Impariamo a conoscere l’energia geotermica e l’uso che se ne può fare

Il calore contenuto all’interno della Terra è un’importante risorsa. Lo intuirono già i nostri antenati nei primi anni del ‘900. Oggi questo tipo di fonte energetica, definita rinnovabile sulla scala dei tempi umani, è ancora più preziosa vista la necessità di impiegare sempre di più energie pulite e sostenibili.

Tra le colline della Val di Cecina e in particolare a Sasso Pisano, poco distante da Larderello, in provincia di Pisa, si produce birra grazie all’energia geotermica. Il birrificio usa in tutte le fasi di produzione della birra acqua calda a 135°C circa proveniente dal vapore geotermico della vicina centrale Sasso 2. Questo tipo di utilizzo della risorsa geotermica rappresenta un uso diretto, dove il calore dell’acqua calda è infatti direttamente utilizzato in un processo produttivo ben specifico.

Tra gli usi diretti dell’energia geotermica possiamo anche ricordare l’impiego di acqua calda nella coltivazione di fiori e piante da foglia come testimoniato dalle serre del Monte Amiata, nel riscaldamento delle abitazioni (teleriscaldamento) come nel caso di Ferrara e nella balneologia termale di cui anche i nostri avi furono grandi utilizzatori.

In alcuni casi, non si utilizza vapore o acqua, bensì il calore del terreno. È questo un impiego relativamente recente, riguarda il campo della climatizzazione e prevede l’uso di pompe di calore che permettono di prelevare calore dal terreno in inverno, per riscaldare l’abitazione e di immetterlo in estate, per poterla raffrescare. Le pompe di calore sono quindi dispositivi che possono trasferire energia termica da un corpo a temperatura più bassa a un corpo a temperatura più alta.

La produzione di birra quindi, è solo uno dei tanti ambiti in cui una risorsa geotermica può essere impiegata. Ricordate la centrale Sasso 2 da cui deriva il vapore geotermico che permette l’ammostatura dei malti? Questa centrale, nata nel 1959 e ristrutturata nel 2009, grazie all’uso del vapore geotermico riesce a produrre energia elettrica (uso indiretto della risorsa geotermica) soddisfacendo così il fabbisogno energetico di migliaia di famiglie toscane, risparmiando sull’uso dei combustibili fossili e riducendo le emissioni in atmosfera di gas serra.

fig. 2 — Alcuni possibili usi delle risorse geotermiche in funzione della loro temperatura. È utile sapere che, generalmente, le risorse vengono classificate in risorse di bassa, media e alta temperatura sottintendendo rispettivamente i seguenti ranges: inferiore a 100°C, tra 100 e 150°C e maggiore di 150°C (immagine di M. Procesi)

Come è possibile produrre energia elettrica dal vapore?

Il vapore, attraverso dei pozzi risale in superficie da un serbatoio profondo (rocce ricche in fluidi) posto a migliaia di metri di profondità, arriva alle turbine generando energia meccanica che grazie ad alternatori viene poi trasformata in energia elettrica. L’acqua prodotta dalla condensazione viene quindi re-immessa nel sottosuolo seguendo protocolli ben specifici. In genere, questi serbatoi profondi hanno temperature superiori ai 225°C e sono estremamente ricchi in vapore (sistemi geotermici a vapore dominante).

fig. 3 — *Schema semplificato di un impianto geotermico (tipo dry steam) che produce energia elettrica utilizzando il vapore (immagine non in scala, di M. Procesi).*

A temperature inferiori (temperature comprese tra 100 e 225°C circa) possiamo invece trovare sistemi geotermici a liquido dominante dove il fluido nel serbatoio è quasi totalmente acqua calda e in minima parte vapore. In questo caso è l’acqua che risale dai pozzi, arriva in superficie e per depressurizzazione produce vapore (processo di flash) che seguendo il processo descritto in precedenza viene poi convertito in energia elettrica.

Da dove viene il calore che genera acqua calda e vapore?

Proviene da sotto i nostri piedi ossia dall’interno della Terra. Nella crosta terrestre, fino alle profondità raggiungibili con le moderne tecnologie (inferiori ai 10 km), la temperatura aumenta con la profondità generalmente di circa 30°C ogni 1000 metri. Scendendo verso il nucleo le temperature possono superare anche i 5000°C. Le principali sorgenti di calore sono il decadimento radioattivo degli elementi presenti al suo interno e secondariamente il calore primordiale residuale legato al processo di accrezione planetaria. Nella crosta terrestre, a volte, si posso registrare gradienti termici decisamente anomali dove la temperatura aumenta anche di 150°C ogni 1000 metri. In questi casi è presente una sorgente di calore aggiuntiva rappresentata dai corpi magmatici. È questo il caso delle aree in cui troviamo i sistemi geotermici convenzionali (o idrotermali), di cui abbiamo parlato poco prima e dai cui si può ricavare energia elettrica.

fig. 4 — Struttura semplificata dell’interno della Terra e indicazione delle temperature dal nucleo fino alla crosta terrestre. Zoom sulla crosta e semplificazione di un sistema geotermico convenzionale. L’immagine non è in scala (immagine di M. Procesi).

L’intuizione che il calore della Terra e in particolare il vapore geotermico potesse essere una fonte di energia non è affatto recente. L’idea trova le sue radici ai primi anni del 1900 quando il Principe Ginori Conti azionò un motore tramite il vapore delle emissioni fumaroliche di Larderello (Toscana) riuscendo ad accendere cinque lampadine. È proprio a quel momento che si deve la nascita della geotermia e solo qualche anno dopo entrò in esercizio, sempre a Larderello, la prima centrale geotermica al mondo.

Il nostro Paese ha quindi una lunga tradizione in questo settore maturando negli anni grandissima esperienza e conoscenza. Oggi si contano in Italia 34 centrali geotermiche, sono tutte ubicate nella regione Toscana e con la loro produzione si soddisfa circa il 30% del fabbisogno regionale. Gran parte del territorio italiano presenta grandi potenzialità geotermiche a oggi però poco utilizzate. Nonostante questo riusciamo comunque a coprire il primo posto in Europa per produzione di energia geotermoelettrica. Purtroppo, sugli usi diretti non possiamo dire di essere altrettanto virtuosi dimostrando di dover fare ancora molta strada.

L’INGV contribuisce, con le sue ricerche, nel caratterizzare sistemi geotermici potenzialmente idonei alla produzione di energia elettrica sia in Italia che all’estero e nel monitoraggio di sistemi già in produzione.

A livello mondiale, l’esplorazione geotermica oggi, si sta muovendo anche verso sistemi meno convenzionali rispetto a quelli toscani e definiti appunto non-convenzionali. Tra questi sono un esempio i sistemi EGS (Enhanced Geothermal Systems) molto esplorati in nord Europa o i sistemi a salamoia calda esplorati e utilizzati in Cina e nelle Filippine. L’apertura della geotermia verso nuovi orizzonti segue la necessità di raggiungere, da parte delle comunità, l’autonomia energetica, di aumentare la sostenibilità e diminuire l’impatto ambientale delle soluzioni energetiche scelte.