Manuale d’uso per l’utente geotermico

In precedenza,  nell’articolo “Geotermia: il cuore Green della Terra”, si è parlato di come si origina il calore terrestre e come esso fornisca il “combustibile” per l’impiego del geotermico. Tutto molto interessante… Ma quindi come faccio ad accendere una lampadina con il calore della Terra?! Pazienza, pazienza… Ora ve lo spiego!

3 è il numero perfetto!

L’energia geotermica è divisa in 3 grossi gruppi:

• Geotermia a bassa entalpia, con temperatura di processo inferiore a 90°C;
• Geotermia a media entalpia, con temperatura di processo compresa tra 90°C e 150°C ;
• Geotermia ad alta entalpia, con temperatura di processo superiore a 150°C.

Per entalpia si intende, la quantità di energia che un sistema può scambiare con l’ambiente esterno; essa si esprime secondo il Sistema Internazionale in Joule (J). Ora spulciamo a dovere tutti i tipi di geotermia!

Geotermia a bassa entalpia (T<90°C)

È un sistema di gestione e sfruttamento dell’energia termica terrestre in contesti superficiali, ovvero con profondità di lavoro non superiore a 200 m e sviluppando potenze termiche inferiori ai 2 MW (MegaWatt). Sono quindi sistemi che sfruttano l’energia geotermica a livello locale: per dare un’idea, siamo in un range dalle singole abitazioni fino ai piccoli comuni.

Le sonde sono poste in pozzi che sono o appositamente costruiti per l’impianto geotermico oppure si sfrutta un pozzo per l’estrazione dell’acqua già esistente. Questo sistema funziona in due versi: assorbe calore dal terreno in inverno per il riscaldamento oppure cede il calore presente in casa al terreno, garantendo così ambienti domestici più freschi e vivibili. Oltretutto maggiore è la differenza di temperatura che esiste tra esterno (terreno) ed interno (abitazione), maggiore è l’efficienza del sistema geotermico.

Geotermia a media entalpia (90<T<150°C)

Questo sistema, a differenza di quello precedente, prevede profondità di lavoro molto più alte, con un massimo di 2 km di profondità. Questa tecnica può essere usata per il teleriscaldamento. Dato che questo tipo di impianti lavorano ad una profondità più elevata rispetto a quelli a bassa entalpia, sono sistemi che producono di conseguenza maggiore energia termica, con un massimo di 20 MW.

Geotermia ad alta entalpia (T>150°C)

Questo tipo di impianti geotermici sono dei veri mostri in termini di produzione di energia, con picchi massimi di produzione addirittura di circa 900 MW! Questi impianti, per generare così tanta potenza, arrivano a profondità anche molto elevate, che vanno dai 3 ai 5 km. Data l’enorme potenza termica che generano, possono essere sfruttati per la produzione di energia elettrica a livello nazionale o di grossi agglomerati urbani, come ad esempio l’impianto di The Geysers in California che alimenta la città di San Francisco.

Degli ultimi due tipi trattati (media ed alta entalpia) bisogna aggiungere che devono essere costruiti in zone in cui vi siano presenti delle faglie tettoniche. Alcuni esempi di queste zone geologicamente attive sono la Nuova Zelanda, le Filippine e l’Islanda. 

Gli impianti di generazione di energia elettrica partendo dal geotermico sono davvero molti in tutto il mondo: i primi sono databili addirittura al 1913! Attualmente, esistono 3 tecnologie principali secondo cui vengono costruite le centrali geoelettriche:

• Vapore secco (Dry Steam o centrale a vapore dominante): sono centrali che prevedono l’utilizzo diretto del vapore ad alta temperatura (oltre i 235 °C) e pressione che arriva dal sottosuolo per muovere una turbina accoppiata ad un generatore di energia elettrica. Attualmente è la tecnologia più diffusa: un esempio di eccellenza è la centrale italiana di Lardarello, in Toscana;
• Flash (o a separazione di vapore): i serbatoi ad acqua dominante (temperatura superiore a 150-170 °C) sono impiegati per alimentare centrali in cui l’acqua arriva in superficie tramite i pozzi e, a causa della rapida variazione di pressione tra quella che aveva in profondità e quella atmosferica, si separa in una parte di vapore mandata in centrale e una parte di liquido reiniettata nel sottosuolo (chiamata singolo flash). Se il fluido geotermico arriva in superficie a temperature particolarmente elevate, può essere sottoposto per due volte al medesimo processo (doppio flash). Questo tipo viene comunemente impiegato per sorgenti ad alta entalpia ed un esempio è la centrale islandese di Þeistareykir;
• Binarie: l’acqua idrotermale calda derivante dalla sorgente geotermica, insieme ad un altro fluido con punto di ebollizione più basso dell’acqua (come ad esempio l’isopentano C₅H₁₂, che bolle a 28°C), permette di usare il vapore generato dal secondo fluido per far girare una turbina e produrre energia elettrica. Come nel caso delle centrali flash, l’acqua idrotermale usata per vaporizzare il liquido viene poi reiniettata nel sistema geotermico sotterraneo.

