Sfruttare il calore della Terra: una guida completa all'energia geotermica

L'energia geotermica, derivata dal calore interno della Terra, rappresenta una promettente fonte di energia rinnovabile con il potenziale di ridurre significativamente la nostra dipendenza dai combustibili fossili. Questa guida approfondisce la scienza alla base dell'energia geotermica, le sue varie applicazioni e il suo impatto globale, fornendo una panoramica completa per chiunque sia interessato a soluzioni energetiche sostenibili.

La scienza dell'energia geotermica

Il nucleo terrestre, riscaldato dal calore residuo della formazione planetaria e dal decadimento radioattivo, mantiene un immenso gradiente di temperatura. Questo calore si dissipa gradualmente verso l'esterno, creando un serbatoio termico all'interno della crosta terrestre. L'energia geotermica sfrutta questo calore, principalmente sotto forma di acqua calda e vapore, per generare elettricità e fornire riscaldamento diretto.

Come viene generato il calore geotermico

Il calore interno della Terra ha origine da due fonti principali:

• Calore residuo dalla formazione planetaria: Durante la formazione della Terra, la contrazione gravitazionale e il bombardamento di detriti spaziali hanno generato un calore significativo. Gran parte di questo calore rimane intrappolato nel nucleo terrestre.
• Decadimento radioattivo: Il decadimento di isotopi radioattivi, come uranio, torio e potassio, all'interno del mantello e della crosta terrestre rilascia continuamente calore, contribuendo in modo significativo all'energia termica del pianeta.

Questo calore non è distribuito uniformemente. Le aree con attività vulcanica, i confini delle placche tettoniche e le regioni con crosta sottile presentano gradienti geotermici più elevati, rendendole luoghi ideali per lo sviluppo dell'energia geotermica. Inoltre, i serbatoi d'acqua sotterranei presenti in natura possono essere riscaldati dalla roccia circostante, creando risorse geotermiche che possono essere sfruttate per la produzione di energia.

Tipi di risorse geotermiche

Le risorse geotermiche sono classificate in base alla temperatura e alle caratteristiche geologiche:

• Risorse geotermiche ad alta temperatura: Queste risorse, che si trovano tipicamente in regioni vulcanicamente attive, possiedono temperature superiori a 150°C (302°F). Sono utilizzate principalmente per la generazione di elettricità.
• Risorse geotermiche a bassa temperatura: Con temperature inferiori a 150°C (302°F), queste risorse sono adatte per applicazioni a uso diretto, come il riscaldamento di edifici, serre e impianti di acquacoltura.
• Sistemi Geotermici Stimolati (EGS): Gli EGS sono serbatoi ingegnerizzati creati in aree con roccia calda e secca ma con permeabilità o acqua insufficienti. Comportano la fratturazione della roccia e l'iniezione di acqua per creare risorse geotermiche artificiali.
• Risorse geopressurizzate: Trovate in profondità nel sottosuolo, queste risorse contengono acqua calda satura di metano disciolto ad alta pressione. Offrono il potenziale sia per la generazione di elettricità che per l'estrazione di gas naturale.
• Risorse magmatiche: Si tratta di serbatoi di roccia fusa (magma) situati relativamente vicino alla superficie terrestre. Sebbene contengano un immenso potenziale energetico, lo sfruttamento dell'energia magmatica è tecnicamente impegnativo e ancora nelle prime fasi di sviluppo.

Tecnologie per la generazione di energia geotermica

Le centrali geotermiche convertono il calore geotermico in elettricità utilizzando varie tecnologie:

Centrali a vapore secco

Le centrali a vapore secco utilizzano direttamente il vapore proveniente dai serbatoi geotermici per far girare le turbine che generano elettricità. Questo è il tipo più semplice e antico di centrale geotermica. The Geysers in California, USA, è un ottimo esempio di un grande campo geotermico a vapore secco.

