L’energia geotermica è l’energia generata dal calore naturale presente all’interno della Terra. Questo calore aumenta progressivamente con la profondità, secondo il cosiddetto gradiente geotermico, che in media è di circa 3°C ogni 100 metri.
L’energia geotermica viene resa disponibile attraverso fluidi vettori (acqua o vapore), che si trovano naturalmente nel sottosuolo o che possono essere immessi artificialmente. Ma come è possibile recuperare il calore dalla Terra? I vulcani, i gyser e le sorgenti di acqua calda ne sono un esempio. La temperatura del suolo aumenta man mano che si scende in profondità, registrando un incremento di 3 gradi centigradi ogni 100 metri: le acque sotterranee, a contatto con rocce ad alte temperature, si trasformano in vapore.
L'energia geotermica è una fonte affidabile e stabile da cui è possibile ricavare una quantità di energia costante nel tempo e rispetto alle altre fonti rinnovabili si caratterizza per un'occupazione del suolo più contenuta. L'energia geotermica è una fonte di energia rinnovabile che sfrutta il calore naturalmente presente nella crosta terrestre per produrre elettricità o calore.
Evoluzione della Tecnologia Geotermica
La geotermia ha una storia lunga: la parola viene dal greco "gea" e "thermòs" e significa “calore della Terra”. L'uso dell'energia geotermica risale all’antichità, da sempre infatti l’uomo sfrutta il calore proveniente dalla terra per riscaldarsi, cucinare o alimentare i complessi termali: basta pensare alle sorgenti calde utilizzate per la balneazione fin dal Paleolitico, ai bagni termali di epoca ellenica o alle sorgenti utilizzate dai Romani per alimentare i bagni pubblici e il riscaldamento a pavimento.
Ma per arrivare all’utilizzo dell’energia geotermica così come la conosciamo oggi bisogna arrivare al 1892, con il primo sistema di teleriscaldamento alimentato direttamente da energia geotermica, a Boise negli Stati Uniti. Solo nel ‘900 arriva la possibilità di sfruttarla per la produzione di elettricità; in Italia il primo impianto viene realizzato a Lardarello, in Toscana. Da allora la tecnologia ha compiuto progressi significativi permettendo di trivellare a profondità maggiori; così, ad esempio, Stati Uniti e Islanda hanno ottimizzato l’utilizzo dell’energia geotermica presenti nei rispettivi territori, sfruttandoli soprattutto per il riscaldamento domestico.
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L’Italia è stata un Paese pioniere nell’uso dell’energia geotermica: a Larderello, nel 1904, fu condotto il primo esperimento al mondo di produzione di elettricità dal calore del sottosuolo. Il primo impianto geotermoelettrico fu poi avviato nel 1913.
Come Funziona l'Energia Geotermica
Una volta chiarita la definizione di energia geotermica, scopriamo invece come funziona la geotermia. Il calore geotermico è il risultato di processi di decadimento nucleare di elementi radioattivi (uranio, torio e potassio) presenti all'interno del sottosuolo.
L'energia geotermica accumulata nel sottosuolo arriva in superficie attraverso vettori fluidi come acqua e vapore; questa può essere sfruttata per produrre energia elettrica, ma per farlo c’è bisogno di una centrale geotermica. Ne esistono tre tipologie:
- Centrali geotermiche a vapore secco, in cui il vapore è estratto dalle fratture presenti nel terreno ed utilizzato per azionare una turbina.
- Centrali geotermiche flash che 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.
Ma come funziona una centrale geotermica? Dei pozzi di estrazione scavati nel terreno per alcuni chilometri permettono ai fluidi geotermici di risalire verso la superficie; il vapore incanalato mette in moto la turbina generando energia meccanica che successivamente un alternatore trasformerà in energia elettrica. I vapori vengono quindi raffreddati in un condensatore e l’acqua ottenuta viene reimmessa nel sottosuolo.
Nel campo geotermico Larderello-Travale/Radicondoli, il serbatoio profondo è a vapore dominante, con pressioni fino a 20 MPa e temperature tra 300 e 350°C a circa 3.000 metri di profondità. Le centrali geotermiche convertono il calore sotterraneo in energia elettrica. L’acqua ad alta pressione viene portata in superficie, dove subisce una decompressione che genera vapore.