E se uno vuole il geotermico in casa?

Questi in linea di massima sono gli impianti che sono usati per produzioni industriali di energia, ma noi privati cittadini dobbiamo puntare a quote più ridotte: per questo basta un impianto domestico che fornisca almeno un generoso sconto in bolletta!

Gli impianti domestici sono per definizione piccoli, quindi si tratta di sfruttare energia geotermica a bassa entalpia, di solito con profondità operative che vanno da pochi metri (10-20 m) fino a profondità più elevate, magari sfruttando pozzi già esistenti per ammortizzare i costi. Ipotizziamo di fare un impianto abbastanza superficiale, quindi di circa 15 m; la nostra centrale geotermica sarebbe composta da 3 componenti principali: la pompa di calore, l’accumulatore ed il bollitore. 

Il sistema trainante di tutto l’impianto è la pompa di calore. Questa ha lo scopo principale di prendere il calore dal terreno in inverno e cederlo allo stesso in estate. Per intendersi è lo stesso funzionamento del condizionatore che abbiamo in casa, solo che le pompe di calore geotermiche non prendono l’aria esterna, ma il calore prodotto dal terreno. Questo processo di scambio di calore può avvenire per la presenza di due circuiti: il primo è quello dell’impianto di distribuzione all’interno dell’edificio, in cui l’acqua contenuta nell’accumulatore viene spinta nei sistemi di diffusione (termosifoni, riscaldamento a pavimento ecc.); mentre il secondo è quello che si sviluppa nel sottosuolo, quindi all’esterno dell’edificio, e trasporta il calore dal sottosuolo alla pompa di calore e viceversa.

Esistono due tipi principali di pompe di calore: 

• terra-acqua (o circuito chiuso), in cui il calore del terreno viene ceduto all’acqua che circola nell’impianto. In realtà si tratta di acqua glicolata, una miscela di acqua e glicole etilenico o propilenico che, avendo una temperatura di congelamento di -12°C invece degli 0°C dell’acqua normale, permette all’impianto di funzionare anche in inverno riducendo il rischio che l’acqua ghiacci; 
• acqua-acqua (o circuito aperto) dove invece il vettore termico è l’acqua di falda. Vi ricordate che avevo parlato di uso di pozzi per l’approvvigionamento di acqua per costruire le centrali geotermiche: ecco spiegato il motivo!

I costi

Tutto questo sistema deve funzionare con un apporto di corrente elettrica esterno per far funzionare gli impianti di distribuzione e di pompaggio dell’acqua in/out terreno. Ma se alla centrale geotermica ci allacciamo un impianto fotovoltaico? Ecco che abbiamo trovato una soluzione al problema della corrente diventando ancora più green! Il risparmio e quindi anche il rendimento del sistema aumenta grazie all’accoppiata tra geotermico e fotovoltaico. Il rendimento del sistema si esprime con un numero detto COP (Coefficient of Performance): più alto è il numero, maggiore è il rendimento.

Per fare un esempio di quanto possa costare un impianto geotermico: per una abitazione privata, con presente pozzo già presente (quindi si ipotizzerà di usare un sistema acqua-acqua), per una superficie commerciale dell’immobile di circa 100 m² il costo dell’impianto si aggira sui 25000 €. Se però aggiungiamo la perforazione dobbiamo sommare 50-60 € per ogni metro di scavo quindi, considerando una profondità ordinaria per un impianto domestico di 15 m, questi si traducono in circa 900 € in più sulla parcella. In teoria con 26000-30000 € (ce la mettiamo la manodopera, no!?) vi portate a casa un impianto geotermico.