Centrali a vapore flash

Le centrali a vapore flash sono il tipo più comune di centrale geotermica. L'acqua calda ad alta pressione proveniente dai serbatoi geotermici viene fatta evaporare istantaneamente (flash) in un serbatoio. Il vapore aziona quindi una turbina, mentre l'acqua rimanente viene reiniettata nel serbatoio o utilizzata per altri scopi. Molte centrali geotermiche in Islanda utilizzano la tecnologia a vapore flash.

Centrali a ciclo binario

Le centrali a ciclo binario sono utilizzate per le risorse geotermiche a temperatura più bassa. L'acqua geotermica calda viene fatta passare attraverso uno scambiatore di calore, dove riscalda un fluido secondario (solitamente un refrigerante organico) con un punto di ebollizione più basso. Il fluido secondario vaporizza e aziona una turbina. L'acqua geotermica viene quindi reiniettata nel serbatoio. Le centrali a ciclo binario sono più rispettose dell'ambiente perché non rilasciano vapore o altri gas nell'atmosfera. La centrale di Chena Hot Springs in Alaska, USA, mostra l'applicazione della tecnologia a ciclo binario in una località remota.

Tecnologia dei Sistemi Geotermici Stimolati (EGS)

La tecnologia EGS prevede la creazione di serbatoi geotermici artificiali in aree con roccia calda e secca. Acqua ad alta pressione viene iniettata nella roccia per fratturarla, creando percorsi per la circolazione e il riscaldamento dell'acqua. L'acqua calda viene quindi estratta e utilizzata per generare elettricità. L'EGS ha il potenziale di espandere significativamente la disponibilità di energia geotermica accedendo a risorse precedentemente non sfruttate. Sono in corso progetti in vari paesi, tra cui Australia ed Europa, per sviluppare e commercializzare la tecnologia EGS.

Applicazioni a uso diretto dell'energia geotermica

Oltre alla generazione di elettricità, l'energia geotermica può essere utilizzata direttamente per varie applicazioni di riscaldamento e raffreddamento:

Riscaldamento geotermico

I sistemi di riscaldamento geotermico utilizzano acqua o vapore geotermico per riscaldare direttamente edifici, serre e altre strutture. Questi sistemi sono altamente efficienti e rispettosi dell'ambiente, fornendo un'alternativa sostenibile ai metodi di riscaldamento tradizionali. Reykjavik, in Islanda, è un notevole esempio di una città che si affida pesantemente al riscaldamento geotermico per gli edifici residenziali e commerciali.

Raffreddamento geotermico

L'energia geotermica può essere utilizzata anche per il raffreddamento tramite refrigeratori ad assorbimento. L'acqua geotermica calda alimenta il refrigeratore, che produce acqua refrigerata per l'aria condizionata. Questa è un'alternativa più efficiente dal punto di vista energetico e più rispettosa dell'ambiente rispetto ai sistemi di condizionamento d'aria convenzionali. Il Kyoto International Conference Center in Giappone utilizza un sistema di raffreddamento geotermico.

Processi industriali

L'energia geotermica può essere utilizzata per fornire calore a vari processi industriali, come la trasformazione alimentare, la produzione di pasta di legno e carta e la produzione chimica. L'utilizzo del calore geotermico può ridurre significativamente i costi energetici e le emissioni di gas serra per queste industrie. Esempi includono l'uso dell'energia geotermica nella lavorazione dei latticini in Nuova Zelanda e nell'acquacoltura in diversi paesi.

Applicazioni agricole

L'energia geotermica è ampiamente utilizzata in agricoltura per riscaldare serre, essiccare i raccolti e riscaldare gli stagni per l'acquacoltura. Ciò consente stagioni di crescita prolungate e un aumento delle rese dei raccolti. Le serre geotermiche sono comuni in paesi come l'Islanda e il Kenya.

