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Gas naturale

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Estrazione mondiale di gas naturale in metri cubi all'anno

Il gas naturale è un gas prodotto dalla decomposizione anaerobica di materiale organico. In natura si trova comunemente allo stato fossile, insieme al petrolio, al carbone o da solo in giacimenti di gas naturale.

Viene però anche prodotto dai processi di decomposizione correnti, nelle paludi (in questo caso viene chiamato anche gas di palude), nelle discariche, durante la digestione negli animali e in altri processi naturali.Viene, infine, sprigionato nell'atmosfera anche da eruzioni di origine vulcanica.

L'utilizzo del gas naturale come combustibile contribuisce fortemente all'aumento di concentrazione di gas serra responsabile per la crisi climatica.[1] Le emissioni di anidride carbonica risultanti dalla combustione di gas naturale sono pari a circa il 74% di quelle relative alla benzina[2] (a cui vanno aggiunte le rilevanti emissioni prodotte durante l'estrazione e il trasporto).

Composizione chimica e potere energetico

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Composizione chimica

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Il principale componente del gas naturale è per il 70-90% il metano (CH4), la più piccola fra le molecole degli idrocarburi. Normalmente contiene anche idrocarburi gassosi più pesanti come etano (CH3CH3), propano (CH3CH2CH3) e butano (CH3CH2CH2CH3), nonché, in piccole quantità, pentano (CH3CH2CH2CH2CH3).

Sono sempre presenti modeste percentuali di gas diversi dagli idrocarburi, ad esempio anidride carbonica (CO2), azoto, ossigeno (in tracce), gas nobili e solfuro di idrogeno (H2S).[3][4] Il solfuro d'idrogeno e il mercurio (Hg) sono considerati i contaminanti più nocivi, che devono essere rimossi prima di qualsiasi utilizzo.

Potere energetico

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La combustione di un metro cubo di gas naturale di tipo commerciale generalmente produce circa 38 MJ, ossia 10,6 kWh.

Più precisamente si ha:

  • Potere calorifico superiore: 13 284 kcal/kg oppure 9 530 kcal/Nm³ equivalenti a 39,9 MJ/Nm³
  • Potere calorifico inferiore: 11 946 kcal/kg oppure 8 570 kcal/Nm³ equivalenti a 35,88 MJ/Nm³

Questi valori sono solo indicativi e variano a seconda del distributore, in funzione della composizione chimica del gas naturale distribuito ai clienti che può variare nel corso dell'anno anche con lo stesso distributore.

Stoccaggio e trasporto

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Nave metaniera

La principale difficoltà nell'utilizzo del gas naturale è posta dal suo trasporto dal campo di estrazione alla rete di consumo. I gasdotti sono economici, ma non consentono l'attraversamento degli oceani e soprattutto, poiché nel loro percorso internazionale devono attraversare molti Stati, ciascuno di essi potrebbe decidere d'interromperne il flusso per motivi politici o bellici.

In alternativa, previa liquefazione, si ricorre al suo trasporto navale su apposite navi metaniere, che hanno costi elevati e comportano determinati[quali?] problemi di sicurezza. Rispetto alla soluzione dei gasdotti fissi, questa alternativa ha l'indubbio vantaggio di poter diversificare in ogni momento la fonte di approvvigionamento più sicura o economica. Il gas naturale viene compresso per essere immagazzinato liquefatto.

Distribuzione e vendita

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Fonte:Eurostat

Il gas naturale compresso, in bombole, viene usato nelle zone rurali o comunque dove non sia possibile o conveniente il collegamento alle condotte che costituiscono la rete di distribuzione urbana in bassa pressione e sono gestite da società concessionarie (distributori) con contratti di lunga durata pur essendo normalmente di proprietà pubblica.

La distribuzione e la vendita sono state oggetto di una completa revisione normativa nell'ambito del processo di liberalizzazione del mercato del gas.

L'autorità per l'energia elettrica e il gas è un'istituzione formalmente indipendente fondata nel 1995[5] e operativa dal 23 aprile 1997 che, in seguito alle decisioni del 1996 e del 1998 dell'Unione europea di liberalizzare i settori dell'energia elettrica e del gas naturale, ha sostituito di fatto i monopoli presenti nella maggior parte dei paesi aderenti all'Unione, assumendo il ruolo di soggetto regolatore dei mercati liberalizzati. Ha la funzione di favorire lo sviluppo di mercati concorrenziali nelle filiere elettriche e del gas naturale, principalmente tramite la regolazione tariffaria, l'accesso alle reti, il funzionamento dei mercati e la tutela degli utenti finali.

