Approfondimento 1. L`energia geotermica, cioè l`energia estraibile

Approfondimento 1.
L’energia geotermica, cioè l’energia estraibile da acqua circolante naturalmente o artificialmente in
zone dove il gradiente termico (cioè l’andamento della temperatura con la profondità terrestre) è più
elevato del normale, è stata, come ben noto, utilizzata per la prima volta per la produzione di
energia elettrica, agli inizi di questo secolo, in Italia e precisamente in Toscana nell’area di
Larderello. Le prime ipotesi, poi abbandonate, sull’origine di questo campo di vapore, già sfruttato
per la produzione di acido borico e quindi di energia elettrica dagli inizi di questo secolo,
postulavano una origine magmatica del vapore, collegandolo alla presenza di magmi granitici.
Conclusione fondamentale delle ricerche eseguite più recentemente è invece che la permeabilità
delle rocce consenta alle acque superficiali di circolare nel sottosuolo e di raggiungere profondità
sufficienti a provocarne il riscaldamento. Ma tali condizioni non sono molto comuni perché, a causa
della pressione litostatica, la permeabilità delle rocce va riducendosi notevolmente alle profondità
alle quali la temperatura delle formazioni rocciose raggiunge valori elevati dell’ordine del
300÷350°C. In una regione a flusso termico normale, temperature di questo ordine di grandezza si
rinvengono ad oltre 10 km di profondità, mentre nelle regioni ad flusso termico anomalo tale
temperatura può essere raggiunta molto più in alto. A Larderello, per esempio, tale temperatura è
raggiunta già a circa 2.5 km. Tenendo conto dei dati sulle anomalie dei flussi termici, è fuori dubbio
che esistono varie e vaste regioni dove sono rinvenibili, a profondità variabili tra i 2 e gli 8 km,
rocce a 350°C. se in tali regioni non esistono campi geotermici, è perché sono assenti quelle
permeabilità indispensabili all’instaurarsi di tali fenomeni.Si sta cercando di sfruttare la possibilità
di creare nelle rocce secche (dry rocks) dei campi di vapore artificiale pompando acqua nel
sottosuolo.
Approfondimento 2.
Interessanti prospettive vengono dall’uso energetico dei fluidi a bassa entalpia, non solo per
l’utilizzazione ai fini del riscaldamento di abitazioni, conglomerati urbani, serre per l’agricoltura,
usi industriali vari, ma anche per la produzione di energia elettrica, mediante l’utilizzazione di un
fluido a basso punto di ebollizione come il freon o l’isobutano, con un salto termico di qualche
cinquantina di gradi centigradi tra l’acqua calda e quella fredda disponibile nella regione.
Vi è una prospettiva di utilizzo capillare di vene e falde superficiali, ancora pressoché trascurata.
Essa può interessare in Italia oltre 40 stazioni termali con acqua oltre i 40°C, e altre 30÷33 con
acque oltre i 25°C (utilizzabili con pompe di calore o caldaie integrative). Si può sfruttare con
pozzetti di piccola profondità (entro 300 m) e a costi modestissimi. Uno sviluppo di questo tipo non
richiede molto:
-- un'azione promozionale dello stato che colmi, fra l'altro, la mancanza d'informazione degli
operatori;
-- il coinvolgimento degli Enti Terme, concessionari della risorsa, nello sfruttamento energetico per
rafforzare i propri usi oltre che per vendere calore a terzi;
-- un'adeguata politica di disponibilità tecnologico-progettuale e di incentivi economici.
Sempre per quanto riguarda la bassa entalpia, vi sono grandi aspettative per lo sviluppo del settore
della piscicoltura e per le applicazioni all'agricoltura e alla zootecnia. Ciò costituirebbe un grande
risparmio energetico, con una ricaduta occupazionale rilevante, ripartita eminentemente tra piccole
e medie aziende.
Nella vicina Francia, in una situazione meno favorevole della nostra (manca l'alta entalpia), sono
più di 300 i progetti studiati, di cui 74 realizzati o in corso di realizzazione. Oltre 150˙000 sono gli
alloggi già allacciati per il riscaldamento: si può calcolare una coppia di pozzi da 2˙000 m di
profondità (produttore-iniettore) per ogni 2˙000 alloggi. L'obiettivo è di 500˙000 alloggi per un
risparmio di 800˙000 tep (tonnellate di petrolio equivalente)..