Distribuzione globale delle risorse geotermiche

Le risorse geotermiche non sono distribuite uniformemente in tutto il mondo. Le aree con un alto potenziale geotermico si trovano tipicamente vicino ai confini delle placche tettoniche e alle regioni con attività vulcanica.

Principali regioni geotermiche

• L'Anello di Fuoco del Pacifico: Questa regione, che comprende paesi come Indonesia, Filippine, Giappone, Nuova Zelanda e parti delle Americhe, è caratterizzata da un'intensa attività vulcanica e tettonica e vanta significative risorse geotermiche.
• Islanda: L'Islanda è un leader mondiale nell'utilizzo dell'energia geotermica, con una parte significativa della sua elettricità e del suo riscaldamento forniti da fonti geotermiche.
• Sistema della Rift Valley dell'Africa Orientale: Questa regione, che si estende dall'Etiopia al Mozambico, possiede un vasto potenziale geotermico non sfruttato. Il Kenya è già un importante produttore di energia geotermica in Africa.
• Italia: L'Italia è stata uno dei primi paesi a sviluppare l'energia geotermica, con il campo geotermico di Larderello che rappresenta un punto di riferimento storico.
• Stati Uniti: Gli Stati Uniti occidentali, in particolare la California e il Nevada, dispongono di significative risorse geotermiche.

Benefici ambientali dell'energia geotermica

L'energia geotermica offre significativi vantaggi ambientali rispetto ai combustibili fossili:

Riduzione delle emissioni di gas serra

Le centrali geotermiche producono emissioni di gas serra significativamente inferiori rispetto alle centrali a combustibili fossili. L'impronta di carbonio dell'energia geotermica è minima, contribuendo a mitigare il cambiamento climatico. Le centrali a ciclo binario, in particolare, hanno emissioni molto basse poiché reiniettano il fluido geotermico nel terreno.

Risorsa sostenibile

L'energia geotermica è una risorsa rinnovabile poiché il calore della Terra viene costantemente reintegrato. Con una gestione adeguata, i serbatoi geotermici possono fornire una fonte di energia sostenibile per decenni, o addirittura secoli.

Ingombro ridotto

Le centrali geotermiche hanno generalmente un ingombro ridotto rispetto ad altre fonti energetiche, come il carbone o l'idroelettrico. Ciò minimizza l'impatto ambientale e preserva il terreno per altri usi.

Fonte di energia affidabile e costante

L'energia geotermica è una fonte di energia affidabile e costante, a differenza dell'energia solare ed eolica, che sono intermittenti. Le centrali geotermiche possono funzionare 24 ore al giorno, 7 giorni alla settimana, fornendo un'alimentazione di base.

Sfide e considerazioni

Nonostante i suoi numerosi vantaggi, l'energia geotermica affronta diverse sfide:

Costi iniziali elevati

L'investimento iniziale richiesto per sviluppare le centrali geotermiche è relativamente alto, e comprende la perforazione di pozzi, la costruzione di centrali e l'installazione di condutture. Questo può essere una barriera all'ingresso, in particolare per i paesi in via di sviluppo.

Limitazioni geografiche

Le risorse geotermiche non sono disponibili ovunque. Lo sviluppo dell'energia geotermica è limitato alle regioni con condizioni geologiche adeguate. Tuttavia, lo sviluppo della tecnologia EGS sta espandendo la potenziale portata geografica dell'energia geotermica.

Potenziale di sismicità indotta

In alcuni casi, le operazioni geotermiche, in particolare gli EGS, possono indurre terremoti di lieve entità. Un attento monitoraggio e una gestione delle pressioni di iniezione sono fondamentali per minimizzare questo rischio.

Esaurimento delle risorse

Lo sfruttamento eccessivo dei serbatoi geotermici può portare all'esaurimento della risorsa. Pratiche di gestione sostenibile, come la reiniezione dei fluidi geotermici, sono essenziali per garantire la redditività a lungo termine dei progetti di energia geotermica.

