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:: Energia Rinnovabile / Energia Geotermica
Cos'è l'energia geotermica
Il termine "geotermia" deriva dal greco deriva dal greco "gê" e "thermòs" e significa "calore della Terra". L'energia geotermica si ottiene sfruttando tale calore. L'energia geotermica è una forma di energia rinnovabile che deriva dal calore presente negli strati più profondi della crosta terrestre. Il calore della Terra è l'energia naturale che da sempre accompagna la storia dell'uomo fin dalle sue origini. La stessa vita biologica è probabilmente nata in particolari condizioni ambientali "tra acqua e fuoco". Da sempre i popoli hanno usato l'acqua geotermica che fluiva liberamente alla superficie dalle sorgenti calde. L'uso più antico e diffuso è stato da sempre quello termale. Poi questa "acqua magica" fu impiegata anche per altri scopi. I Romani curavano con l'acqua proveniente dal centro della Terra i disturbi della pelle e degli occhi e riscaldavano gli edifici di Pompei, ma già alcuni millenni prima gli Indiani d'America la usavano per cucinare, oltre che per scopi medicinali, così come facevano i Maori della Nuova Zelanda. Più di recente, a partire dagli anni '60 la Francia scalda fino a 200.000 case con acqua geotermica. Il più grande complesso geotermico al mondo si trova in California a The Geysers (l'impianto ha un potenziale di 1400 MW, sufficiente a soddisfare le richieste energetiche dell'area metropolitana di San Francisco).
Dal nucleo alla superficie
Le temperature del globo sono crescenti man mano che si scende in profondità, in media ogni 100 metri la temperatura delle rocce aumenta di +3 °C (quindi 30 °C al Km e 300 °C a 10 Km). Questo è valido però solo per quanto riguarda la crosta terrestre, nel resto del globo l'aumento di temperatura con la profondità (detto gradiente geotermico) è sensibilmente minore. Particolarmente nel mantello e nucleo esterno il gradiente geotermico segue un andamento di tipo adiabatico, e si attesta su valori medi rispettivamente di 0.3 °C/km e 0.8 °C/km.
Il
nucleo della Terra, a circa 6400 km di profondita', ha una temperatura
intorno ai 5000ƒC. Il calore fluisce verso la superficie e viene
condotto dalle rocce del mantello, lo strato che circonda il nucleo.
Quando temperatura e pressione aumentano oltre un certo limite, la
roccia del mantello fonde e diventa magma, che essendo meno denso della roccia
circostante solida, sale lentamente, per convezione, verso la crosta,
trasportando calore dal basso verso l'alto. A volte il calore arriva
in superficie attraverso una fenditura sotto forma di lava o molto
piu' spesso rimane sotto la crosta, scaldando le
rocce e l'acqua circostanti (ossia pioggia che si e' infiltrata in profondita'
attraverso gli strati rocciosi), con temperature che arrivano fino a
circa 370ƒC.In alcune particolari zone si possono presentare condizioni
in cui la temperatura del sottosuolo è leggermente più alta
della media, un fenomeno causato dai fenomeni vulcanici o tettonici.
In queste
zone "calde" l'energia può essere facilmente recuperata
mediante la geotermia. La geotermia consiste nel convogliare i vapori
provenienti dalle sorgenti d'acqua del sottosuolo verso apposite turbine
adibite alla produzione di energia elettrica e riutilizzando il vapore
acqueo per il riscaldamento, le coltivazioni in serra e il termalismo.
I giacimenti di questa energia sono, però, dispersi e a profondità così elevate
da impedirne lo sfruttamento. Per estrarre e usare il calore imprigionato
nella Terra, è necessario individuare le zone dove questo si è concentrato:
il serbatoio o giacimento geotermico.
Esistono diversi sistemi geotermici, ma attualmente vengono sfruttati
a livello industriale solo i sistemi idrotermali, costituiti da formazioni
rocciose permeabili in cui l’acqua piovana e dei fiumi si infiltra
e viene scaldata da strati di rocce ad alta temperatura. Le temperature
raggiunte variano dai 50-60°C fino ad alcune centinaia di gradi.
Sorgenti, geyser e serbatoi
L'acqua calda, geotermica, risalendo
attraverso faglie e fratture, puo' raggiungere la superficie e formare
sorgenti calde e geyser.
La maggior parte rimane invece nel sottosuolo, intrappolata in fratture e strati
porosi di roccia: in questi casi si ha la formazione di un serbatoio geotermico.
