L’energia geotermica è il calore generato naturalmente dalla Terra. Infatti, nel nucleo, nel mantello e nella crosta terrestre viene generata e conservata un’immensa quantità di energia. Alla base della crosta continentale si stima che le temperature varino tra i 200 e 1.000 °C, mentre al centro della Terra esse vanno da 3.500 a 4.000 °C. Il calore è trasferito dall’interno verso la superficie prevalentemente per conduzione, determinando un aumento della temperatura dall’esterno verso l’interno pari a circa 25-30 °C al km.
Complessivamente, si stima che la quantità totale di calore contenuta nel nostro pianeta sia pari a cento milioni di volte la produzione mondiale di elettricità dell’anno 2005; si tratta evidentemente di un potenziale energetico enorme, che rientra appieno nel novero delle energie rinnovabili.
L’energia termica accumulata sotto la superficie include sia emissioni di acqua calda e vapore (nelle zone in cui si trova acqua ad alta pressione) sia rocce incandescenti. Se l’energia geotermica era utilizzata come fonte di riscaldamento e termale già dagli antichi Romani, più recentemente essa ha trovato applicazione come fonte di elettricità. Nel 2007 sono stati installati in tutto il mondo circa 10 GW di produzione elettrica, oltre ad altri 28 GW di riscaldamento geotermico diretto (teleriscaldamento, singoli edifici, terme, processi industriali, agricoltura). In Italia l’energia geotermica è ancora ampiamente sottovalutata; cionostante, il Centro e il Sud del Paese rappresentano un potenziale enorme per la produzione di elettricità mediante geotermia. Oltre allo storico impianto di Larderello, è stato varato un interessante progetto per l’area dei Campi Flegrei presso Napoli, chiamato Campi Flegrei Deep Drilling Project, che ha il doppio scopo di mitigare l’altissimo rischio vulcanico dell’area e sviluppare nuove tecnologie per lo sfruttamento dell’energia geotermica.
Possibili impieghi della geotermia
Climatizzazione di edifici
E’ possibile utilizzare direttamente l’energia geotermica per il riscaldamento, sfruttando il calore prodotto dal sottosuolo attraverso la cogenerazione geotermica (generazione congiunta di elettricità e calore) oppure l’acqua naturalmente proveniente da aree dove il terreno è caldo (zone vulcaniche e termali). In queste zone, acqua o vapore possono essere deviati da sorgenti naturali calde e portate direttamente in termosifoni, sistemi radianti oppure scambiatori di calore.
Circa 70 Paesi al mondo utilizzano 270 PJ/anno di riscaldamento con geotermia; più della metà di questa energia è utilizzata a livello domestico, e un terzo per l’alimentazione delle piscine. Si stima che 88 PJ siano ottenuti grazie a un milione di pompe di calore geotermiche, con una potenza complessiva di circa 15 GW.
A 100-150 m di profondità (geotermia superficiale) la temperatura terrestre si aggira tra i 10 e i 16 °C; in inverno, è possibile assorbire il calore dal terreno per riscaldare l’edificio, e in estate assorbire il calore dell’edificio per liberarlo nel terreno. Non è necessario prelevare vapore da sottoterra, ma è sufficiente far circolare acqua in un appropriato sistema di tubazioni e di scambiatori di calore. Si tratta di un sistema di condizionamento rapido ed efficace, che presenta consumi ridotti di energia elettrica (solo quella necessaria per le pompe), emissioni zero di CO2, oltre a evitare controindicazioni acustiche, estetiche e sanitarie (ossia il rischio di Legionellosi, grazie all’eliminazione delle torri di raffreddamento).
Energia idrotermica
Questo sistema prevede l’uso diretto del calore proveniente dall’acqua sotterranea per il condizionamento, irrigazione di serre e processi industriali come la pastorizzazione del latte. Per evitare emissioni gassose in atmosfera sono necessarie due perforazioni, una di produzione e una per la re-iniezione dell’acqua termale una volta raffreddata.