In Italia il definitivo passaggio al regime di mercato libero per il mercato dell'energia è previsto nel 2024: da quel momento il prezzo delle risorse energetiche non sarà più stabilito dall'Autorità dell'energia (ARERA), ma sarà determinato dal mercato, in un regime di concorrenza fra gli operatori del settore. Ciò comporta la conclusione del servizio di tutela, in cui la fornitura di gas naturale è a condizioni economiche (prezzo) e contrattuali definite dall'Autorità dell'energia.

Come previsto dall'ARERA, infatti, il superamento della tutela di prezzo è previsto per le famiglie alla data del 10 gennaio 2024, entro la quale sarà assegnato il "servizio a tutele graduali" ai clienti domestici che, entro tale data, non avessero scelto un fornitore operante nel mercato libero.[6]

Trasformazione in carburante liquido

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Visto il costo sempre più alto del petrolio, è diventato conveniente il processo di trasformazione del gas naturale in carburanti liquidi, principalmente nafta e gasolio. Tale processo è chiamato GTL (Gas to Liquids) ed è basato su una tecnologia chiamata Fischer-Tropsch utilizzata dai chimici tedeschi durante la seconda guerra mondiale. I tedeschi, non avendo a disposizione giacimenti petroliferi, per alimentare la loro macchina bellica utilizzavano carbone, il quale, dopo essere stato gassificato, veniva convertito in carburante liquido. Il Processo Fischer-Tropsch utilizza un catalizzatore a base di cobalto o di ferro per produrre condensati e cera a partire dal gas naturale opportunamente trattato.

La tecnica fu messa a punto dai chimici Franz Fischer e Hans Tropsch, ricercatori presso l'Istituto Kaiser Wilhelm, che la brevettarono nel 1925. Il primo impianto pilota fu realizzato nel 1934 in Germania, a cui fece seguito l'applicazione su scala industriale nel 1936. Durante la seconda guerra mondiale, il processo Fischer-Tropsch ebbe un ruolo importante per la Germania, fornendo energia attraverso la gassificazione del carbone e riducendo la dipendenza dalle scorte estere di petrolio.[7]

Generazione di energia elettrica

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Lo stesso argomento in dettaglio: Centrale a gas.

Il gas naturale è una delle principali fonti utilizzate per la produzione di energia elettrica in molti tipi di centrali elettriche. Nei cicli convenzionali alimenta bruciatori che producono vapore destinato ad azionare turbine, mentre nelle centrali a turbogas viene direttamente bruciato in turbine a combustione interna. Le più efficienti centrali a gas combinano una turbina a gas (primo stadio) con una a vapore (secondo stadio) la cui caldaia è alimentata dai gas combusti in uscita dalla turbina a gas. Si tratta di centrali dette "a ciclo combinato".

Il calore ulteriormente residuo può ancora essere utilizzato, per esempio per il riscaldamento tramite una rete di teleriscaldamento, o, più raramente, per la refrigerazione (ci si riferisce comunemente ai casi di produzione combinata di energia elettrica e calore con il termine di cogenerazione).

Utilizzo come combustibile per autotrazione

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Lo stesso argomento in dettaglio: Veicoli a gas naturale.

Il gas naturale, molto spesso denominato "metano", anche se in realtà è composto da metano e altri gas, è utilizzato in Italia come combustibile per autotrazione sin dagli anni trenta quando la politica dell'autarchia spinse la tecnica del momento a cercare nuove soluzioni per l'utilizzo di carburanti alternativi come il gasogeno e il gas naturale. L'Italia lo importa ed esso è un idrocarburo gassoso.

Uso domestico, commerciale, industriale

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Il gas naturale viene fornito alle abitazioni, alle attività commerciali e agli impianti industriali. Gli usi più comuni sono per cucinare, per scaldare l'acqua sanitaria, per il riscaldamento e il condizionamento degli edifici. In alcuni usi industriali, può essere utilizzato per raggiungere temperature non oltre i 1 000 °C.