Oggi gli esperti studiano il sottosuolo per localizzare i serbatoi
di fluido geotermico da portare in superficie attraverso la realizzazione
di pozzi profondi anche alcune migliaia di metri, operazione che richiede
un'attenta valutazione perchè la perforazione di un pozzo
costa diversi milioni di euro e può non portare a risultati produttivi.
Quando l'acqua o il vapore arrivano in superficie attraverso i pozzi,
vengono
avviati agli impianti di produzione di elettricità, le centrali
geotermiche o sono impiegati per usi non elettrici.
Vapore o acqua calda per la produzione di elettricità
Nelle centrali, il vapore o l'acqua calda forniscono la forza necessaria a muovere le turbine che producono elettricita'. L'acqua di scarico delle centrali geotermiche viene poi reiniettata in profondità nel serbatoio, attraverso appositi pozzi di reiniezione, mantenendo così la pressione del serbatoio ed evitando l'inquinamento di falde o corsi d'acqua in superficie. L'acqua reiniettata sarà di nuovo scaldata dalla Terra.
Classificazione sistemi geotermici
I sistemi geotermici sono classificati in quattro gruppi:
- sistemi idrotermali
I sistemi idrotermali sono gli unici ad essere utilizzati sia nella produzione di energia elettrica che negli impieghi diretti, costituiti dai serbatoi geotermici (che contengono il fluido), ricoperti di terreno impermeabile. Il sistema viene denominato "a vapore dominante" quando il fluido geotermico si presenta sotto forma di vapore saturo o surriscaldato, ad "acqua dominante" quando il fluido estratto rimane nello stato liquido con una certa parte di vapore.
- sistemi geopressurizzati
I sistemi geopressurizzati sono sistemi che contengono acqua a temperature maggiori rispetto a quelli idrotermali e con pressioni superiori di quella idrostatica che gli competerebbe a causa della loro profondità, sistemi ad elevata temperatura e pressione.
- rocce calde secche (hot
dry rock)
Le rocce calde secche sono zone della crosta terreste in cui non è presente la circolazione di fluidi e con elevata termalità(temperature comprese fra i 200°C e i 350°C), che è possibile sfruttare tramite la fatturazione artificiale delle rocce e la circolazione forzata del fluido.
- sistemi magmatici
I sistemi magmatici sono rocce fuse di origine magmatica, con temperature dai 600°C ai 1400°C; per poter sfruttare questi sistemi si dovrà prima risolvere i complessi problemi tecnici relativi al loro utilizzo.
Le tipologie di centrali geotermiche
Ci sono tre tipi di centrali geotermiche, in funzione della temperatura e della pressione del serbatoio che le alimenta:
- Nei campi dove si produce essenzialmente vapore "secco", in aggiunta a poca acqua, questo puo' essere inviato direttamente alla turbina dell'impianto, attraverso dei vapordotti. Il piu' grande serbatoio di questo tipo, sfruttato fin dagli anni '60 è"The Geysers" che si trova circa 140 km a Nord di San Francisco in California (Usa). Il campo geotermico "The Geysers" della Pacific Gas & Eletctric, localizzato nel Nord della California, ospita l'impianto piu' grande del mondo con una potenza totale di 750 MW, ottenuta da 14 unita' produttive.
- Un serbatoio che produce acqua calda è detto ad acqua dominante ed è impiegato per alimentare centrali a flash o a separazione. L'acqua, la cui temperatura varia da circa 180 a 370 ƒC, arriva in superficie tramite i pozzi e poichè passa rapidamente dalla pressione di serbatoio a quella dell'atmosfera, si separa (flash) in una parte di vapore che e' mandato in centrale e una parte di liquido che viene reiniettato in serbatoio. La maggior parte dei campi geotermici del mondo, tra i quali anche quelli di Travale e dell'Amiata, appartengono a questa tipologia.
- Per serbatoi che producono acqua a temperature moderate (tra i 120 e i 180ƒC), la tecnologia del ciclo binario e' la piu' redditizia. In questi sistemi il fluido geotermico viene utilizzato per vaporizzare attraverso uno scambiatore di calore, un secondo liquido (ad esempio isopentano), con temperatura di ebollizione più bassa rispetto all'acqua. Il fluido secondario si espande in turbina e viene quindi condensato e riavviato allo scambiatore in un circuito chiuso, senza scambi con l'esterno. Il fluido geotermico, dopo aver attraversato lo scambiatore, torna al pozzo di reiniezione per essere ripompato in serbatoio. Il campo laziale di Latera e' un esempio di questo tipo.