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L’acqua calda del sottosuolo scalda un secondo fluido a basso punto di ebollizione, che vaporizza e aziona la turbina. Nelle centrali a vapore secco, il vapore geotermico viene trasportato alla centrale tramite vapordotti. Una parte del fluido viene poi reimmessa nel sottosuolo tramite pozzi di reiniezione, contribuendo a mantenere l’equilibrio del serbatoio e a prolungarne la vita utile.
Questa forma di geotermia sfrutta il calore costante del sottosuolo (circa 10-15°C già a 1 metro di profondità), attraverso pompe di calore geotermiche. Le pompe di calore geotermiche sono altamente efficienti: per ogni 1 kW di energia elettrica consumata, producono in media 3 kW termici.
Impianto Geotermico Domestico: Cos'è e Come Funziona
È un tipo di impianto che utilizza una pompa di calore geotermica per produrre riscaldamento o raffreddamento: in inverno la pompa assorbe il calore dal terreno per riversarlo negli ambienti interni e riscaldarli, mentre in estate assorbe calore dagli ambienti per riversarlo nel terreno. Si tratta di impianti a bassa entalpia, la temperatura cioè oscilla tra i 20 e gli 80 gradi centigradi; un sistema di riscaldamento geotermico funziona grazie a una rete di tubi sotterranei all’interno dei quali scorre un liquido termovettore che raccoglie l’energia termica del terreno e dell’acqua e la trasporta alla pompa di calore.
Da qui il calore viene trasferito all’acqua o all’aria per riscaldare gli ambienti (tramite pannelli radianti, riscaldamento a pavimento e i ventilconvettori) o per produrre acqua calda sanitaria. Nel caso di raffreddamento il processo è esattamente inverso.
Il costo di un impianto geotermico è molto variabile e dipende da diversi fattori: la qualità degli elementi scelti, il tipo di terreno dove verrà installato, le dimensioni dell’edificio e il grado di isolamento termico. Per un’abitazione di 100 mq i costi possono variare dai 30 ai 60 mila euro.
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Sistemi di Sfruttamento del Calore del Sottosuolo
- Questo sistema di assorbimento del calore prevede la perforazione verticale del terreno fino a 50-150 metri di profondità. Affinché questo sistema di sfruttamento dell'energia geotermica sia economicamente vantaggioso, occorrono impianti di riscaldamento a bassa temperatura.
- A differenza delle sonde di perforazione, i collettori di superficie vengono posate orizzontalmente a una profondità di 1,5-2 metri. Il principale svantaggio di questo sistema è un fabbisogno relativamente elevato di superficie di servizio, pari a circa 500-600 metri quadrati per un edificio privato medio (potenza 15 kW). Per una potenza di 7 kW, il fabbisogno di superficie è di ca.
- Le ceste energetiche sono delle volte di tubi PE montate a spirale, la quale ha un diametro di ca. Le ceste energetiche sono un composto fra le sonde geotermiche ed i collettori di superficie. Le ceste energetiche hanno proprietà termiche simili a quelle dei collettori.
I costi di investimento per un sistema di sfruttamento dell'energia geotermica sono sensibilmente più alti rispetto ai sistemi convenzionali. Tuttavia è bene considerare che l'impianto geotermico ha un ciclo di vita molto più lungo. Una caldaia tradizionale deve essere sostituita di norma dopo ca. In generale vale: .
L'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.
"Larderello, in Toscana, è stata la prima zona al mondo, nel 1904, a produrre energia elettrica geotermica. In Italia abbiamo una storia di primato a livello globale" ricorda Galgaro. "Quella è una zona molto vocata al geotermico, così come tutta la porzione occidentale dell’Italia centro-meridionale, quindi il Lazio, Ischia, Campi Flegrei e Vesuvio, fino alla zona etnea e delle Eolie. Ci sono vulcani sottomarini anche nel Tirreno meridionale, come Marsili". Un altro hot spot geotermico si ha a largo dell’Adriatico settentrionale, sia a Portogruaro sia a largo di Chioggia. "In questo caso le zone di interesse sono state individuate in pozzi scavati da Eni a scopi petroliferi negli anni ‘70. Anche nell’hinterland milanese la società aveva perforato dei pozzi negli anni ‘80 e in uno studio che abbiamo condotto in collaborazione proprio con Eni abbiamo trovato temperature ben superiori ai 100°C. La vicinanza a centri fortemente urbanizzati può rappresentare in questo caso un’opportunità per portare calore a un distretto abitato tramite sistemi di teleriscaldamento" sostiene Galgaro.