Impatti ambientali

Sebbene l'energia geotermica sia generalmente rispettosa dell'ambiente, possono esserci alcuni impatti ambientali localizzati, come l'inquinamento acustico, le emissioni atmosferiche (principalmente idrogeno solforato) e il disturbo del suolo. Questi impatti possono essere mitigati attraverso adeguate pratiche di gestione ambientale.

Il futuro dell'energia geotermica

L'energia geotermica è destinata a svolgere un ruolo sempre più importante nella transizione energetica globale. I progressi tecnologici, il sostegno politico e la crescente consapevolezza dei benefici ambientali dell'energia geotermica ne stanno guidando la crescita.

Progressi tecnologici

Gli sforzi continui di ricerca e sviluppo si concentrano sul miglioramento delle tecnologie geotermiche, come gli EGS, le tecniche di perforazione avanzate e una maggiore efficienza delle centrali elettriche. Questi progressi renderanno l'energia geotermica più accessibile e conveniente.

Sostegno politico

Le politiche governative, come le tariffe incentivanti, gli incentivi fiscali e i mandati per le energie rinnovabili, sono cruciali per promuovere lo sviluppo dell'energia geotermica. Politiche di sostegno possono attrarre investimenti e accelerare la realizzazione di progetti geotermici.

Crescente domanda di energia rinnovabile

La crescente domanda globale di energia rinnovabile, spinta dalle preoccupazioni per il cambiamento climatico e la sicurezza energetica, sta creando significative opportunità per l'energia geotermica. L'energia geotermica offre un'alternativa affidabile e sostenibile ai combustibili fossili, contribuendo a un futuro energetico più pulito e sicuro.

Collaborazione internazionale

La collaborazione internazionale è essenziale per la condivisione di conoscenze, competenze e migliori pratiche nello sviluppo dell'energia geotermica. Organizzazioni come l'Associazione Geotermica Internazionale (IGA) svolgono un ruolo cruciale nel promuovere la collaborazione e l'adozione globale dell'energia geotermica.

Esempi globali di successo geotermico

• Islanda: Leader mondiale nell'energia geotermica, la utilizza per la generazione di elettricità, il teleriscaldamento e varie altre applicazioni. Circa il 90% delle case islandesi sono riscaldate con energia geotermica.
• Kenya: Un importante produttore di energia geotermica in Africa, con piani ambiziosi per espandere ulteriormente la sua capacità geotermica. L'energia geotermica svolge un ruolo vitale nella sicurezza energetica e nello sviluppo economico del Kenya.
• Filippine: Un significativo produttore di energia geotermica nel Sud-est asiatico, che utilizza le sue risorse geotermiche per ridurre la dipendenza dai combustibili fossili importati.
• Nuova Zelanda: Utilizza l'energia geotermica per la generazione di elettricità, i processi industriali e il turismo. La Zona Vulcanica di Taupo è una delle principali fonti di risorse geotermiche.
• Stati Uniti: The Geysers in California è il più grande complesso di produzione di energia geotermica al mondo. L'energia geotermica è utilizzata anche per il riscaldamento e il raffreddamento in varie parti del paese.

Conclusione

L'energia geotermica è una fonte di energia rinnovabile preziosa e sostenibile con il potenziale di contribuire in modo significativo a un futuro energetico più pulito e sicuro. Sebbene rimangano delle sfide, i continui progressi tecnologici, le politiche di sostegno e la crescente domanda di energia rinnovabile stanno aprendo la strada a un maggiore utilizzo delle risorse geotermiche in tutto il mondo. Dalla generazione di elettricità alle applicazioni a uso diretto, l'energia geotermica offre una soluzione versatile e rispettosa dell'ambiente per soddisfare le nostre esigenze energetiche. Mentre ci muoviamo verso un sistema energetico più sostenibile, l'energia geotermica svolgerà senza dubbio un ruolo cruciale nello sfruttare il calore della Terra a beneficio di tutti.