Geotermia

Il gradiente geotermico fornisce la misura dell’aumento di temperatura con la profondità ed è in media 25-30°C/Km. Si può prevedere che la temperatura sia 90°-110° a 3000m. Queste condizioni sono registrate ad esempio nel settore della Pianura Padana, o in ambiente montagnoso. Vi sono vaste regioni nelle quali il valore del gradiente geotermico può essere anche inferiore a 10° C/km oppure in certe “aree geotermiche” il gradiente può raggiungere valori superiori a dieci volte quello normale. Ad esempio in Italia, a Larderello nel sud della Toscana, la temperatura misurata in pozzi geotermici  produttivi raggiunge più di 200°C a poche centinaia di metri di profondità con gradienti che superano i 300°/km. La differenza di temperatura tra le zone profonde, più calde, e quelle superficiali,  più fredde, dà origine ad un flusso di calore dall’ interno verso l’esterno della Terra, tendente a stabilire condizioni di uniformità, condizioni che non saranno mai raggiunte generando così un flusso di calore. Il calore è una forma di energia e, in senso stretto, l’energia geotermica è il calore contenuto nell’ interno della Terra. Esso è all’origine di molti fenomeni geologici di scala planetaria. Tuttavia, l’espressione “energia geotermica” è generalmente impiegata, nell’uso comune, per indicare quella parte del calore terrestre, che può, o potrebbe essere, estratta dal sottosuolo e sfruttata dall’uomo.

FLUSSO DI CALORE: originato dalla differenza di temperatura tra le zone più profonde, calde, e quelle superficiali, più fredde. Nelle zone continentali il flusso medio è di 65 mW/m² mentre nelle zone oceaniche è di 101 mW/m² con un valore medio di 87 mW/m².

Un sistema geotermico viene definito come:

“Un sistema acqueo convettivo che, in uno spazio confinato della parte superiore della crosta terrestre, trasporta il calore da una sorgente termica al luogo, generalmente la superficie, dove il calore stesso è assorbito (disperso o utilizzato)”. (Hochstein, 1990)

È caratterizzato da tre elementi fondamentali:

SORGENTE DI CALORE: che permette il riscaldamento delle rocce e dei fluidi (aria, acqua o fasi miste) che circolano al loro interno;

SERBATOIO: che permette l’accumulo dei fluidi, la loro circolazione e ricambio

FLUIDO: che entrando freddo nel sistema, si riscalda ed assume quindi la vera funzione di vettore di calore trasportandolo verso i livelli più superficiali.

Frequentemente viene fatta una suddivisione tra sistemi geotermici ad acqua dominante e sistemi geotermici a vapore dominante:

ACQUA DOMINANTE: l’acqua liquida è la fase continua, che controlla la pressione; vapore può essere presente, in forma di bolle. Questi sistemi geotermici, la cui temperatura può andare da 125° a 225°C, sono i più diffusi nel mondo e possono produrre acqua calda, una miscela di acqua e vapore, vapore umido o, in alcuni casi, vapore secco.

VAPORE DOMINANTE: ( a vapore secco): coesistono nel serbatoio acqua liquida e vapore, che è la fase continua e controlla la pressione. Sono sistemi ad alta temperatura, anche superiori ai 350° C e normalmente producono vapore secco o surriscaldato (Larderello in Italia e The Geysers in California).

Viene anche fatta una suddivisione in funzione della modalità di ricarica del serbatoio geotermico

SISTEMI DINAMICI: l’acqua ricarica in continuazione il serbatoio, si riscalda ed è poi scaricata alla superficie o nel sottosuolo stesso nelle formazioni rocciose permeabili all’ intorno. Il calore è acquisito dal sistema per convezione e per effetto della circolazione dei fluidi.

SISTEMI STATICI: la ricarica del serbatoio è molto ridotta e lo scambio termico avviene soltanto per conduzione. Comprende sistemi a bassa T e i sistemi geopressurizzati. Questi possono formarsi nei grandi bacini sedimentari a profondità di 3-7 km. Sono formati da rocce sedimentarie permeabili, inglobate entro strati impermeabili a bassa conduttività, contenenti acqua calda pressurizzata, che è rimasta intrappolata al momento della deposizione.

I sistemi geotermici vengono anche classificati in base al loro potenziale termico (ENTALPIA). La figura riporta il diagramma di Lindal che mostra gli utilizzi della risorsa geotermica in funzione della temperatura.

I metodi di esplorazione geotermica profonda sono:

• STUDI GEOLOGICI ED IDROGEOLOGICI, che hanno lo scopo di definire la posizione e l’estensione delle aree da investigare in modo dettagliato;

• PROSPEZIONE IDROGEOCHIMICA, con lo scopo di stabilire la tipologia di un sistema geotermico;

• PROSPEZIONE GEOFISICA, ha lo scopo di ottenere parametri fisici delle formazioni geologiche profonde, comprendendo temperatura, conducibilità elettrica, velocità di propagazione delle onde elastiche, densità e suscettibilità magnetica.

La geotermia è spesso considerata come una fonte di energia alternativa rinnovabile, pulita e sostenibile a quelle convenzionali. Il suo sfruttamento (in particolare l’alta entalpia) può produrre sia benefici che effetti negativi sull’ambiente e sulla popolazione locale. Ogni stadio dello sviluppo geotermico (esplorazione, perforazione e produzione) ha un impatto sull’ambiente, specialmente per quanto riguarda l’inquinamento di aria e acqua, impatti di tipo paesaggistico e uso del suolo. Nelle regioni ad alto potenziale geotermico dovranno essere considerati anche gli aspetti sociali ed economici. Vedremo però che la geotermia ha gli impatti ambientali più bassi non solo rispetto alle fonti tradizionali ma anche rispetto alle altre fonti rinnovabili.

Si possono individuare i seguenti tipi di conseguenze ambientali:

• Emissioni di gas in atmosfera;

• Utilizzo e contaminazione delle acque;

• Emissioni solide sia in superficie che in atmosfera;

• Inquinamento acustico;

• Uso del suolo ed impatti visivi;

• Subsidenze;

• Sismicità indotta;

• Frane;

• Alterazione degli habitat di flora e fauna;

• Eventi catastrofici.

La GEOTERMIA è tra le diverse fonti d’energia rinnovabili quella che assicura un’ approvvigionamento di risorsa più continuo nel tempo, la maggiore ottimizzazione dello sfruttamento della risorsa e la maggiore varietà di possibili utilizzi.

Tuttavia gli investimenti richiesti per sviluppare progetti geotermici, soprattutto per la produzione di energia elettrica sono ancora troppo alti rispetto alle altre rinnovabili.

Inoltre così come tutte le rinnovabili non è esente da impatti sull’ambiente che possono comunque essere mitigati.

Nonostante questi pro e contro sia l’ambiente accademico, sia quello industriale stanno mostrando un crescente interesse verso la geotermia non solo in Italia ma in tutto il mondo.

Un tale approccio potrà sicuramente portare nelle prossime decine di anni ad uno sviluppo notevole anche in quelle nazioni che sono attualmente in via di sviluppo e che necessiteranno di una crescente produzione di calore e di elettricità.