Nell'industria chimica è ampiamente usato come materia prima. Il metano viene utilizzato per la produzione di ammoniaca, metanolo e benzene[8][9]. L'etano viene utilizzato per la produzione di etilene[10][11], mentre il propano per la produzione di propilene[12], acido acrilico[13] e acrilonitrile.

Il gas naturale viene estratto da giacimenti misti di gas e petrolio o solo di gas. I più grandi giacimenti conosciuti si trovano nel Golfo Persico (Qatar e Iran), ma il paese che singolarmente possiede le maggiori riserve conosciute è la Russia. Oltre ai tradizionali giacimenti, negli ultimi decenni si è intensificata la produzione anche di shale gas e tight gas (soprattutto negli Stati Uniti). Una piccola percentuale di gas naturale viene estratta anche dalle miniere di carbone - è il cosiddetto CBM (Coal Bed Methane).

Altre fonti possibili

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Un'altra fonte di gas naturale, qui denominato biogas, sono le discariche, nelle quali si forma con la decomposizione dei rifiuti.

In Ontario e in Danimarca è in progetto l'estrazione di metano dal letame prodotto da allevamenti di animali (principalmente maiali e bovini) per generare energia elettrica. Con uno di questi impianti a biogas si riesce a produrre energia elettrica sufficiente per una piccola città (250 MW). Questo metodo può essere ulteriormente migliorato aggiungendo altro materiale organico come la parte organica fermentabile dei rifiuti domestici.

Riserve e consumi

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Produttori e riserve

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Fonte:Ceic Data

I produttori di gas naturale nel 2025 sono [14]:

TerritorioProduzione Gas Naturale 2025 (miliardi di metri cubi)Continente
Totale mondiale4.341.520,000
Stati Uniti1.116,097America del Nord
Russia624,737Europa/Asia
Iran280,387Asia
Cina255,825Asia
Canada218,452America del Nord
Qatar212,204Asia
Australia156,919Oceania
Norvegia125,047Europa
Arabia Saudita111,376Asia
Algeria104,688Africa
Turkmenistan95,774Asia
Malaysia81,059Asia
Brasile65,422Sud America
Indonesia65,098Asia
Emirati Arabi Uniti60,132Asia
Argentina51,579Sud America
Nigeria48,665Africa
Egitto42,224Africa
Oman41,998Asia
Uzbekistan40,397Asia
Azerbaigian38,744Europa/Asia
India34,351Asia
Pakistan31,96Asia
Regno Unito30,634Europa
Thailandia30,119Asia
Trinidad e Tobago27,478Sud America
Israele27Asia
Messico25,601America del Nord
Kazakistan25,439Asia
Bahrein22,351Asia
Venezuela21,991Sud America
Bangladesh18,643Asia
Kuwait16,347Asia
Ucraina17,897Europa
Perù14,77Sud America
Myanmar12,533Asia
Libia12,343Africa
Iraq11,516Asia
Papua Nuova Guinea11Oceania
Bolivia9,993Sud America
Paesi Bassi9,863Europa
Brunei9,724Asia
Romania9,294Europa
Angola6,049Africa
Guinea Equatoriale5,727Africa
Vietnam5,115Asia
Colombia5,097Sud America
Mozambico4,89Africa
Siria3,87Asia
Germania3,785Europa
Giappone3,728Asia
Danimarca3,55Europa
Italia3,428Europa
Ghana3,4Africa
Polonia3,2Europa
Irlanda2,998Europa
Camerun2,964Africa
Tunisia2,783Africa
Filippine2,75Asia
Nuova Zelanda2,566Oceania
Sudafrica2,4Africa
Turchia2,3Asia
Tanzania2Africa
Ungheria1,841Europa
Costa d'Avorio1,65Africa
Chile1,399Sud America
Cuba1,208America del Nord
Austria1,199Europa
Croazia0,581Europa
Gabon0,482Africa
Mio0,432Africa
Serbia0,300Europa
Repubblica Ceca0,200Europa
Giordania0,200Asia
Ecuador0,173Sud America
Francia0,034Europa
Bulgaria0,010Europa


Lo stesso argomento in dettaglio: Paesi per produzione di gas naturale.

