Il nostro pianeta si sta lentamente raffreddando, ma la quantità di calore primordiale in esso contenuta è ancora enorme (12,6 x 1024 MJ) e si muove dalle profondità della Terra verso la sua superficie, dove viene dissipato nell’ambiente. Al flusso di calore primordiale si aggiunge quello del calore prodotto dal decadimento degli isotopi radioattivi a lunga vita dell’uranio, del torio e del potassio, presenti in molte rocce e materiali che costituiscono la crosta terrestre.
Pur con estrema variabilità da luogo a luogo, in funzione delle caratteristiche geologiche, il calore fluisce ininterrottamente. Si stima che il flusso di calore medio emesso in aree continentali sia di 57 mW/m2 (milliwatt a metro quadro di superficie), mentre in aree oceaniche il flusso è molto più elevato, circa 99 mW/m2. Il continuo rilascio di calore fa si che, in generale, la temperatura diminuisca spostandosi dall’interno della Terra verso la sua superficie.
Abituati a guardare le cose da un punto di vista umano, noi diciamo che la temperatura terrestre aumenta con la profondità, secondo il cosiddetto gradiente geotermico, la variazione di temperatura con la profondità (in °C/km ovvero gradi centigradi per chilometro). In principio, quindi, basta accedere a sufficiente profondità per ottenere la temperatura voluta. Un’altra caratteristica dello stato termico del sottosuolo, oltre alla presenza del flusso-gradiente geotermico, è la stabilità termica.
Il terreno infatti, grazie alla sua elevata inerzia termica, già a moderata profondità risente solo marginalmente delle fluttuazioni termiche giornaliere e stagionali della temperatura dell’aria ambiente. La geotermia ha una storia lunga. La parola deriva dal greco e significa “Calore della Terra” ed oggi è la scienza che, appunto, studia il calore contenuto nella terra e il suo trasferimento. Il fatto che questa energia arrivi dal sottosuolo fa sì che sia totalmente svincolata da fenomeni quali, ad esempio, il clima.
Come Funziona l'Energia Geotermica
Per sfruttare il calore naturalmente contenuto nel sottosuolo è necessario realizzare una centrale geotermica. Questi vapori, poi, sono convogliati verso una turbina, che viene così messa in moto, generando energia meccanica. Tramite un alternatore, poi, quest’ultima viene trasformata in energia elettrica.
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La produzione di elettricità da impianti geotermici consiste nella conversione del calore di un fluido in energia elettrica attraverso l’utilizzo di turbogeneratori, nei quali un fluido in fase vapore fornisce la forza necessaria per muovere le palettature di una turbina facendola ruotare, quindi generando energia meccanica che viene poi trasformata in energia elettrica da un generatore. Il vapore fornito alle turbine può derivare direttamente dai fluidi sotterranei - quando sono in parte o totalmente vaporizzati (tecnologie a contropressione, condensazione e flash) - oppure da fluidi diversi, secondari - riscaldati fino allo stato gassoso con il calore proveniente dai fluidi geotermici mediante uno scambiatore di calore (tecnologie binarie).
Perché la produzione elettrica risulti economica occorre che il calore geotermico sia sufficientemente concentrato, e quindi che i fluidi prodotti mediante uno o più pozzi abbiano temperature e flussi elevati.
Di solito la geotermia si divide in bassa, media e alta entalpia, in base al criterio più comune di classificazione delle risorse geotermiche. L’alta entalpia, caratterizzata da temperature superiori ai 150 °C, è ideale per la produzione di energia geotermoelettrica.
Oggi esistono diverse tipologie di centrali geotermiche, che sfruttano fluidi come il vapore e l’acqua. Più interessante, a livello di sfruttamento per fini domestici, quella a bassa entalpia (tra 20 e 80 °C): anche in questo caso riguarda lo sfruttamento del sottosuolo come serbatoio termico per riscaldare, prelevando calore in inverno, e raffrescare, cedendolo in estate.
Tipi di Impianti Geotermici
- Centrali geotermiche a vapore secco: il vapore è estratto dalle fratture presenti nel terreno ed utilizzato per azionare una turbina.
- Centrali geotermiche flash: prelevano acqua ad alta pressione dal sottosuolo e la fanno evaporare in superficie, fredda e a bassa pressione. Il vapore risultante viene utilizzato per alimentare le turbine.
Utilizzo dell'Energia Geotermica
L’applicazione più importante di produzione di calore geotermico è quella dedicata al riscaldamento e raffrescamento degli ambienti, ovvero alla climatizzazione. Per riscaldare gruppi di edifici, quartieri o intere città si utilizza invece il teleriscaldamento geotermico, un sistema in cui il calore prodotto da un impianto centralizzato viene distribuito alle utenze finali attraverso una rete di distribuzione. Il fluido distribuito alle utenze viene riscaldato tramite uno scambiatore di calore, che trasferisce il calore del fluido geotermico, prelevato con uno o più pozzi.
