Geotermia cos’è e quali sono i suoi utilizzi

Geotermia: cos’è e quali sono i suoi utilizzi

Curiosità

Con la necessità sempre più impellente di ricorrere a soluzioni ecologiche per salvaguardare il più possibile il nostro Pianeta, diventa fondamentale capire quali sono le opzioni che la Terra mette a disposizione. Alla luce di questo, è importante imparare a capire la geotermia, ovvero una fonte di energia naturale, pulita e rinnovabile che sfrutta il calore del sottosuolo del pianeta – l’energia geotermica – per produrre energia elettrica, oppure riscaldare l’acqua o gli ambienti interni. La geotermia (dal Greco antico “geo”, terra, e “thermos”, calore) è infatti, nella sua definizione più vasta, il calore naturale della Terra, e la sua energia deriva dalla formazione originaria del pianeta, dal decadimento radioattivo di minerali e dall’energia solare assorbita in superficie. Possiamo osservare come una quantità immensa di energia termica è generata e conservata nel nucleo, nel mantello e nella crosta terrestri: alla base della crosta continentale, infatti, si suppone che le temperature varino tra i 200 e i 1000°C, mentre al centro della Terra si stima siano nell’intervallo di 3500-4000°C. Questa immensa quantità di calore viene trasferita dall’interno verso la superficie prevalentemente per conduzione, determinando un aumento di temperatura dall’esterno verso l’interno della Terra di circa 25-30°C al Km e creando una quantità totale di calore contenuto nel pianeta che è essere un valore enorme, cento milioni di volte la generazione mondiale di elettricità nel 2005. Anche senza essere esperti si capisce che è un potenziale energetico notevole, il cui utilizzo sta crescendo sempre più nel tempo. Basti pensare che inizialmente l’applicazione della geotermia veniva limitata a zone prossime a bordi di placche tettoniche o in aree vicine ai cosiddetti “hot sposts”, mentre oggi, grazie a una serie progressiva di nuovi sviluppi tecnologici, si è ampliata enormemente la potenzialità di utilizzo, in alcuni casi in modo indipendente dal territorio geografico.

La geotermia nel riscaldamento

È sempre più diffuso l’utilizzo della geotermia per il riscaldamento degli edifici: basti pensare che circa settanta paesi nel mondo utilizzano 270 PJ all’anno di riscaldamento con geotermia, e che più della metà di questa energia è usata per domestico. Di questi, 88 PJ circa derivano dal funzionamento di circa un milione di pompe di calore geotermiche: ideata da Lord Kelvin nel 1852 la tecnologia della pompa di calore trova il suo sviluppo dagli anni ’50 del secolo scorso, soprattutto negli Stati Uniti e in Svezia. L’idea è di attingere al calore del terreno superficiale, che è come una sorta di enorme pila ricaricata dal Sole. La temperatura del terreno, infatti, già a pochi metri di profondità si mantiene grossomodo costante durante l’arco dell’anno: è, questa, una caratteristica comune a qualsiasi località del Pianeta, fortemente correlata all’azione della radiazione solare sulla crosta terrestre, che la trattiene e immagazzina sotto forma di energia pulita e rinnovabile. Oggi circa 80.000 pompe di calore sono installate negli Stati Uniti e 30.000 nella sola Svezia. Ma come abbiamo introdotto in precedenza, si può fare anche un uso diretto della geotermia per riscaldamento: in questo tipo di utilizzo si sfrutta il calore direttamente prodotto dal sottosuolo, attraverso i processi di cogenerazione geotermica (generazione congiunta di elettricità e calore) oppure l’acqua proveniente da aree dove il terreno è caldo (zone vulcaniche o termali), una caratteristica presente in diverse parti del mondo, dall’Ovest degli Stati Uniti, all’Islanda, al Giappone, alla stessa Italia. In queste aree acqua o vapore possono essere deviati da sorgenti naturali calde e portate direttamente in termosifoni, sistemi radianti oppure scambiatori di calore.

La geotermia nella produzione di energia elettrica

Uno dei principali problemi che caratterizzava la geotermia classica per la produzione di elettricità era la bassa temperatura del vapore estratto, che spesso portava a livelli di efficienza minori rispetto alle normali centrali termoelettriche, che utilizzano cioè combustibile per produrre vapore ed elettricità. Oggi la situazione è diversa e la geotermia si sta sviluppando rapidamente. Nel 2005, infatti, si è stimato nel mondo un totale di 56,786 GWh (204 PJ) di elettricità prodotta attraverso geotermia, coprendo circa lo 0,3% del consumo elettrico totale. In Italia, il Centro e Sud rappresentano un potenziale enorme per la geotermia per produzione elettrica, una reale e valida alternativa all’utilizzo del nucleare che purtroppo è ancora estremamente sottovalutata. Oltre allo storico impianto di Larderello, va sicuramente evidenziato l’interessante progetto per l’area dei Campi Flegrei, a Ovest di Napoli, il CFDDP (Campi Flegrei Deep Drilling Project), che ha il doppio obiettivo di studiare i meccanismi che generano il vulcanismo più catastrofico del Pianeta, e di sviluppare nuove tecnologie per lo sfruttamento dell’energia geotermica. I Campi Flegrei, infatti, sono il risultato di eruzioni generate cioè dal contatto del magma con l’acqua di falda, che all’estremo portano a eruzioni esplosive e di spaventosa violenza, responsabili delle grandi caldere di collasso come appunto i Campi Flegrei e lo Yellowstone negli USA (De Natale et al., 2008).

Possiamo individuare tre tipologie di tecniche di utilizzo:

  • Impianti dry steam, che utilizzano direttamente e classicamente il vapore acqueo geotermico a una temperatura media di 150°C per muovere le turbine.
  • Impianti flash steam, che utilizzano accumuli intermedi di vapore prima di portarlo alle turbine; essi richiedono temperature di 180°C o superiori.
  • Impianti a ciclo binario, in genere di bassa e media potenza: qui l’acqua ad alta temperatura è utilizzata per riscaldare un fluido secondario a basso punto di ebollizione, che poi viene fatto vaporizzare per alimentare le turbine di un generatore e successivamente ricondensato in ciclo chiuso (De Natale et al., 2008). La profondità massima delle perforazioni, prevalentemente per impianti di tipo binario, oggi raggiunge i 4-5 Km di profondità, da cui si ottenfono temperature di poco superiori ai 200°C.

Un discorso a parte va fatto per la cosiddetta geotermia hot dry rock: in particolari terreni caldi e secchi è possibile iniettare del liquido (in genere acqua) attraverso una prima perforazione profonda, che raggiunge o genera zone di roccia fratturata; l’acqua viene così surriscaldata per ritornare in superficie come vapore attraverso una seconda perforazione.

Lo sapevi che…

La sorgente calda Grand Prismatic Spring, nel Parco Nazionale di Yellowstone (Wyoming, USA) è la più grande sorgente di acqua calda termale in tutti gli Stati Uniti e la terza più grande al mondo. I colori estremamente vividi della sorgente sono il risultato di batteri pigmentati presenti nel sottofondo microbico, che cresce nei bordi. I batteri determinano colori variabili dal verde al rosso, mentre l’intensità dei colori dipende dalla quantità e tipologia dei pigmenti naturali come clorofilla e altri carotenoidi. In estate il substrato tende ad essere di color arancio e rosso mentre d’inverno è generalmente di colore verde scuro. Il centro della piscina è di colore blu intenso a causa della purezza dell’acqua e dell’assenza di vita per l’estremo calore.