Una porzione delle riserve di gas globale richiede allo stato un costo infrastrutturale troppo elevato per essere trasportata alle effettive aree di utilizzo.[15] Tale gas prende il nome di "gas remoto" e include sia il gas non ancora estratto dai giacimenti già individuati sia quello associato alla produzione di petrolio, spesso liberato o bruciato o reiniettato nel giacimento stesso. Per sopperire alla domanda futura di gas e accrescerne l'offerta la valorizzazione del gas remoto è considerata una possibile opzione da percorrere.[15]

Paesi importatori

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La situazione si chiarisce ulteriormente dando uno sguardo alle importazioni.

Principali importatori di gas naturale (miliardi di m³ nel 2010)[16]

Importatore

Totale

Principali esportatori

 

 

Canada (bandiera) Canada

Russia (bandiera) Russia

Algeria (bandiera) Algeria

Norvegia (bandiera) Norvegia

Paesi Bassi (bandiera) Paesi Bassi

Indonesia (bandiera) Indonesia

Malaysia (bandiera) Malaysia

Australia (bandiera) Australia

Stati Uniti (bandiera) Stati Uniti 106,59 92,24
Germania (bandiera) Germania   89,39   32,07   30,08 22,40
Giappone (bandiera) Giappone   85,90           17,25 16,79 15,87
Italia (bandiera) Italia   69,28   22,92 22,71   4,81   7,21

La Germania importa da paesi che dispongono di riserve con vita residua compresa tra 20 e 79 anni.

Il Giappone importa gas naturale liquefatto da paesi che dispongono di riserve con vita residua compresa tra 31 e 64 anni.

Gli Stati Uniti, dopo la scoperta di enormi depositi di gas naturale chiamato shale gas contenuto all'interno delle rocce argillose e lo sviluppo delle trivellazioni orizzontali necessarie per estrarlo, possono contare su una disponibilità di gas enorme: 200 biliardi (200x1015) di piedi cubici di gas. Per dare un'idea, le riserve mondiali di gas attualmente conosciute ammontano a 6 biliardi (6x1015) di piedi cubici, come ha affermato Alan Greenspan il 20 maggio 2005.[17]

Il gas, in natura inodore e incolore, viene, prima di essere immesso nelle reti cittadine, miscelato deliberatamente con una miscela di sostanze odorizzanti, principalmente appartenenti a due tipi di composti chimici (TBM o terziar-butilmercaptano, o anche THT o tetraidrotiofene) con un forte e cattivo odore al fine di renderlo immediatamente riconoscibile all'olfatto e quindi evitare, a causa di inavvertibili sacche di gas, esplosioni. Nell'industria il gas metano non viene odorizzato. Nelle miniere vengono installati sensori e l'ambiente minerario è specificamente sviluppato per evitare fonti di accensione del gas (ad esempio la lampada di Davy).

Il gas naturale non è di per sé tossico. In taluni giacimenti, però, è disciolta nel gas naturale una certa quantità di solfuro di idrogeno, gas altamente tossico anche a bassissime concentrazioni.

Impatti ambientali del gas naturale

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Subsidenza dovuta alla produzione di idrocarburi dal sottosuolo. Nello schema è indicato, a titolo esemplificativo, un accumulo di gas naturale entro una struttura tettonica ad anticlinale; nell'esempio, la roccia serbatoio è una sabbia. a) Prima dell'inizio della produzione, nella roccia serbatoio i granuli del sedimento sono sostenuti dalla pressione del fluido di giacimento (gas). b) Con il progredire della produzione di gas (qui è rappresentata per semplicità solo la fase finale in cui tutto il gas è stato prodotto), la pressione diminuisce drasticamente e i granuli, non più sostenuti dalla pressione di giacimento e sotto la spinta dei sedimenti soprastanti, si dispongono secondo una nuova configurazione più compatta. Questo ha come effetto la diminuzione del volume occupato dai sedimenti della roccia serbatoio e l'aumento locale della subsidenza, che si propaga ai livelli soprastanti il giacimento.