Produzione di energia elettrica
Si stima che nel 2021 siano stati prodotti in Italia quasi 6 TkWh di elettricità mediante la geotermia (pari allo 0,2% del consumo globale). Questo dato può apparire irrisorio, ma testimonia unicamente la “pigrizia” del sistema Italia verso lo sviluppo di fonti rinnovabili innovative; in particolare, lo sfruttamento delle sorgenti geotermiche italiane è stato finora confinato a sorgenti poco profonde, dalle quali si ricava vapore a bassa temperatura e quindi a basso contenuto energetico. Uno studio di Enel stima che in Italia esista un potenziale di energia geotermica sfruttabile con le tecnologie attuali (cioè con perforazioni entro 5 km, dove si raggiungono temperature di poco superiori a 200 °C) di oltre 5.000 TWh. Attualmente il fabbisogno di energia elettrica in Italia è intorno a 300 TWh, per cui l’energia geotermica sarebbe ampiamente sufficiente a soddisfare la domanda interna, e ne resterebbe un’ampia quota da utilizzare per il riscaldamento di edifici o per usi industriali. L’energia geotermica non si basa su processi di combustione, quindi non ci sono emissioni di CO2; è disponibile tutto l’anno, H24, senza le incertezze dell’energia solare e di quella eolica; non dipende da Paesi esteri o da fluttuazioni di mercato.
A livello mondiale, l’impiego dell’energia geotermica per la produzione di elettricità si sta sviluppando rapidamente. Esistono tre tipologie di tecniche di utilizzo:
– impianti “dry steam”, che utilizzano direttamente il vapore acqueo proveniente dal sottosuolo, ad una temperatura media di 150 °C
– impianti “flash steam”, che utilizzano accumuli intermedi di vapore prima di portarlo alle turbine, e richiedono temperature pari o superiori a 180 °C
– impianti a ciclo binario, in cui l’acqua o il vapore ad alta temperatura (oltre 200 °C) vengono utilizzati per riscaldare un fluido secondario a basso punto di ebollizione, che poi viene vaporizzato per alimentare le turbine di un generatore e successivamente ricondensato in ciclo chiuso. Questi impianti non rilasciano il fluido geotermico nell’ambiente, ma lo reiniettano nel sottosuolo, evitando così le emissioni di idrogeno solforato e mercurio che hanno causato problemi di accettazione da parte della popolazione delle zone interessate.
Quadro normativo e burocratico
La normativa nazionale che disciplina l’installazione di impianti geotermici a bassa temperatura è il D.Lgs n.22/2010, che definisce gli interventi di messa in opera degli impianti geotermici per la climatizzazione degli edifici; in seguito il D.Lgs n.28/2011 ha stabilito (art.7, co.4) che le prescrizioni per la messa in opera degli impianti geotermici e relative sonde sarebbero state stabilite con un ulteriore decreto ministeriale. Questo decreto è il DM 30/9/2022, entrato in vigore il 15 ottobre scorso.
Quanto all’iter burocratico per l’installazione di un impianto geotermico, esso si differenzia in base alla tipologia di sistema da fonte geotermica che si intende installare:
– se si vuole installare un impianto geotermico con la tipologia di collettori orizzontali, la profondità di scavo non deve superare i 2m, ed è quindi necessario avviare degli studi di fattibilità sul terreno e la reale possibilità di costruzione e installazione dell’impianto. Dato che la profondità di scavo è molto ridotta, non vi è la possibilità di interferenze con le acque di falda, riducendo quindi l’iter burocratico
– nel caso di impianto con sonde geotermiche verticali, l’iter burocratico è più complesso, in quanto occorre effettuare trivellazioni del terreno fino a 100m di profondità, oltre a uno studio di fattibilità per assicurare la difesa del suolo e la tutela delle risorse idriche. Occorre quindi chiedere il rilascio dell’autorizzazione regionale
– per quanto concerne lo sfruttamento geotermico delle acque di falda, con prelievo e scarico nella falda stessa, esso è regolato dal T.U.A. 152/2006. Se si utilizza direttamente l’acqua di falda o quella superficiale quale fluido di scambio, è necessario richiedere la concessione di derivazione dell’acqua e, per il processo di scarico delle acque, è necessario richiedere l’autorizzazione alla Provincia.
Per quanto riguarda, invece, i pozzi di prelievo e scarico dell’acqua di falda, è necessario fa riferimento al DPR 236/88.
Il progetto Quaise Energy
L’energia geotermica è attualmente sottosfruttata, ma teoricamente presenta potenzialità pari o addirittura superiori a rispetto all’energia solare, eolica e nucleare.
La startup Quaise Energy ha lanciato un progetto che si propone di migliorare le tecnologie ad oggi utilizzate per lo sfruttamento dell’energia geotermica e portarle a un nuovo livello di efficienza. Infatti, con le tecnologie attuali la profondità massima raggiungibile è di circa 12 km, e per questo motivo la produzione di energia geotermica è limitata alle zone in cui le rocce più calde si trovano relativamente vicine alla superficie. Ma la Quaise Energy ritiene di poter scavare fino a 20 km di profondità, dove la temperatura delle rocce arriva a circa 500 °C e l’acqua pompata in tale ambiente si vaporizzerebbe istantaneamente e il vapore potrebbe essere convertito in elettricità con la massima efficienza. In questo modo sarebbe quindi possibile produrre in qualunque luogo della Terra energia elettrica illimitata.
