esistenti.
La modernizzazione può comportare la sostituzione delle pale e delle guarnizioni delle turbine, il miglioramento delle superfici di scambio termico delle caldaie, l'aggiornamento dei polverizzatori, l'ottimizzazione dei rapporti aria-carburante, l'installazione di pompe e ventilatori a velocità variabile, la riduzione del consumo ausiliario di elettricità e l'aggiunta di sofisticati controlli computerizzati della combustione.
L'intelligenza artificiale e i sistemi di sensori in tempo reale possono monitorare continuamente la temperatura della fornace, la concentrazione di ossigeno, la qualità del carbone, le condizioni del vapore e il funzionamento della turbina. Gli algoritmi regolano il flusso di carburante e d'aria per mantenere la combustione vicina al suo punto di efficienza ottimale.
La Cina sta anche conducendo ampi interventi di riqualificazione per la flessibilità. Le stazioni a carbone tradizionali sono state costruite per operare continuamente ad alto carico. Un sistema dominato sempre più dal solare e dall'eolico richiede l'opposto: gli impianti termici devono essere in grado di aumentare e diminuire rapidamente la produzione.
Le caldaie modernizzate ricevono quindi modifiche ai bruciatori, sistemi di gestione termica e aggiornamenti di controllo che consentono loro di operare in sicurezza a carichi minimi molto più bassi. Le centrali a carbone possono ridurre la produzione quando l'elettricità solare inonda la rete e aumentare la produzione dopo il tramonto o durante i periodi di scarso vento.
La funzione futura dell'energia a carbone sta di conseguenza cambiando, passando da generazione di carico di base permanente verso una capacità di bilanciamento e sicurezza della rete.
Inquinanti atmosferici convenzionali quasi nulli
“Carbone pulito” non significa che il carbone diventi privo di emissioni. Tuttavia, la Cina ha compiuto progressi sostanziali nella rimozione degli inquinanti convenzionali dai gas di scarico.
I moderni impianti cinesi combinano bruciatori a basso NOx e riduzione catalitica selettiva per gli ossidi di azoto, precipitatori elettrostatici o filtri a manica per il particolato e desolforazione dei gas di combustione per l'anidride solforosa.
Questi sistemi possono rendere il profilo visibile e l'inquinamento atmosferico locale di una stazione moderna radicalmente diversi da quelli dei vecchi impianti a carbone. La sfida principale rimanente è la CO₂, che le apparecchiature convenzionali per il controllo dell'inquinamento non possono rimuovere.
Carbone combinato con ammoniaca verde, biomassa e cattura del carbonio
La fase successiva della Cina va considerevolmente oltre. Il suo Coal Power Low-Carbon Transformation and Construction Action Plan 2024–2027 identifica tre percorsi particolarmente importanti: il co-firing di biomasse, il co-firing di ammoniaca verde e la cattura, l'utilizzo e lo stoccaggio del carbonio — CCUS.
L'ammoniaca verde può essere prodotta utilizzando idrogeno generato da elettricità rinnovabile. Parte dell'apporto di carbone di una centrale elettrica può quindi essere sostituito dall'ammoniaca, riducendo la quantità di carbonio fossile che entra nella fornace.
La biomassa offre un'altra via. Residui agricoli e altri combustibili da biomassa idonei possono sostituire una parte del carbone dopo opportune modifiche alla movimentazione del combustibile, ai bruciatori e ai controlli di combustione.
L'opzione più ambiziosa è la CCUS. La CO₂ viene separata dagli scarichi della centrale elettrica, compressa e trasportata per uso industriale o stoccaggio geologico permanente. Invece di sostituire l'intero impianto di generazione, le apparecchiature per la cattura del carbonio possono teoricamente essere aggiunte a strutture esistenti selezionate.
Il programma pilota del governo cinese mira a far sì che i progetti di carbone a basse emissioni di carbonio partecipanti raggiungano un'intensità di carbonio sostanzialmente inferiore rispetto alle stazioni convenzionali comparabili e, infine, ottengano riduzioni di circa il 50% entro il 2027 nei progetti dimostrativi mirati.
Un concetto diverso di centrale a carbone
L'approccio della Cina illustra quindi cosa significhi effettivamente “energia a carbone verde” dal punto di vista tecnologico. Non rende il carbone rinnovabile, e una stazione a carbone senza cattura del carbonio rilascia comunque una quantità sostanziale di CO₂.
Ciò che sta emergendo è invece un nuovo tipo di infrastruttura termoelettrica:
vapore ultra-supercritico, sistemi di combustione avanzati e a doppio arco, ottimizzazione digitale, emissioni di inquinanti convenzionali estremamente basse, funzionamento flessibile, integrazione delle energie rinnovabili, stoccaggio di energia, combustibili alternativi e potenzialmente cattura del carbonio.
L'unità a doppio arco ultra-supercritica da 660 MW è particolarmente significativa perché dimostra che la Cina non sta semplicemente installando filtri anti-inquinamento su vecchie tecnologie. Sta riprogettando i processi fondamentali di combustione e termodinamica della generazione a carbone.
La Cina sembra perseguire una transizione pragmatica: costruire eolico, solare, idroelettrico, nucleare e stoccaggio su scala enorme, trasformando simultaneamente la sua vasta flotta di carbone da generazione di carico di base inefficiente in un'infrastruttura di backup ad alta efficienza, sempre più flessibile e a emissioni di carbonio progressivamente ridotte.
Per i paesi che continueranno a usare il carbone per decenni, le implicazioni potrebbero essere considerevoli. L'esperienza della Cina suggerisce che la scelta tecnologica non è più semplicemente tra mantenere un vecchio impianto a carbone o chiuderlo. Sta emergendo una terza possibilità: riprogettare completamente il modo in cui viene prodotta l'elettricità a carbone.
