Quell'energia che viene da dentro

La geotermia, l'energia termica immagazzinata sotto la superficie della Terra solida, è rinnovabile, è disponibile in quantità enorme e deriva principalmente da processi planetari e geologici. A partire dal momento della sua formazione, il nostro Pianeta si è andato lentamente raffreddando e questo calore primordiale si muove dall'interno della Terra verso la superficie, dove poi si dissipa. I processi geologici, in particolare il decadimento degli isotopi radioattivi a lunga vita contenuti nei minerali rocciosi della crosta terrestre, contribuiscono ulteriormente a questo continuo flusso geotermico. A seconda delle condizioni geologiche, la quantità di calore rilasciato sulla superficie terrestre varia da un luogo all'altro e nel tempo. Se potessimo utilizzare tutto il calore emesso dal Pianeta saremmo in grado di soddisfare qualsiasi richiesta di energia. In molti casi però ciò non è possibile perché l'energia è troppo dispersa; ma alcune tecnologie oggi permettono di utilizzare l'energia geotermica, trasferendola in superficie e usandola per produrre calore e, in alcuni casi, trasformandola in elettricità. Nella gran parte dei casi, il calore viene trasportato in superficie tramite un fluido vettore, ovvero l'acqua sotterranea che, circolando nelle rocce calde, si riscalda e trasporta l'energia termica fino a quando una frattura naturale o un pozzo geotermico non le permette di risalire in superficie. Una parte della ricerca di frontiera in ambito geotermico si occupa di ottimizzare lo scambio termico nel sottosuolo, sia aumentando le superfici di scambio nel sottosuolo tramite ampliamento delle fratture o perforando numerosi pozzi, sia verificando la possibilità di far circolare altri fluidi nel sottosuolo per mezzo di circuiti chiusi, simili a termosifoni sotterranei.

Una volta che un fluido caldo arriva in superficie, solitamente il suo calore viene trasferito a un fluido secondario tramite uno scambiatore e utilizzato per fornire energia termica in numerose applicazioni. Le principali tecnologie di produzione di calore geotermico sono usate per varie finalità: per il riscaldamento e il raffreddamento degli ambienti; per la balneologia e gli usi termali a scopo terapeutico; per l'agricoltura in serre e riscaldamento del suolo; per i processi industriali - riscaldamento di processo, evaporazione, essiccazione, distillazione, sterilizzazione e lavaggio; per la preparazione di cibi e bevande; per l'acquacoltura, soprattutto per l'allevamento di pesci.

Con fluidi molto caldi si produce anche energia elettrica tramite un generatore attivato da turbine messe in rotazione da un flusso di vapore. Il vapore può essere fornito direttamente dal fluido geotermico (in genere occorrono temperature superiori a 150-180 °C) o un fluido secondario scaldato dai fluidi geotermici. Nel secondo caso, spesso si utilizzano fluidi con basso punto di ebollizione per migliorare l'efficienza del processo e permettere di produrre elettricità anche con fluidi geotermici a temperatura più bassa, solitamente superiore a 110 °C. Collegando a pompe di calore i fluidi estratti dal sottosuolo - siano essi acque sotterranee o fluidi che circolano in circuiti chiusi - è possibile ottenere fluidi secondari alle temperature più utili per le diverse applicazioni. Con questi sistemi, denominati pompe di calore geotermiche, è possibile utilizzare il terreno come se fosse un immenso serbatoio termico. Molti di questi sistemi utilizzano sonde (piccoli tubi infissi nel terreno) poco profonde (10-200 m) per la climatizzazione di ambienti: in inverno, quando il terreno si trova a temperature relativamente più calde dell'aria esterna, si estrae calore per riscaldare; viceversa in estate, il calore ambiente viene smaltito nel terreno per rinfrescare. Ma le tecnologie con pompe di calore si stanno estendendo anche a utilizzi con sonde più profonde, soprattutto per lo stoccaggio termico nel sottosuolo e la coproduzione di elettricità e calore.

L'Istituto di geoscienze e georisorse (Igg) del Cnr di Pisa conduce ricerche, specie nell'area geotermica di Larderello (Pi), per la caratterizzazione della risorsa, la comprensione dei processi geologici profondi e per la valutazione degli aspetti ambientali della produzione energetica da fonte geotermica. Con l'occasione di progetti internazionali, quali i recenti Gemex e Geoenvi, l'Istituto studia come migliorare la caratterizzazione dei sistemi geotermici riducendo il rischio di perforare pozzi sterili e quali sono gli impatti, i rischi e i sistemi di mitigazione delle tecnologie geotermiche; con il recente progetto europeo Descramble l'Istituto ha avuto modo di investigare i processi geologici nel pozzo più caldo mai perforato in ambiente continentale, con temperatura di circa 520 °C. Nell'ambito del progetto europeo Geco, il Cnr-Igg studia inoltre come utilizzare le risorse geotermiche per nuovi usi, quali il sequestro mineralogico di CO2 in serbatoi geotermici e il riutilizzo della CO2 geotermica, purificandola e rendendola idonea a vari processi commerciali o nel settore agroalimentare.

Altri ambiti di studio del Cnr-Igg sono quelli dell'estrazione e dell'utilizzo del litio e di altri elementi o composti chimici eventualmente presenti in fluidi geotermici, le tecniche di calcolo del potenziale geotermico e applicazioni a livello nazionale, europeo e globale. L'Istituto si occupa anche di programmazione e policy della ricerca, ad esempio partecipando al Board della piattaforma europea per la tecnologia e l'innovazione in ambito geotermico l'Etip-Dg (European technology and innovation Platform on deep geothermal).

Adele Manzella

Fonte: Adele Manzella, Istituto di geoscienze e georisorse, Pisa , email adele.manzella@igg.cnr.it -