• Articolo Pisa, 29 giugno 2012
  • Geotermia, una straordinaria risorsa

  • L’energia generata per mezzo di fonti geologiche di calore può essere considerata una risorsa che, se valutata in tempi brevi, può contribuire ad amplificare il mix energetico dell’Italia in combinazione con tutte le altre fonti

Gli impegni di Kyoto e il no italiano al referendum sul nucleare in Italia amplificano il bisogno di sviluppare ulteriormente la geotermia e contribuire al mix energetico rinnovabile in combinazione con tutte le altre fonti rinnovabili.

La geotermia è una fonte energetica naturale che utilizza il calore del sottosuolo in modo o diretto, in quanto energia termica, oppure indiretto, convertendolo in energia elettrica. Alcune caratteristiche termiche del sottosuolo sono note all’uomo fin dall’antichità e, a volte, sono talmente connaturate al nostro operare da passare inosservate, senza accorgersi che si tratti di utilizzo di energia. Due, in particolare, i fenomeni noti e sfruttati da tempo: la differenza di temperatura tra la superficie terrestre e il sottosuolo; e la presenza di calore in profondità.

Grazie alle sue capacità termiche, il terreno mantiene una temperatura essenzialmente costante già a partire da qualche metro di profondità dalla superficie terrestre, e risente solo impercettibilmente dei cambiamenti quotidiani e stagionali della temperatura ambiente in superficie. Questo fenomeno è noto all’uomo da sempre, tant’è che da sempre si sono utilizzate cantine e grotte come dispense per i vini e i cibi, o per trovare riparo dal freddo invernale e refrigerio nei caldi mesi estivi. Buone pratiche che, comprese a pieno, si sono tramutate oggi in sistemi ingegnerizzati in grado di climatizzare gli ambienti a piacere, rinfrescandoli e riscaldandoli all’occorrenza. È possibile portare in superficie i benefici termici del sottosuolo mediante geosonde, tubi infissi nel terreno nei quali viene fatto circolare un fluido che scambia calore con il terreno, oppure estraendo acqua da falde sotterranee. Con l’aiuto di pompe di calore si climatizzano ambienti che vanno da singole abitazioni ai grandi volumi di centri commerciali e aeroporti. In Italia il settore delle pompe di calore geotermiche è iniziato tardi rispetto a molti altri paesi occidentali, soprattutto nordici, ma è in rapidissima espansione.

La costanza della temperatura in profondità è un fenomeno locale: la temperatura rimane pressoché invariata nel tempo in un certo punto del sottosuolo, ma varia da punto a punto. L’uomo ha impiegato del tempo per comprendere queste variazioni di temperatura nello spazio, sensibili soprattutto all’aumentare della profondità, anche se in pratica se ne è servito in maniera indiretta sin dalla preistoria. Se è pur vero che solo di rado ha avuto modo di sperimentare direttamente l’aumento della temperatura nelle profondità della terra (molti minatori però hanno conosciuto bene quest’esperienza!), l’uomo si è ben presto reso conto che il sottosuolo è caldo grazie al frequente ritrovamento di acque che sgorgano ad alte temperature: come spiegare queste temperature se non ammettendo che l’acqua si riscaldi a contatto con rocce calde? Trovata l’acqua calda, trovato l’uso, anzi, gli usi: dalla balneologia e le terme, tanto amate fin dai tempi antichi, ad applicazioni diverse, di tipo sia agricolo sia industriale. Se si pensa che in Italia il 30% del consumo totale di energia riguarda proprio usi termici a temperature medio-basse (35-50 °C), non è difficile immaginare di estendere l’uso di acque geotermiche a ben più numerose applicazioni. Tra queste, ad esempio, diverse fasi di produzione degli alimenti cosiddetti biologici, tra cui alcune lavorazioni di formaggi e insaccati, ma anche di vini e altre bevande; la coltivazione in serra di frutta e verdura; nonché l’allevamento di pesci (acquacoltura). L’uso di acque termali, infatti, permette di riscaldare e sterilizzare, rendendo superfluo l’impiego di prodotti chimici di conservazione o pesticidi. Inoltre, l’impiego di tali acque per processi di riscaldamento rientra perfettamente nei meccanismi virtuosi del risparmio energetico, migliorando anche l’efficienza della produzione di energia del Paese.

Laddove l’acqua termale risulti molto abbondante e a temperature elevate, intorno agli 80-100 °C, diventa possibile realizzare impianti di teleriscaldamento, in grado di trasportare l’energia senza perdere efficienza e di offrire così un servizio centralizzato di fornitura di energia termica ‘pulita’ ai centri urbani circostanti. E i benefici sono sotto gli occhi di tutti. Scaldare edifici e locali con acqua riscaldata dalla terra invece che dalla combustione di gas metano comporta anzitutto un risparmio diretto sulla bolletta del gas, oltre a concorrere a diminuire le emissioni di biossido di carbonio e degli altri gas responsabili dell’effetto serra: un impegno virtuoso, mirato al rispetto delle condizioni ambientali future, nonché un dovere attuale, assunto come vincolo esplicito a partire dalla sottoscrizione del Protocollo di Kyoto del 1997.