Gli altri usi del calore geotermico
Oltre che per generare elettricità, il calore geotermico è impiegato in applicazioni dirette che assicurano un risparmio d'energia fruttando acqua a temperature comprese tra i 20 e i 150ƒC. Accanto alle cure termali, l'acqua calda geotermica viene usata per riscaldare serre per la floricoltura e l'orticoltura, vasche per l'itticoltura, per pastorizzare il latte, per essiccare cipolle o legname, per lavare la lana. Altro uso abbastanza diffuso è rappresentato dal riscaldamento di edifici, sia privati che pubblici, o di interi quartieri. Lo schema di questo tipo di applicazione è simile a quello delle centrali a ciclo binario, qui però il liquido secondario è acqua pulita di città che scorre in tubazioni che si diramano fino agli edifici da riscaldare. Il primo esempio di questo genere fu avviato a Boise in Idaho (Usa), ma l'impianto più grande è oggi quello di Reykjavik in Islanda.
Lo stesso sistema, basato su tubi di acqua calda interrati, puòessere usato per mantenere sgombre dalla neve strade e scalinate o per far crescere ortaggi e piante senza chiuderli nelle serre. Infine è da menzionare l'impiego nei sistemi a pompe di calore che producono caldo in inverno e fresco in estate, consumando pochissima elettricità e sfruttando la temperatura del terreno.
Gli altri usi del calore geotermico
In
Italia
Dall'inizio del novecento l'Italia sfrutta il calore della Terra per produrre energia elettrica tramite la realizzazione di centrali elettriche geotermiche capaci di sfruttare la forza del vapore. In Italia la produzione di energia elettrica dalla geotermia è fortemente concentrata in Toscana (Pisa, Siena e Grosseto). A Larderello si trova uno dei primi impianti geotermici al mondo (i primi esperimenti del Principe Piero Ginori-Conti risalgono al 1904).
Tra
il 1905 ed il 1936 vengono migliorate le tecniche di perforazione e si
arriva ad una potenza
elettrica installata di 73 MW; dagli anni Venti, proprio da Larderello,
si estende a tutto il mondo l'interesse per la geotermia. Dagli
anni Settanta viene dato un notevole impulso all’esplorazione
in tutte le aree italiane, cosa che porta all'individuazione
di diverse aree geotermiche, di altri campi ad alta entalpia (con fluidi
a temperature
superiori ai 150° C) per la produzione di energia elettrica e di
bassa entalpia (con fluidi a temperature 100 - 150° C) per il teleriscaldamento.
Gli impianti di Larderello (Pisa) hanno un'origine datata ben prima della metà dell'ottocento. I vapori provenienti dal sottosuolo erano una valida alternativa delle innovative macchine a vapore industriali dell'epoca ed avevano il pregio di non utilizzare il costoso carbone per alimentare le caldaie. Un vantaggio che non passò inosservato agli imprenditori toscani del primo ottocento. Una tradizione toscana che arriva fino ai nostri giorni e che pone la regione Toscana ai primi posti dello sfruttamento dell'energia rinnovabile dalla geotermia. Non è un caso che proprio a Larderello si trovi un "Museo dedicato al vapore".
I "giacimenti naturali di vapore" in Toscana producono ogni anno oltre 4 miliardi di kilowattora di elettricità nelle sole centrali toscane di Larderello e di Montieri. Con il calore geotermico negli anni '40, in Italia venivano gia' prodotti 132 MW. Per livello di produzione geotermoelettrica l'Italia e' oggi il quarto Paese del mondo. Erga S.p.A. del Gruppo Enel e' proprietaria dei campi di Larderello (il solo a vapore dominante), di Travale e del Monte Amiata in Toscana e di Latera nel Lazio.
L'Italia è il paese geotermicamente più “caldo” di tutta l'Europa, cosa testimoniata dai numerosi vulcani, dai soffioni boraciferi, dalle sorgenti termominerali. La produzione geotermica italiana ha una lunga tradizione: la prima vera centrale geotermoelettrica, Larderello 1, entrò in servizio nel 1913 con un primo gruppo a turbina da 250 kW. Attualmente in Italia sono presenti 34 impianti geotermici (33 in Toscana e 1 nel Lazio) con una potenza installata complessiva di 707 MW. Questi impianti producono annualmente più di 5.000 GWh soddisfacendo già gli obiettivi che l’Italia si è data, relativamente al geotermico, nei documenti programmatici per lo sviluppo delle fonti rinnovabili.
