L’energia geotermica è quella energia contenuta sotto forma di calore nell’interno della Terra. Si tratta di una risorsa naturale che può essere sfruttata dall’uomo per la generazione di energia elettrica o in processi di riscaldamento di ambienti (edifici domestici o industriali, serre, ecc.) ed in processi industriali (acquicoltura, ecc.)
Nella crosta terrestre, a profondità (Z) di 1-4 km esistono alcune zone dove il gradiente termico è sensibilmente superiore a quello medio (Gg = 2,5°-3°C/100 m). Queste condizioni si verificano quando non lontano dalla superficie vi sono delle masse fluide o già solidificate in via di raffreddamento oppure vi sono situazioni idrogeologiche particolari che permettono l’accumulo di calore.
I fluidi geotermici sono formati prevalentemente da acqua meteorica penetrata nel sottosuolo fino ad una distanza sufficiente dalle masse calde da essere riscaldata. L’acqua penetra lentamente nel sottosuolo finché non incontra un livello impermeabile. Si formano in questo modo acquiferi caldi (serbatoi geotermici) anche a T di oltre 300° C, dove oltre alla fase liquida dell’acqua è presente la fase vapore. Questi serbatoi possono poi rimanere confinati e in pressione, per effetto di una copertura impermeabile, con un contributo energetico assai elevato. In questo caso verranno predisposti pozzi profondi fino a qualche Km per il loro sfruttamento (pozzi geotermici). I fluidi (acqua e/o vapore) possono anche raggiungere spontaneamente la superficie dando luogo a manifestazioni geotermiche naturali (sorgenti calde, geyser, fumarole).
Le zone di maggior interesse ossia quelle zone della crosta dove è più probabile l’esistenza di serbatoi geotermici sono quelle dal punto di vista vulcanologico attive attualmente.
L’individuazione dei serbatoi
L’individuazione di un serbatoio geotermico confinato in profondità è un’attività complessa complessa si articola in varie fasi:
- prospezione (indagini geologiche, geochimiche, geofisiche, ecc.)
- perforazione di pozzetti esplorativi per misure di T (gradiente geotermico) e flusso di calore
- esplorazione profonda (perforazione di pozzi fino a Z = 4-5 km)
Generazione di energia geotermica da rocce calde secche – Creazione di serbatoi geotermici artificiali
Si effettua la perforazione di un pozzo fino a raggiungere il volume di roccia calda secca che attraverso il pompaggio di acqua a forti pressioni si fessura in una rete di fratture. Nel serbatoio artificiale così creato si pompa acqua fredda che circolando nelle rocce raggiungerà la superficie come acqua calda liquida o vapore pronta per essere sfruttata per produrre calore o elettricità.
Generazione di energia geotermoelettrica
E’ possibile sfruttare sia i serbatoi geotermici che le manifestazioni geotermiche naturali per la produzione di energia elettrica sfruttando la pressione dei fluidi geotermici.
Gli impianti geotermici
I sistemi geotermici a LT, in ambito residenziale, sono ancora poco conosciuti in Italia mentre sono diffusi in particolare nel Nord Europa e negli USA.
Un sistema geotermico racchiude in unico impianto le stesse funzioni normalmente demandate a due diverse installazioni, ovvero caldaie e condizionatori. Si tratta comunque di impianti che si prestano bene all’integrazione con altri generatori di calore ad alta efficienza come impianti solari termici o caldaie a condensazione. Elementi fondamentali di un impianto geotermico sono:
1. Un sistema di captazione del calore costituito in genere da tubature in polietilene interrate a grandi profondità (sonde geotermiche verticali) oppure a profondità e poste orizzontalmente (sonde orizzontali) le quali fungono da scambiatori di calore, sfruttando l’energia termica presente nel sottosuolo o nell’acqua. Le tubature possono essere interrate verticalmente nel terreno e a grandi profondità (sonde geotermiche verticali) oppure orizzontalmente a 1-2 metri di profondità (sonde o collettori orizzontali). La scelta dei diversi sistemi di captazione da installare è quindi condizionata dalle diverse caratteristiche geologiche e climatiche del luogo scelto.
2. Pompa di calore geotermica
Consente di trasferire il calore dal terreno o dall’acqua, all’ambiente interno durante la fase di riscaldamento e di invertire il ciclo durante la fase di raffreddamento (raffrescamento).
3. Sistema di accumulo e distribuzione del calore
Gli impianti geotermici sono particolarmente adatti per lavorare con terminali di riscaldamento/raffrescamento funzionanti a basse temperature (30-50°C), come ad esempio i pannelli radianti e i ventilcovettori .
La presenza di un serbatoio di accumulo per l’acqua calda risulta indispensabile per immagazzinare il calore e quindi distribuirlo all’edificio –per il riscaldamento e per gli usi sanitari- quando vi è richiesta.
Una stima della vita media di un impianto geotermico può essere fatta più su alcuni singoli componenti che sull’intero impianto.
Le pompe di calore geotermiche hanno una vita utile di almeno 15-20 anni (per le taglie domestiche la durata è inferiore), mentre le sonde geotermiche possono funzionare senza problemi per molte decine d’anni (anche fino a 80-100 anni).
I vantaggi di un impianto geotermico
L’energia termica prodotta in impianto geotermico è indipendente dalle temperature esterne ed è disponibile per 365 giorni l’anno. I costi di esercizio sono inferiori di circa il 60% rispetto a un sistema di riscaldamento con caldaia a metano. Un altro vantaggio è quello di poter utilizzare un unico sistema per riscaldare e raffrescare gli ambienti interni che non necessita di processi di combustione e di canne fumarie e che quindi riduce al minimo la necessità di interventi di manutenzione.
Il risparmio energetico
L’energia geotermica totale prodotta nel mondo consente di risparmiare quasi 100 milioni di barili di petrolio all’anno con un coefficiente di rendimento della potenza elettrica installata del 35%.
L’energia dell’insieme degli usi diretti e delle pompe di calore geotermiche nel mondo equivale a quasi 130 milioni di barili di petrolio all’anno.
L’utilizzo dell’energia geotermica ha anche effetti sull’ambiente, poichè permette di ridurre l’emissione di ossidi di zolfo (SOX) e azoto (NOX).
Fonti: La geotermia ieri, oggi, domani – Numero Speciale del Notiziario UGI – Autori vari (2007)