Gli usi diretti del calore geotermico sono in ascesa in Italia e nel mondo, e l’interesse europeo allo sviluppo di tecnologie per l’uso e la distribuzione del calore è manifesto. All’orizzonte si intravedono, per la popolosa Europa, reti di distribuzione sempre più avanzate di energia e calore.

 

Fig. 1: Calore prodotto e distribuzione percentuale dei principali comparti degli usi diretti nel 2005 (a sinistra) e nel 2010 (a destra). Il calore totale prodotto nel 2005 è stato di 8200 TJ/a, di cui 850 TJ/a con pompe di calore. Nel 2010 il calore totale è stimato di 12600 TJ/a, di cui 1700 TJ/a con pompe di calore (Stime Unione Geotermica Italiana).

L’impiego di fluidi geotermici con temperature superiori a 100°C per la produzione di energia elettrica è una delle fonti energetiche alternative al petrolio e cosiddette rinnovabili. Dal momento che si avvale del naturale calore della terra, l’energia elettrica da geotermia (energia geotermoelettrica) è, infatti, inesauribile. L’Italia è stata la prima nazione al mondo, più di 100 anni fa, a produrre energia geotermoelettrica in un piccolo centro industriale della Toscana, Larderello. La risorsa di Larderello è straordinaria, una delle più pregiate al mondo, con temperature del fluido di oltre 300°C a profondità di pochi chilometri.

La geotermia, come il nucleare, il carbone e l’idroelettrico, produce il base load ovvero ha una produzione costante durante il giorno e tutto l’anno, con una percentuale di utilizzo di circa 90% (quasi 8000 ore/anno).

Queste tecnologie flessibili sono indispensabili per la gestione della rete eletrica, compensando la produzione variabile del solare, dell’eolico ecc.

 

Fig. 2: % di capacità ore / anno - Load factor of power plants in EU-27 (Eurostat 2007)

Ad oggi in Italia solo la Toscana produce energia geotermoelettrica, con un aumento progressivo che ha visto una pausa solo durante gli eventi bellici (nella II Guerra Mondiale gli impianti furono completamente distrutti) e gli anni ’70, quando furono necessarie nuove scoperte scientifiche e tecnologiche per ottimizzare l’utilizzo delle risorse.

 

Fig. 3: Produzione di energia geotermoelettrica in Italia dal 1913 al 2010.

Risorse geotermiche sono al centro di oltre 130 richieste di permessi di ricerca negli ultimi 3 anni, distribuiti nelle zone di principale anomalia termica. La capacità elettrica installata in Italia nel 2012 si avvicina a 1 GWe, e produce circa 5.5 TWh/anno di elettricità.

 

Fig. 4: Distribuzione delle aree di concessione e di ricerca per la produzione di energia geotermica. Sullo sfondo, flusso di calore in mW/m2.

La geotermia si presta a combinazioni con altro tipo di fonti rinnovabili o con usi a cascata del calore, combinando in successione diversi tipi di impianto in uno stesso sito e impiegando il calore geotermico via via ceduto per scopi e fini differenti, adeguati al progressivo diminuire della temperatura. Impianti ibridi e di cogenerazione (produzione combinata di elettricità e calore) stanno vedendo importanti sviluppi tecnologici e una applicazione sempre più diffusa. La ricerca del settore si rivolge anche a sviluppare le tecnologie capaci di utilizzare in maniera economica le cosiddette risorse geotermiche non convenzionali. Molte di queste risorse, caratterizzate da alti valori di energia termica, contengono fluidi chimicamente o fisicamente difficili da trattare, e con le tecniche attuali la gestione è poco economica e difficilmente sostenibile. L’attenzione principale della ricerca internazionale è rivolta, comunque, allo sviluppo di sistemi geotermici “ingegnerizzati” mirati ad aumentare la quantità di acqua calda estratta e utilizzata in superficie mediante lo sviluppo di fratture nelle rocce in profondità. Questi sistemi, noti in letteratura come EGS (Enhanced o Engineered Geothermal Systems), una volta sviluppati potranno portare ad un uso diffuso dell’energia geotermica, decuplicando l’attuale produzione elettrica e diffondendo l’uso del calore sotterraneo a tutte le aree e i processi che richiedono energia termica.

di Adele Manzella, (Istituto di Geoscienze e Georisorse – CNR di Pisa)