Oggi sono attivi solo una piccola parte dei circa 2000 pozzi petroliferi e gasiferi che sono stati scavati nel corso del XX secolo in Italia. Alcuni di quelli inutilizzati possono venire usati per nuovi scopi, tra cui anche la ricerca di minerali critici alla transizione energetica. "Vi sono situazioni in cui la risorsa geotermica è ospitata all’interno di rocce già fratturate in cui circolano dei fluidi carichi di soluzioni minerarie. Tra questi minerali ci sono terre rare e litio, talvolta in concentrazioni notevoli, come nel Lazio settentrionale. Oggi il geotermico ha un peso piuttosto limitato nella produzione di energia elettrica in Italia e nel mondo. La zona italiana più produttiva, ovvero Larderello, raggiunge il 4% della produzione elettrica locale.
Oltre al fronte termo-elettrico, la tecnologia geotermica può dare un grande contributo alla circolarità dell’economia. Un’enorme occasione si presenta proprio nel distretto termale ai piedi dei Colli Euganei, in provincia di Padova. "In quest’area, le attività termali estraggono 14 milioni di metri cubi l’anno di acqua a temperatura media di 80° - 85°C, che viene scaricata a 50° - 55°C nei canali e nelle fognature" spiega Galgaro. "Non possono fare diversamente, perché i microrganismi con proprietà terapeutiche presenti nei fanghi, impiegati nei centri termali, non sopravvivono a temperature superiori ai 65°C. Occorre quindi consumare energia elettrica per raffreddare le acque. Quando viene poi scaricata è ancora troppo calda per essere usata ad altri scopi, come l’irrigazione. L’impatto ambientale ed energetico di questo ciclo è notevole.
"La mia idea è sempre stata quella di utilizzare la testa e la coda di questa risorsa, senza interferire con le attività terapeutiche e degli albergatori, ma dando un’opportunità alle comunità locali. Utilizzando l’acqua di scarto si potrebbe riscaldare tutta Abano, Galzignano, Battaglia e Montegrotto: circa 50.000 persone e tra le 15.000 e le 20.000 abitazioni. Per riversare le acque di scarto gli albergatori devono anche pagare una tassa ai comuni, che con queste risorse dovrebbero adeguare alle norme ambientali il sistema di scarico. "I comuni però non fanno le operazioni di adeguamento e gli albergatori di conseguenza non vogliono pagare la tassa. Agli albergatori è stato proposto anche di entrare in un business con le multiutility, per trasformare lo scarto in risorsa energetica con cui riscaldare un’intera area di interesse turistico.
"Sarebbe un vantaggio per tutti, sia sotto il profilo ambientale sia addirittura economico" sottolinea Galgaro.
Vantaggi e Svantaggi dell'Energia Geotermica
Fonte di energia verde e rinnovabile per eccellenza, l'energia geotermica è un'energia alternativa e pulita a cui fanno da cornice non trascurabili vantaggi. La produzione di energia è continua, indipendentemente dalle temperature esterne, dalle condizioni meteorologiche e dall'alternanza giorno-notte. Tra le energie rinnovabili, quella geotermica è la fonte che riesce a produrre la maggiore quantità di elettricità e può essere sfruttata anche per produrre riscaldamento. Gli impianti geotermici sono silenziosi, non creano problemi acustici e non emettono anidride carbonica e polveri sottili. Gli scarti di produzione vengono rimessi in circolo grazie al riciclo del vapore prodotto e l'assenza di processi di combustione riduce al minimo la necessità di interventi di manutenzione sugli impianti.
Un impianto geotermico domestico può sia riscaldare che raffreddare l'abitazione riducendo le spese in bollette e con costi di manutenzione irrisori rispetto a un impianto tradizionale.
La geotermia sfrutta il calore presente nel sottosuolo terrestre per generare riscaldamento o energia elettrica. Gli impianti geotermici sono progettati per captare e valorizzare questa energia. In particolare, le centrali geotermiche destinano il calore del sottosuolo alla produzione di elettricità, grazie a un processo ingegneristico avanzato. Si realizzano perforazioni fino a 3.000 metri di profondità, in aree con significative risorse geotermiche. Oltre alla produzione di elettricità, la geotermia trova applicazione diretta nel riscaldamento.