Impatto ambientale di combustione e dispersione

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La combustione del gas naturale genera, anche se in misura minore rispetto agli altri combustibili fossili, gas serra (soprattutto anidride carbonica) che contribuiscono al cambiamento climatico e di conseguenza alla crisi climatica. Lo stesso gas metano (incombusto) è un gas serra che contribuisce al riscaldamento climatico 28 volte di più rispetto all'anidride carbonica, considerando l'impatto su 100 anni; il valore diventa 84 se si considera l'effetto a 20 anni. In gergo, il metano ha un potenziale di riscaldamento globale 28 volte più alto dell'anidride carbonica.[18]

Impatto ambientale dell'estrazione

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Inoltre, l'attività di estrazione e degli accumuli di idrocarburi può causare un aumento locale della subsidenza, con ripercussioni dirette sulla stabilità di edifici e impianti (come succede in Groninga),[19] e facilitando il ristagno delle acque superficiali. Se l'area di produzione è prossima alla costa, la subsidenza può avere come effetto l'invasione da parte delle acque marine di aree prima emerse. L'entità della subsidenza è tanto maggiore quanto la roccia serbatoio ('reservoir') da cui avviene la produzione di fluidi (gas naturale o anche petrolio) è superficiale. Questa problematica è diffusa anche in Italia, soprattutto nelle pianure costiere e in particolare nel Delta del Po e sulla costa adriatica in seguito all'estrazione di gas naturale e acque di giacimento da bassa profondità. L'estrazione e il trasporto del gas possono inoltre generare ulteriore inquinamento.

Normalmente, gli inquinanti principali[Non si capisce a cosa si riferisca. Gli inquinanti di cosa? Dell'estrazione del metano, della sua combustione?] sono: anidride carbonica, monossido di carbonio, ozono, ossidi di azoto.[senza fonte] Sono però molto ridotti i seguenti inquinanti: particolato, ossidi di zolfo, idrocarburi incombusti (tra cui benzine). Le emissioni però dipendono molto dal modo in cui avviene la combustione. In un motore per automobili o per veicoli pesanti, per esempio si riscontrano emissioni di particolato ultrafine molto superiori a quelle di un motore Diesel moderno (dotato di filtro)[20], per certi veicoli fino a oltre 100 volte in termini di numero di particelle se si considerano le particelle fino a 3 nm[21]. Dato che la legislazione attuale considera solo le particelle fino a 23 nm, tale particolato ultrafine non viene generalmente considerato.

Previsioni future in relazione alla crisi climatica

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Ricerche in merito suggeriscono che nel futuro prossimo l'uso di gas naturale diminuirà, se le indicazioni dell'IPCC per limitare gli effetti della crisi climatica verranno applicate.[22]