Questi costi potrebbero essere poco convenienti per una grossa azienda o comunque per uno che avrebbe bisogno di un impianto un po’ in fretta: ed in questo il solare termico o addirittura le caldaie classiche sono sicuramente più vantaggiose e veloci da installare. A differenza dell’eolico e del fotovoltaico, infatti, le risorse geotermiche di alta temperatura per la produzione di energia elettrica in grandi quantità non sono facilmente rintracciabili e la loro individuazione richiede molto tempo ed investimenti piuttosto elevati, con perforazioni di pozzi di rilevante profondità che arrivano anche a 5 chilometri (nel caso si volesse sfruttare la media o alta entalpia).

Situazione attuale e prospettive future delle energie green

L’Italia, in tutto questo vasto panorama, è stata tra le prime a livello mondiale a sfruttare il potenziale dell’energia geotermica con la centrale di Larderello. Questa centrale per diversi decenni è stata l’unica a livello industriale al mondo! Essa da sola produce circa 800 MW di energia che serve circa diecimila utenze tra privati ed aziende. Secondo i dati di Terna della produzione di energia elettrica, in Toscana nel 2022 sono stati prodotti TWh dal geotermico, il 2% del totale. Ma guardate bene: questa quota corrisponde al 65% di tutta l’energia elettrica prodotta dalla regione Toscana!

Purtroppo però, al netto di questi dati da paura, le risorse rinnovabili sono ancora un po’ snobbate nel nostro paese e nel mondo: in Italia infatti solo il 5% di tutta l’energia prodotta arriva dal geotermico e le stime future non sono altrettanto rosee, con un target di potenza prodotta entro il 2023 di soli 7.1 TWh. Dico solo perché, sebbene con 1 TWh possiamo tenere accese in contemporanea 1 milione di stufette elettriche per un’ora (!!!), una centrale nucleare moderna produce circa 13.6 TWh all’anno. Sempre parlando di energie rinnovabili, secondo il piano di sviluppo italiano, il solare dovrebbe incrementare la sua quota e produrre annualmente entro il 2030 circa 73.1 TWh: 10 volte tanto rispetto al geotermico!

Ma quindi perché il geotermico è così bistrattato? Vediamo di fare un bilancio dei pro e contro:

PRO DEL GEOTERMICO

• Eliminazione delle caldaie a gas e, se accoppiate, le pompe di calore geotermiche ad un sistema di pannelli solari, il costo dell’impianto si ammortizza più velocemente;
• Costi di manutenzione molto contenuti, sicuramente di più rispetto a metano, GPL e gasolio;
• Aumento del valore dell’immobile.

CONTRO DEL GEOTERMICO

• Costo iniziale dell’impianto elevato. Se poi ci aggiungiamo anche il costo dell’eventuale impianto fotovoltaico che si è installato per “ammortizzare” i costi il tutto viene a costarci molto salato!
• Bassa temperatura di circolo dell’acqua nel sistema (30-40°C), inferiore ad esempio a quella riscontrata in un sistema alimentato a metano (60-80°C);
• Progettazione non semplice, soprattutto per quanto riguarda il posizionamento delle sonde geotermiche, il costo della perforazione (se non già esistente), con conseguente aumento del prezzo finale speso per l’impianto.Progettazione non semplice, soprattutto per quanto riguarda il posizionamento delle sonde geotermiche, il costo della perforazione (se non già esistente), con conseguente aumento del prezzo finale speso per l’impianto.

Da un’indagine del CNR del 2012, a fronte dei 185 milioni di tonnellate di petrolio equivalente prodotte con le risorse rinnovabili nel 2010, solo lo 0.70% deriva dal geotermico. Servono quindi moltissimi investimenti e risorse per poter far decollare il geotermico in Italia, che ha dalla sua parte un grandissimo potenziale. Speriamo che qualcosa negli anni a venire si muova per poter impiegare intelligentemente una risorsa così versatile del nostro pianeta.

Abbiamo stimolato la tua curiosità? Puoi saperne di più consultando le nostre fonti:

• Agorà scienza
• Ecoage
• Gesenergie
• Enel Green Power- Vantaggi energia geotermica
• Enel Green Power- Energia geotermica in Italia
• Centrale geotermica Lardarello
• Statista
• Usgs.gov- The Geysers Geothermal Field
• Usgs.gov- One benefit of California’s volcanoes?
• Certifico
• Dobson P., Dwideli D., Millstein D., Krishnaswamy N., Garcia J., Kiran M. (2020) – Analysis of curtailment at The Geysers geothermal Field, California, Geothermics, 87, 14 pp.