Viaggio al centro della Terra: l’energia geotermica

Nel secondo episodio della serie Energie, parliamo della potente energia proveniente dal cuore pulsante del nostro pianeta, vale a dire l’energia geotermica.

di Diego Michielin 

Nell’ambito delle energie rinnovabili, l’energia geotermica è sicuramente una delle meno conosciute e diffuse se paragonata alle più note quali l’idroelettrico, l’eolico o il solare. L’Italia è stata una nazione pioniera nello sfruttamento del calore proveniente dal nucleo terrestre, inaugurando il primo impianto del mondo per la produzione di energia elettrica a Larderello (in provincia di Pisa) nei primi anni del Novecento. Le potenzialità dell’energia geotermica sono ampie, considerando che una piccola frazione di questa energia basterebbe sulla carta a soddisfare il fabbisogno totale annuo italiano. Ma al di là di queste congetture, qual è lo stato dell’arte della tecnologia e quali sono i possibili sviluppi di questa energia che proviene dalle viscere terrestri?

Calore ipogeo: come funziona l’energia geotermica

Il processo alla base dell’energia geotermica consiste nello sfruttare il potenziale termico (calore) della Terra, che si origina dai processi di decadimento nucleare di alcuni isotopi radioattivi (uranio, torio e potassio) naturalmente contenuti all’interno di alcune rocce (le rocce ipogee). Questo calore si propaga nella crosta terrestre per conduzione e convenzione e, con l’ausilio di un fluido vettore (tipicamente l’acqua), fluisce verso la superficie dando luogo a sorgenti calde.

Le manifestazioni naturali di tale energia sulla superficie terrestre sono numerose e alcune di esse sono ben note. I vulcani, per esempio, sono strutture geologiche modellate dal magma, massa rocciosa fusa; le fumarole sono fenomeni di vulcanismo secondario e hanno reso celebri i Campi Flegrei campani; oppure, gli iconici geyser sono potenti getti di acqua calda mista a vapore, osservabili per esempio in Islanda e nel parco nazionale di Yellowstone (Stati Uniti). E come non menzionare infine le terme, stazioni turistiche nelle quali il calore del sottosuolo permette una rigenerante pausa dalla stanchezza del tran tran quotidiano. L’energia geotermica, inoltre, può rimanere intrappolata nel sottosuolo all’interno di strati permeabili di roccia, formando così dei serbatoi geotermici.

La centrale geotermica

L’energia geotermica viene convenzionalmente adoperata in due forme: nel teleriscaldamento, dove il calore viene usato direttamente per riscaldare le acque della rete idrica urbana, e nella produzione di energia elettrica. Con riferimento a quest’ultima, il cuore di una centrale risiede nel pozzo geotermico, dove vengono intercettati e raccolti i caldi fluidi del sottosuolo. Se un tempo, per limiti tecnologici, si potevano sfruttare solo le manifestazioni geotermiche più prossime alla superficie, al giorno d’oggi i pozzi di iniezione ed estrazione penetrano nel terreno raggiungendo profondità di oltre 4 km. Il vapore del pozzo viene convogliato in una turbina accoppiata a un alternatore, il quale produce energia elettrica da inviare al trasformatore e quindi immettere nella rete elettrica.

Il vapore in uscita dalla turbina, non più caldo a fine ciclo, passa per un condensatore e torna allo stato liquido per poi essere reiniettato nel sottosuolo. Per quanto riguarda invece il teleriscaldamento, facendo riferimento agli impianti geotermici domestici più diffusi , una conduttura sotto l’edificio si spinge nei meandri del terreno fino a 100-150 metri. In tale tubazione a ciclo chiuso scorre dell’acqua che assorbe quindi l’energia termica del sottosuolo (dove la temperatura è fra 20°C e 80°C) e lo trasporta quindi nella pompa di calore dell’edificio.

infografica di Viola Madau

Pro e contro dell’energia geotermica

L’energia geotermica potrebbe venire in aiuto nel contrasto al cambiamento climatico considerando che, sia per la generazione elettrica che per il teleriscaldamento, tale fonte abbatte la produzione di anidride carbonica e polveri sottili rispetto ai convenzionali impianti termoelettrici a combustibili fossili. Trattandosi di un’energia rinnovabile, un ulteriore vantaggio è la sua disponibilità inesauribile e non legata al fabbisogno di alcun materiale o combustibile, ça va sans dire al netto del materiale impiegato nella costruzione e nel mantenimento della centrale. Rispetto alle altre fonti rinnovabili come eolico o solare, presenta inoltre un ulteriore grande vantaggio.