L’energia geotermica offre numerosi vantaggi, sia in termini ambientali che economici. È una fonte rinnovabile, pulita e sempre disponibile, indipendentemente dalle condizioni climatiche. Dal punto di vista ambientale, la geotermia si distingue per le basse emissioni di CO₂ e per l’impatto minimo sul paesaggio. Le centrali di energia geotermica così come gli impianti geotermici domestici non bruciano combustibili fossili e non generano emissioni nocive durante il funzionamento.
Dal lato economico, l’impianto geotermico rappresenta un investimento intelligente nel medio-lungo termine. Dopo i costi iniziali di installazione, che possono variare in base alla profondità di perforazione e alla dimensione dell’impianto, i costi di esercizio sono estremamente contenuti.
La geotermia a bassa entalpia è ideale per l’uso domestico e si basa su temperature inferiori ai 90°C. La geotermia ad alta entalpia, invece, si sfrutta nelle centrali geotermiche per la produzione di energia elettrica.
L’energia geotermica svolge un ruolo strategico nella transizione ecologica verso un sistema più sostenibile. L’energia geotermica si basa sul calore naturale del pianeta Terra, presente nelle rocce del sottosuolo terrestre.
Il fluido endogeno estratto dai pozzi di produzione, dopo aver trasferito il proprio calore ad un apposito “fluido di lavoro” attraverso una serie di scambiatori di ultima generazione, viene iniettato nuovamente nel giacimento geotermico (a più di 5000 m di profondità), nei volumi esattamente uguali a quelli estratti e identico anche in termini qualitativi, senza rilasciare alcuna componente in atmosfera e senza creare squilibri di pressione nel sottosuolo.
Tecnologia più comune, utilizza il vapore che deriva direttamente dal sottosuolo ad alte temperature, si alimenta una turbina che è accoppiata ad un generatore di energia elettrica. All’uscita del generatore il vapore viene raffreddato e in parte immesso nuovamente sottoterra, in parte fatto uscire dalle torri di refrigerazione.
Attraverso l’emungimento il fluido geotermico viene portato dal pozzo di presa allo scambiatore di calore della turbina ORC (Organic Rankine Cycle). Il fluido geotermico rimane racchiuso all’interno degli scambiatori di calore fino alla sua completa reiniezione nel sottosuolo. Il calore residuo a valle della produzione di energia elettrica può essere utilizzato per alimentare reti di teleriscaldamento.
I pozzi si sviluppano in profondità, con ingombro minimo delle componenti impiantistiche in superficie. Pertanto, la configurazione stessa dell’impianto, che si sviluppa in gran parte tramite tubazioni nel sottosuolo, si integra con l’ambiente con effetti limitati di impatto visivo. A differenza dei campi geotermici tradizionali, i progetti a media entalpia come il San Giovanni sono caratterizzati dal fatto che tutto il fluido geotermico, allo stato liquido, viene tenuto in sovrapressione all’interno di un circuito chiuso. Il giacimento a media entalpia non deve essere mantenuto in pressione, ma lavora con un livello ben definito di fluido, il quale viene estratto in superficie con l’ausilio di pompe sommerse in pozzo di tecnologia ESP (pompe elettriche sommerse).
Tale problema viene risolto iniettando nel sottosuolo l’acqua ottenuta dalla condensazione nelle torri di raffreddamento. Con la tecnologia a piena reiniezione, appunto quella utilizzata da Pangea, questi problemi non si pongono, perché la risorsa geotermica viene interamente restituita al sottosuolo senza che ne venga consumata una singola goccia e senza che essa venga in alcun modo inquinata. La produzione di calore da fonte geotermica garantisce impatti minimi a livello acustico, producendo emissioni sonore quasi impercettibili durante il suo esercizio. Le uniche sorgenti rumorose, ovvero le pompe di circolazione, sono collocate all’interno di spazi chiusi che schermano interamente l’impatto acustico da esse generato.
Dal punto di vista normativo, le autorizzazioni alla coltivazione delle risorse geotermiche vengono concesse per un periodo di 30 anni e possono essere successivamente rinnovate, anche più volte nel tempo. Gli impianti basati sulla tecnologia ORC garantiscono tempi di funzionamento altrettanto lunghi.
Tabella: Capacità Geotermica dei Principali Paesi (2023)
| Paese | Capacità (MW) |
|---|---|
| Stati Uniti | 3.900 |
| Indonesia | - |
| Filippine | - |
| Turchia | - |
| Nuova Zelanda | - |
| Kenya | - |
| Italia | 916 |