Crisi energetica? Il suolo, una batteria per riscaldare e raffrescare le nostre case.

Scambiare il calore con il suolo per riscaldare/raffrescare gli ambienti è possibile in quasi tutto il territorio nazionale, questa fonte di energia è poco conosciuta ma di inestimabile valore. Inoltre, se il calore è elevato, può trasformarsi in energia elettrica addirittura nel tuo giardino, con l’impianto innovativo sviluppato dai ricercatori del progetto GeoGrid

Contenuto realizzato nell’ambito del progetto CNR 4 Elements


Figura 1. Il calore naturale della terra: evidenze di fuoriuscita di vapori caldi dal terreno. 
(Solfatara di Pozzuoli foto di Donar Reiskoffer, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=238345)

di Marina Iorio

La crisi energetica ed il conseguente rincaro delle bollette un’ansia che riguarda tutti. La nostra vita oggi dipende in maniera totale dall’energia elettrica e termica, per esempio pensiamo all’importanza del telefono cellulare, del computer o al bisogno di riscaldare le nostre abitazioni. Dipendiamo da processi che non possiamo gestire e siamo inermi di fronte ad eventuali severi black out.  

Eppure le alternative esistono e sono alla portata di tutti vediamo perché: Il calore della terra (Figura 1) costituisce una fonte di energia rinnovabile che si sprigiona dal cuore caldo del nostro pianeta. Questa forma di energia, oggi poco conosciuta è ampiamente disponibile in tutto il territorio nazionale. Il calore delle acque sotterranee o del suolo anche di poche decine di gradi, può essere prelevato attraverso scambiatori di calore. Lo scambiatore di calore è un sistema che serve per trasferire energia termica da un fluido a temperatura maggiore ad uno a temperatura minore. Questo scambio può avvenire sia miscelando le due correnti fluide, come nel caso del rubinetto di casa, sia tenendo i due fluidi separati come nel radiatore dell’automobile o nel termosifone di casa. 

Nel caso dello scambio termico con il suolo (Geoscambio), gli scambiatori di calore sono costituiti da batterie di tubi in cui circola acqua, che vengono inseriti sotto terra per prelevare energia termica dal terreno e portarla verso utenze sia civili come una casa o una scuola, che industriali. Se il calore del terreno non è sufficiente si aggiunge una pompa di calore, che è una macchina capace di trasferire energia termica tra due sorgenti usando l’energia elettrica. Più è piccola la differenza di temperatura tra il sottosuolo e la casa, minore è l’energia elettrica usata e maggiore è il risparmio. D’inverno quindi si può prendere il calore dalle acque sotterranee o dal terreno e trasferirlo alla casa per riscaldarla, ma d’estate avviene l’inverso cioè si preleva il calore dall’aria all’interno della casa raffrescandola e cedendola al campo sonde nel sottosuolo. Questa forma di energia è diffusa in tutto il territorio nazionale ed è di inestimabile valore perché può promuovere lo sviluppo economico in diversi settori produttivi, infatti la necessità di condizionare gli ambienti o di riscaldare l’acqua sanitaria appartiene a molte industrie del settore agroalimentare e manufatturiero, ricordiamo tra i tanti esempi possibili la necessità di condizionare serre e cantine per la produzione di ortaggi e per la conservazione del vino. Sappiamo infine che se l’Italia sostituisse tutti i sistemi tradizionali di condizionamento e produzione di acqua calda alimentati da combustibili fossili, con pompe di calore e sistemi di geoscambio si potrebbe arrivare a risparmiare ogni anno fino a 3 milioni di tonnellate equivalenti di petrolio. 

 Il vantaggio di utilizzare il calore della terra che, variando da poche a molte decine di gradi, è utilizzabile per condizionare gli ambienti, ma anche per produrre energia elettrica è, come abbiamo già detto, che non si esaurisce con l’uso come le fonti fossili. Tuttavia, poiché la quantità di calore sulla terra cambia da luogo a luogo, è importante, per poterlo utilizzare, conoscere la quantità massima di calore o di acqua, che si può prelevare dal suolo e dalle acque sotterranee in un determinato territorio senza raffreddarle. Per calcolare questa quantità si effettua una “valutazione del potenziale geotermico del sottosuolo”, cioè, attraverso analisi chimiche e fisiche delle acque sotterranee ed analisi geofisiche, una sorta di radiografia del sottosuolo, si ricostruisce un modello virtuale in 3D del sottosuolo, delle acque che vi circolano e delle temperature, il cosiddetto “modello geotermico”.  In questo contesto gli scienziati sono chiamati a cercare di sviluppare tecnologie sempre più evolute e sofisticate per utilizzare al meglio il calore della terra, senza incidere sull’ambiente anche visivamente, come avviene per esempio con le pale eoliche per produrre energia elettrica.

Recentemente l’Istituto di Scienze Marine del Consiglio Nazionale delle Ricerche, nell’ambito del progetto GeoGrid, finanziato con fondi POR FESR Campania 2014-2020, in collaborazione con partners universitari, Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia e aziende del settore, si è impegnato fortemente per migliorare la capacità di “visualizzare” il mondo del sottosuolo non visibile all’occhio umano. Come ci spiega Maurizio Milano, ricercatore dell’istituto, “abbiamo lavorato per sviluppare dei metodi di analisi congiunta dei dati geofisici, per esempio le velocità delle onde acustiche ed elettriche che noi immettiamo nel sottosuolo per studiarlo, affinché le “radiografie” del sottosuolo, che costruiamo dall’elaborazione di questi dati, siano sempre più chiare e dettagliate “. Tuttavia il lavoro è andato oltre, ed un software sofisticato “il Geogrid Viewer “ è stato sviluppato per poter vedere queste radiografie messe a fuoco, insieme agli altri dati raccolti sia fisici che chimici (per esempio le temperature ed il contenuto di sale disciolto nelle acque sotterranee) il tutto per restituirci una visione virtuale ma altamente fedele del sottosuolo, con per esempio precise localizzazioni di dove i fluidi caldi risalgono dal profondo e di quanto calore trasportano (Figura 2).


Figura 2. Rappresentazione virtuale del sottosuolo nella conca di Agnano, distretto vulcanico dei Campi Flegrei, attraverso il “Geogrid viewer”.

Acquisire queste conoscenze è stato propedeutico per il lavoro dei partners di progetto, coordinati dall’Università di Napoli “Parthenope”, in particolare  per sviluppare un prototipo di impianto per produrre energia elettrica e termica, la cui dimensione è grande quanto un piccolo container quindi facilmente installabile in un giardino o un cortile, o per sviluppare un sistema che controlli in continuo e migliori le prestazioni energetiche degli impianti di geoscambio, utili, ricordiamo,  per riscaldare e/o raffrescare le nostre abitazioni. I prodotti del progetto GeoGrid saranno presentati al grande pubblico dalla Regione Campania all’Expo 2020 di Dubai, con il docufilm, «Il grand tour del XXI secolo. Napoli tra arte e tecnologia» girato in collaborazione con la CNR WebTv.

di Marina Iorio, CNR-ISMAR, Responsabile CNR GeoGrid

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