La sua disponibilità è continua e non legata ad aspetti geografici e temporali: la produzione elettrica di una pala eolica dipende dalla ventosità della zona così come la produzione elettrica di un pannello solare dipende dall’irraggiamento e dall’alternarsi del giorno e della notte. Una centrale geotermica, una volta installata in una idonea zona “attiva”, funzionerà in maniera costante.

Inevitabilmente però la coperta è corta. Fra gli svantaggi bisognerà considerare la rumorosità, presente soprattutto in fase di costruzione per le perforazioni e la messa in servizio dei macchinari. Inoltre, l’estrazione e la reiniezione dei geofluidi potrebbe portare – il condizionale è d’obbligo perché dipende dalla morfologia del territorio – a fenomeni di micro-sismicità e fenomeni di subsidenza, cioè di sprofondamento localizzato nei dintorni del campo geotermico. Infine, l’estrazione dei geofluidi provenienti dalle viscere terrestri potrebbe portare  all’emissione di sostanze tossiche come ad esempio acido solfidrico (H₂S), mercurio (Hg) e zolfo (S). Per fortuna, questo aspetto può essere mitigato con opportuni impianti di abbattimento, oppure adoperando un approccio a ciclo binario, dove il fluido geotermico corre a ciclo chiuso e viene reimmesso nel serbatoio geotermico, senza venire quindi rilasciato nell’atmosfera.

Stato dell’arte e sviluppi

Il comparto geotermico sta fortemente crescendo negli ultimi anni ma rimane una parte decisamente limitata nel contesto energetico globale considerando che, al 2019, solo lo 0.35% della produzione di energia elettrica mondiale proveniva da tale fonte. Facendo una carrellata delle nazioni che al 2020 avevano la maggiore capacità installata troviamo: gli Stati Uniti (con 3714 MW), l’Indonesia (con 2133 MW), le Filippine (1918 MW), la Turchia (1,526 MW), la Nuova Zelanda (1005 MW), il Messico (963 MW), l’Italia (944 MW), il Kenia (861 MW), l’Islanda (755 MW) e il Giappone (603 MW). Nel dettaglio, in Italia vengono prodotti ogni anno circa 6 TWh su un totale di 280 TWh, ossia circa il 2% della quota totale di energia e circa il 5% della quota di energia rinnovabile.

Le centrali geotermiche italiane per la produzione di elettricità sono localizzate in Toscana. A Larderello vi è il più grande impianto geotermico di Europa e in tutta la regione sono ad oggi installate una trentina di centrali di varia taglia e tecnologia. La maggior parte del calore sfruttato proviene dal complesso vulcanico del Monte Amiata. Anche altre regioni hanno buone potenzialità in termini teorici (Sicilia, Campania, Veneto ed Emilia-Romagna) ma la loro rilevanza allo stato attuale è nulla rispetto alla regione etrusca.

Per quanto concerne il futuro dei sistemi geotermici, sono in fase di ricerca i cosiddetti “Enhanced Geothermal Systems” (Sistemi geotermici migliorati) nei quali il rendimento della centrale viene migliorato tramite tecniche di pompaggio specifiche e lo sfruttamento di geofluidi diversi dall’acqua. È da evidenziare inoltre in Italia l’inaugurazione di un sistema di accumulo geotermico innovativo (TES, Thermal Energy Storage), composto da una struttura di rocce attraversate da condotte idrauliche. L’impianto così costituito potrà essere “caricato” dal vapore della centrale al fine di riscaldare le rocce calde (fino a 550°C). Nei momenti di bisogno, tale calore immagazzinato nelle rocce può essere usato per scaldare l’acqua in pressione e creare quindi vapore da inviare alla centrale geotermica.

Considerando la grande disponibilità presente in natura e la sua costanza, l’energia geotermica è cruciale nel contrasto al cambiamento climatico e nella produzione di elettricità in maniera pulita. Uno sviluppo sostenibile e armonico di questa tecnologia renderebbe forse fiero pure Jules Verne che a metà dell’Ottocento aveva immaginato il celebre viaggio al centro della Terra. Chissà se pure il famoso scrittore francese abbia fantasticato di una centrale geotermica nel cuore del pianeta.

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