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L’energia geotermica è una soluzione sostenibile per la produzione di calore da utilizzare negli edifici per la climatizzazione e per la produzione di acqua calda sanitaria. È una scelta ecologica, ma anche molto conveniente. L’interesse verso questa soluzione, del resto, è decisamente in crescita, soprattutto alla luce della direzione presa dall’Europa, che prevede un futuro stop alla produzione di caldaie a gas e che orienta il mercato verso soluzioni green e alternative.
L’energia geotermica può essere utilizzata anche per la produzione di calore all’interno degli edifici, attraverso l’installazione di una pompa di calore geotermica. Riscaldare casa con una pompa di calore geotermica significa ridurre le emissioni di CO2 connesse alla climatizzazione domestica, sfruttando una fonte energetica rinnovabile e gratuita. Inoltre, hanno un livello di efficienza molto elevato e a parità di livello di comfort interno, la quantità di energia consumata per raggiungerlo è davvero ridotta rispetto ad altre soluzioni.
Questi impianti lavorano in modo ottimale durante tutto l’anno, assicurando riscaldamento, raffrescamento e acqua calda sanitaria. Infine, la longevità e affidabilità delle pompe di calore, dovuta anche al fatto che la maggior parte dei componenti è nel terreno e protetta, le rende davvero interessanti. In ambito domestico si sfruttano impianti a bassa entalpia, utilizzando il sottosuolo come serbatoio termico per riscaldare gli edifici, prelevando calore in inverno, e raffrescarli, cedendolo in estate.
Ciò è permesso da una pompa di calore geotermica, un sistema che prevede la predisposizione di sonde geotermiche nel terreno, ad essa collegate e generalmente realizzate in tubi di polietilene. Lo scopo delle sonde è proprio quello di “raccogliere” il calore, grazie a un fluido termovettore che scorre al loro interno, come l’acqua glicolata. Possono svilupparsi in orizzontale o, scendendo anche a profondità di oltre 100 metri, anche in verticale. La loro installazione prevede l’utilizzo di apposite tecniche di carotaggio.
Componenti di un Impianto Geotermico Domestico
- Sistema di captazione del calore: sonde geotermiche (verticali o orizzontali) e fluido termovettore.
- Pompa di calore geotermica: trasferisce il calore dal terreno all'impianto di distribuzione termica.
- Sistema di accumulo e distribuzione del calore: pannelli radianti a pavimento e serbatoio di accumulo per l'acqua calda.
Vantaggi dell'Energia Geotermica
I vantaggi dell’energia geotermica risiedono sicuramente nel suo essere rinnovabile e pulita, oltre che a disposizione in modo gratuito. L’energia geotermica, inoltre, assicura un’elevata produzione di energia elettrica, che non viene in alcun modo influenzata da fattori atmosferici come la temperatura o le stagioni, tanto da essere considerata una fonte energetica prevedibile e programmabile. Inoltre, non ci sono prodotti di scarto, in quanto il vapore viene trasformato in acqua pulita che può tranquillamente essere reimmessa nel terreno per un nuovo ciclo. Tutto ciò assicura efficienza e vantaggi economici interessanti.
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La geotermia domestica consente di sfruttare una fonte rinnovabile, gratuita e sempre disponibile, indipendente dalle condizioni climatiche. Le pompe di calore geotermiche garantiscono riscaldamento, raffrescamento e acqua calda sanitaria con un’unica tecnologia, riducendo sensibilmente i consumi energetici e le emissioni di CO₂. L’elevata efficienza si traduce in bollette più leggere e comfort costante durante tutto l’anno. Inoltre, gli impianti sono caratterizzati da bassi costi di manutenzione e lunga durata, soprattutto per le sonde interrate che possono superare i 50 anni di vita utile.
Sì. Le pompe di calore geotermiche lavorano in maniera ottimale con impianti di riscaldamento a bassa temperatura, come i pannelli radianti a pavimento. Questa combinazione consente di sfruttare al meglio l’elevata efficienza della geotermia, garantendo un comfort uniforme negli ambienti e un significativo risparmio energetico. In linea di principio sì, ma l’efficienza della pompa di calore geotermica è massima quando lavora con sistemi a bassa temperatura, come il riscaldamento a pavimento o a parete. I termosifoni tradizionali richiedono invece temperature più alte, che possono ridurre le prestazioni dell’impianto e allungare i tempi di ammortamento dell’investimento.