La situazione attuale in Italia è di circa 450 MW installati che producono 3 miliardi di kWh, pari a
0,25 Mtep. Tenuto conto che la geotermia è una tecnologia matura e sottolineando la necessità che
le nuove realizzazioni rispettino i vincoli ambientali e paesaggistici, si può pensare di portare la
potenza installata al 2020 a circa 2˙000 MW, con una produzione di 13 miliardi di kWh, pari a 1,2
Mtep.
Il contributo elettrico della geotermia, come delle altre fonti rinnovabili, è da valutare non in
ragione di 860 kcal per kWh, ma in ragione di 2˙200 kcal per kWh, per tenere conto del
combustibile fossile che viene consumato nel ciclo di produzione convenzionale: Su questa nuova
base si può stimare un contributo al 2020 di 4 Mtep. In seguito si potrà pensare anche a contributi
sempre più rilevanti dalla tecnologia delle rocce secche con obiettivi complessivi, per la parte
elettrica, di altri 4 Mtep al 2020 e 6 Mtep al 2050.
In definitiva per quanto riguarda la produzione di elettricità, i dati disponibili e noti fanno ritenere
che gli obiettivi sottovalutino, di diverse volte, le potenzialità utilizzabili nei prossimi anni.
Approfondimento 3.
Pompe di calore dal suolo
Oltre che dalle acque termali, pompe di calore si possono realizzare artificialmente facendo
circolare acqua attraverso una tubazione chiusa che penetri fino a 30÷50 metri o più nel suolo. Qui
la temperatura è in media di qualche grado più alta che in superficie e quindi e si può utilizzare il
gradiente di temperatura per riscaldare l’abitazione e le necessità connesse. In realtà la temperatura
del suolo diminuisce di qualche grado nei primi metri sotto la superficie,per poi rialzarsi a livelli
inferiori: il livello di inversionr dipende molto dalla conducibilità termica dei vari strati del suolo.
Pompe di calore dal mare
Alcuni studi, portati avanti soprattutto negli Stati Uniti, hanno cercato di stabilire se fosse possibile
trarre energia dalla differenza di temperatura e densità esistente fra gli strati superficiali e quelli
profondi del mare. Gli strati superficiali di mari e oceani, infatti, si riscaldano e si raffreddano
ciclicamente seguendo le stagioni; gli strati profondi, invece, delimitati da un immaginario piano di
demarcazione termica (termoclino), mantengono una temperatura costante di circa 2-4°C (la
temperatura alla quale la densità dell’acqua è massima). Almeno teoricamente, una simile
differenza di temperatura (o di densità), rappresenta pur sempre una differenza di potenziale fra due
elementi.
Molto interessante quindi, per la quantità di calore che può essere utilizzato per produrre vapore
(d’acqua o di altra natura) per muovere turbine, è la tecnologia OTEC (Ocean Thermal Energy
Conversion). In pratica il sistema è basato sul prelievo di acque superficiali da oceani tropicali che
vanno a far evaporare un fluido a basso punto di ebollizione (freon, ammoniaca). Il fluido di lavoro,
espandendosi rapidamente, mette in funzione una turbina e viene poi raffreddato, dallo scambio di
calore con acqua di mare fredda (2 – 4 °C) prelevata a 4 km di profondità, alla base della
piattaforma continentale Una variante è il sistema Claude a ciclo aperto: l’acqua superficiale calda è
trasformata in vapore sotto vuoto e quindi va ad azionare la turbina che produce anche corrente
elettrica alternata. Il vapore viene poi raffreddato in due scambiatori dall’acqua oceanica profonda.
Nel primo lo scambio termico avviene attraverso un fascio tubero: si produce acqua dissalata. Nel
secondo, a contatto diretto, l’acqua condensata e mescolata con l’acqua marina fredda, viene
scaricata in mare.
Figura VI. 2.6 Pompa di calore OTEC da un gradiente marino
Figura VI.2.7 Sistema OTEC a fluido basso bollente.
Figura VI.2.8 Sistema OTEC Claude a circuito aperto di acqua marina.