  1. ↑ (EN) Natural gas is a much ‘dirtier’ energy source, carbon-wise, than we thought, su Science, 19 febbraio 2020. URL consultato il 17 novembre 2021.
  2. ↑ (EN) How much carbon dioxide is produced when different fuels are burned? - FAQ - U.S. Energy Information Administration (EIA), su eia.gov. URL consultato il 26 aprile 2020.
  3. ↑ Gas naturale, su www.chimica-online.it. URL consultato il 24 settembre 2024.
  4. ↑ Gas Naturale, materiale didattico (PDF), su unirc.it.
  5. ↑ legge n. 481 del 14 novembre 1995 (Norme per la concorrenza e la regolazione dei servizi di pubblica utilità. Istituzione delle Autorità di regolazione dei servizi di pubblica utilità) - da Normattiva, su normattiva.it. URL consultato l'8 gennaio 2014.
  6. ↑ Verso la fine del mercato tutelato, su arera.it (archiviato dall'url originale il 30 novembre 2023).
  7. ↑ (EN) Anthony N. Stranges, Germany's Synthetic Fuel Industry 1927-45 (PDF), su fischer-tropsch.org (archiviato dall'url originale il 24 settembre 2015).
  8. ↑ (EN) A. López-Martín, M. F. Sini e M. G. Cutrufello, Characterization of Re-Mo/ZSM-5 catalysts: How Re improves the performance of Mo in the methane dehydroaromatization reaction, in Applied Catalysis B: Environmental, vol. 304, 1º maggio 2022, p. 120960, DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120960. URL consultato il 21 giugno 2022.
  9. ↑ (EN) Ángeles López-Martín, Alfonso Caballero e Gerardo Colón, Unraveling the Mo/HZSM-5 reduction pre-treatment effect on methane dehydroaromatization reaction, in Applied Catalysis B: Environmental, vol. 312, 5 settembre 2022, p. 121382, DOI:10.1016/j.apcatb.2022.121382. URL consultato il 21 giugno 2022.
  10. ↑ (EN) Aaron Sattler, Michele Paccagnini e Elaine Gomez, Catalytic limitations on alkane dehydrogenation under H2 deficient conditions relevant to membrane reactors, in Energy & Environmental Science, vol. 15, n. 5, 18 maggio 2022, pp. 2120-2129, DOI:10.1039/D2EE00568A. URL consultato il 21 giugno 2022.
  11. ↑ (EN) Chinmoy Baroi, Anne M. Gaffney e Rebecca Fushimi, Process economics and safety considerations for the oxidative dehydrogenation of ethane using the M1 catalyst, in Catalysis Today, vol. 298, C, 1º dicembre 2017, DOI:10.1016/j.cattod.2017.05.041. URL consultato il 21 giugno 2022.
  12. ↑ (EN) On Purpose – What’s Driving New Propane Dehydrogenation Projects in North America?, su Resource Innovations, 24 giugno 2019. URL consultato il 21 giugno 2022 (archiviato dall'url originale il 9 settembre 2021).
  13. ↑ The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 oxide catalysts, in Journal of Catalysis, n. 311, 2014, pp. 369-385.
  14. ↑ Ceic Data
  15. 1 2 Ugo Romano, il ruolo dei combustibili fossili nel futuro energetico, in La Chimica & l'Industria, n. 8, Società Chimica Italiana, ottobre 2008, pp. 115-120.
  16. ↑ O&G World Oil and Gas Review 2011 (PDF) (archiviato dall'url originale il 12 novembre 2011).
  17. ↑ (EN) Remarks by Chairman Alan Greenspan, 20 maggio 2005.
  18. ↑ (EN) Climate Change 2014 Synthesis Report (PDF), su ipcc.ch, p. 87.
  19. ↑ (EN) Karin van Thienen-Visser e Peter A. Fokker, The future of subsidence modelling: compaction and subsidence due to gas depletion of the Groningen gas field in the Netherlands, in Netherlands Journal of Geosciences, vol. 96, n. 5, 2017-12, pp. s105–s116, DOI:10.1017/njg.2017.10. URL consultato il 15 ottobre 2026.
  20. ↑ Particle Number and Ash Emissions from a Heavy Duty Natural Gas and Diesel w/DPF Engine, Imad A. Khalek, 21st ETH Conference on Combustion Generated Nanoparticles (PDF), su nanoparticles.ch.
  21. ↑ Update on sub-23nm exhaust particle number emissions using the DownToTen sampling and measurement systems, Jon Andersson, Ricardo UK 23rd ETH-Conference on Combustion Generated Nanoparticles, (PDF), su nanoparticles.ch.
  22. ↑ (EN) Luke Dubey, Jamie Speirs e Paul Balcombe, Future use of natural gas under tightening climate targets, in Futures, vol. 150, 2023-06, pp. 103158, DOI:10.1016/j.futures.2023.103158. URL consultato il 15 ottobre 2026.
  • Adriano Piglia, Le nuove frontiere del gas, Fabiano, Canelli (AT) 2009, ISBN 978-88-89629-43-7
  • Francesco Samorè, La piramide del gas. Distribuire l'energia al territorio (1945-2009), Bruno Mondadori, Milano 2010, ISBN 978-88-615-9431-9
  • Carlo Stagnaro (a cura di), Sicurezza energetica. Petrolio e gas tra mercato, ambiente e geopolitica, Rubbettino-Facco, Soveria Mannelli (CZ) 2007, ISBN 978-88-498-1922-9
  • Carlo Stagnaro (a cura di), Il mercato del gas naturale. L'Europa tra sicurezza e liberalizzazioni, Rubbettino-Facco, Soveria Mannelli (CZ) 2007, ISBN 978-88-498-2340-0
  • Matteo Verda, Una politica a tutto gas. Sicurezza energetica europea e relazioni internazionali, Università Bocconi Editore, Milano 2011, ISBN 978-88-8350-179-1
  • Alessio Zanardo, Una storia felice. Il gas naturale in Italia da Mattei al Transmediterraneo, Aracne, Roma 2008, ISBN 978-88-548-1618-3

Voci correlate

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Altri progetti

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Collegamenti esterni

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