Incentivi per l'Installazione di Impianti Geotermici
Favorire l’efficientamento energetico degli edifici e la diffusione dell’energia rinnovabile è una priorità per il Governo, anche per garantire il raggiungimento dei target di sostenibilità fissati a livello europeo. Inoltre, agevolare gli investimenti privati rimane senza dubbio una strategia valida per favorire un reale cambiamento. Per questi motivi, ancor prima delle più stringenti e recenti normative, si era già iniziato a incentivare tutte quelle soluzioni che permettessero il recupero degli edifici esistenti. Ciò vale anche per le pompe di calore geotermiche, se installate in occasione di un intervento di riqualificazione energetica.
Fino alla fine del 2024, l’Ecobonus prevede una detrazione pari al 65% della spesa sostenuta per l’installazione dell’impianto, restituita sottoforma di detrazioni IRPEF in dieci quote annuali di uguale importo. Un’alternativa, poi, è il Conto Termico 2.0, gestito dal GSE, che incentiva interventi di riqualificazione energetica sostenuti da PA e privati. Tra le spese ammesse c’è anche la sostituzione dell’impianto di climatizzazione esistente con una pompa di calore, anche geotermica. In questo caso l’incentivo varia e viene calcolato tramite apposita formula, che considera la potenzialità dell’intervento e l’energia termica annua prodotta.
Nel primo caso si ottiene un vero e proprio contributo economico per l’acquisto e l’installazione, nel secondo caso di beneficia dell’agevolazione mediante le detrazioni fiscali.
Costi e Manutenzione
Il costo dipende dalla dimensione dell’edificio, dalla potenza richiesta e dalla tipologia di terreno. In media, per una casa di circa 100 m², un impianto geotermico può costare tra i 15.000 e i 25.000 euro. La voce di spesa più rilevante non è la pompa di calore in sé, ma la perforazione e la posa delle sonde. A queste cifre possono aggiungersi eventuali oneri autorizzativi e pratiche burocratiche.
Gli impianti geotermici sono noti per la loro lunga durata, che mediamente è di circa 20-25 anni, mentre le sonde geotermiche interrate possono durare 50 anni o più, dato che sono protette nel terreno e non subiscono l’usura tipica delle parti esposte.
La manutenzione è contenuta e riguarda principalmente la verifica periodica della pompa di calore, il controllo dei circuiti idraulici ed elettrici, l’eventuale ricarica del fluido termovettore e le verifiche sul fluido refrigerante, secondo normativa.
Diffusione dell'Energia Geotermica in Italia e nel Mondo
La geotermia in Italia è molto diffusa e secondo i dati del 2019 rappresenta il 2% e del 5% del fabbisogno energetico complessivo e il 5% circa per quanto riguarda le sole fonti rinnovabili; si stima inoltre che ogni anno il nostro paese produca 6 terawattora di energia geotermica.
In base alla classifica invece dei dieci maggiori Paesi geotermici del 2023 stilata da ThinkGeoEnergy’s, l'Italia si colloca in ottava posizione con una capacità pari a 916 MW. A livello globale, fanno meglio di noi gli Stati Uniti con una capacità pari a 3.900 MW, seguiti da Indonesia, Filippine, Turchia, Nuova Zelanda e Kenya.
Nel nostro Paese le zone ad alta geotermia si trovano in Toscana: si tratta del triangolo Larderello-Travale-Radicondoli e del Monte Amiata. A Larderello si trova il più grande impianto geotermico di tutta Europa; oltre che in Toscana le centrali geotermiche in Italia sono dislocate tra Campania, Veneto, Emilia-Romagna, Sicilia e Friuli-Venezia-Giulia.
In Emilia-Romagna non sono presenti fonti geotermiche ad alta entalpia, cioè con temperature maggiori di 120 °C, direttamente utilizzabili per la produzione di energia elettrica; tuttavia, nell’Appennino emiliano-romagnolo e nella pianura sono presenti sorgenti termali e pozzi con anomalie termiche positive, indicativi di sistemi a bassa e media entalpia che possono essere sfruttati per usi diretti del calore. Ad esempio, a Ferrara e a Bagno di Romagna, lo sfruttamento di questi serbatoi geotermici a bassa entalpia ha permesso l’uso diretto del calore per il teleriscaldamento e la balneologia. Altre applicazioni sono possibili in campo industriale e in agricoltura.
| Paese | Capacità (MW) |
|---|---|
| Stati Uniti | 3.900 |
| Indonesia | N/A |
| Filippine | N/A |
| Turchia | N/A |
| Nuova Zelanda | N/A |
| Kenya | N/A |
| Italia | 916 |
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