La chiave del progetto è l’uso di una tecnologia sperimentale nata in Russia e sviluppata dal MIT di Boston (Usa), e basata su tubi a vuoto noti come girotroni. Questi (già impiegati per riscaldare il plasma negli esperimenti di fusione nucleare) sono in grado di generare onde millimetriche ad alta potenza, se alimentati da elettroni in un forte campo magnetico; si possono così creare sistemi di perforazione anche in rocce ad alta temperatura, senza utilizzare le classiche “teste di perforazione” derivate dall’industria petrolifera, che (anche utilizzando leghe speciali) inevitabilmente si rammolliscono quando si arriva a 12 km di profondità.
Quaise Energy ritiene di poter arrivare allo sviluppo dei primi prototipi entro un paio d’anni; ma il progetto mira anche a riadattare alcune vecchie centrali elettriche a carbone, trasformandole in impianti alimentati da vapore geotermico.
Perché la geotermia è poco sfruttata?
I motivi dell’arretratezza nello sfruttamento dell’energia geotermica in Italia sono diversi:
– elevati costi di investimento e manutenzione degli impianti
– mancanza di riferimenti tecnologici da altri Paesi
– problemi ambientali emersi nello sfruttamento dell’unica area italiana dove l’energia geotermica è sfruttata da tempo, cioè Larderello e il monte Amiata, in Toscana. In queste aree le emissioni di idrogeno solforato e di mercurio in uscita dagli impianti geotermici hanno rappresentato un consistente problema ambientale, soltanto recentemente risolto grazie ai controlli di Arpat ed a perfezionamenti tecnologici. Attualmente, il programma di sorveglianza epidemiologica messo in atta dalla Agenzia Regionale di Sanità dimostra che non vi sono impatti significativi sulla salute derivanti dall’attività geotermica
– opposizione da parte della popolazione, che fino a pochi anni fa non fruiva di adeguati incentivi e compensazioni, e che spesso teme che le perforazioni geotermiche possano indurre terremoti o addirittura eruzioni vulcaniche.
L’energia geotermica è stata vista dai grandi gruppi (come Enel Green Power) come problematica e accantonata, dando la preferenza a fonti energetiche “semplici”, come il metano; i piccoli utilizzatori sono stati scoraggiati dalla complessità del quadro burocratico.
DM 30/9/2022: regole omogenee per le sonde geotermiche
Il Decreto 30/9/2022 del Ministero dell’Ambiente, per la prima volta, disciplina a livello nazionale le procedure per l’uso delle sonde geotermiche (fino a 50kW e 80m di profondità) per la produzione di energia rinnovabile. Esso, quindi, consente di definire regole omogenee per la realizzazione di sonde geotermiche.
Il DeM 30/9/2022, infatti, reca “Prescrizioni per la posa in opera degli impianti di produzione di calore da risorsa geotermica, destinata al riscaldamento e alla climatizzazione di edifici e misure di semplificazione per l’installazione dei predetti impianti“. Tale DM si applica ai piccoli usi locali di calore geotermico, mediante impianti di potenza sotto i 2 MW che scambiano solo energia termica con il terreno, grazie a un fluido vettore che circola in appositi impianti posti a contatto con il terreno, senza effettuare prelievi o immissione di fluidi nel sottosuolo.
Con questo Decreto vengono quindi stabilite le prescrizioni per la posa in opera di tali impianti per riscaldamento e climatizzazione di edifici, e individuati i casi in cui la loro realizzazione, fino a una potenza termica di 100 kW, rientra nel regime dell’edilizia libera (procedura semplificata di cui all’art.6 del D.Lgs n. 28/2011).
<<Si tratta di una svolta per tutto il settore della geotermia – spiega Arcangelo Francesco Violo, presidente del Consiglio Nazionale dei Geologi – e questo perché finora la grande maggioranza delle Regioni non aveva un riferimento preciso. Era, cioè, possibile installare gli impianti, ma si navigava al buio su come autorizzarli. Per la bassa entalpia, la filiera è già pronta ed è tutta italiana, e sia a livello di esecuzione che di produzione (pompe e materiali) può portare all’installazione di circa 100mila utenze da realizzare ogni anno. Sono sempre poche ma sono un bel traguardo per dare inizio ad una piccola rivoluzione di questi sistemi energetici e abbassare i costi delle bollette>.