Il teleriscaldamento
É una soluzione alternativa, rispettosa dell'ambiente, sicura
ed economica per la produzione di acqua igienico sanitaria e il riscaldamento
degli edifici residenziali, terziari e commerciali. Inoltre, l'utilizzo
del sistema di “Cogenerazione” consente
anche la contemporanea produzione di energia elettrica. Il termine “teleriscaldamento” sottolinea
la peculiarità del servizio, ossia la distanza esistente tra
il punto di produzione del calore e i punti di utilizzo: il cuore del
sistema risiede in una Centrale di “Cogenerazione” che
può servire edifici situati anche ad alcuni chilometri di distanza
da essa. Rispetto ai tradizionali sistemi di produzione di calore ed
energia elettrica, la Cogenerazione consente il raggiungimento di una
maggiore efficienza energetica globale infatti, la Centrale è in
grado di recuperare il calore disperso nel corso dei vari processi
e di riutilizzarlo per produrre energia. Pertanto, a parità di
energie utili prodotte, la produzione combinata di energia elettrica
e termica consente un minor consumo di combustibile, massimizzando
lo sfruttamento delle risorse immesse.
Barriere allo sviluppo della geotermia
La principale barriera allo sviluppo della geotermia è la sensibilità maturata dalle comunità locali sulle questioni di impatto ambientale, che è legato sia agli effetti tossici, in relazione ai fluidi portati in superficie, che agli effetti di tipo geofisico e geologico. Il più pericoloso tra i gas presenti nei fluidi geotermici è senza dubbio l'idrogeno solforato sia per la sua tossicità che per il suo odore. L'elevata concentrazione produce la paralisi dei nervi olfattivi in caso di esposizione prolungata, per evitare questo effetto tale effluente viene convertito durante il ciclo di utilizzo. Il biossido di carbonio ed il metano rappresentano un problema per l'ambiente in relazione all'effetto serra. Per evitare la contaminazione ambientale si deve ricorrere alla pratica della reiniezione dei fluidi nel sottosuolo dopo il loro impiego. L'estrazione di fluidi dal sottosuolo può portare a fenomeni di subsidenza (spostamenti lenti del livello della superficie), recentemente sono state eseguite delle misure geodetiche per poter quantificare il fenomeno. Esiste un nesso causale tra l'immissione di acque reflue in profondità ed il verificarsi di terremoti, questo pone problemi nelle zone ove è prevista la reiniezione dei fluidi geotermici utilizzati. In Italia questa pratica produce esclusivamente attività microsismica di scarsa rilevanza. La presenza di impianti geotermici provoca disturbi superficiali, quali un eccessivo rumore, danni al paesaggio, variazioni climatiche ed implicano pertanto una trasformazione del territorio. L'impatto sul paesaggio non è trascurabile, poiché le zone di produzione di energia geotermica sono caratterizzate dall'addensamento di numerosi pozzi di trivellazione e di condotti distribuiti in aree estremamente piccole. E' quindi necessaria una valutazione costi/benefici allargata agli aspetti socio-economici ed ambientali oltre che a quelli puramente tecnici e finanziari per poter sciogliere il nodo della compatibilità tra sviluppo della geotermia e tutela ambientale.
Critiche al geotermico
Dall'esperienza toscana si possono trarre alcune importanti conclusioni positive e negative sulla geotermia. La fonte geotermica riceve in particolar modo due critiche:
- Dalle centrali geotermiche fuoriesce insieme al vapore anche il tipico odore sgradevole di uova marce delle zone termali causato dall'idrogeno solforato. Un problema generalmente tollerato nel caso dei siti termali ma particolarmente avverso alla popolazione residente nei pressi di una centrale geotermica. Il problema è risolvibile mediante l'installazione di particolari impianti di abbattimento.
- L'impatto esteriore delle centrali geotermiche può recare
qualche problema paesaggistico. La centrale si presenta, infatti,
come un groviglio di tubature anti-estetiche. Un'immagine che non
dista comunque da quella di molti altri siti industriali o fabbriche.
Il problema paesaggistico può essere facilmente risolto unendo
l'approccio funzionale dei progetti ingegneristici con quello di
un'architettura rispettosa del paesaggio e del comune senso estetico.
Per il resto la geotermia consente di trarre dalle forze naturali rinnovabili una grande quantità di energia rinnovabile e pulita.
2006 -