Geotermia: calore ed energia

La geotermia, termine che significa letteralmente “calore della Terra”, è una fonte di energia disponibile sempre e ovunque, inesauribile e quindi rinnovabile. Fin dai tempi antichi questo calore, difficile da percepire a livello quotidiano, è stato utilizzato dagli esseri umani: da sempre ci siamo giovati del tepore delle acque termali, spesso usate a scopi curativi, ma soprattutto abbiamo fatto ricorso a una fonte energetica preziosa per la costruzione del benessere fisico e psicologico. Questa forma di energia termica, proveniente dal sottosuolo terrestre e che risale alla formazione stessa del nostro Pianeta, a differenza di altre fonti energetiche esauribili, sarà a disposizione dell’umanità ancora a lungo a causa della sua stessa natura.

“A partire dalla sua formazione, circa 4,5 miliardi di anni fa, la grande palla incandescente della Terra si è progressivamente raffreddata, dissipando calore dal nucleo (dove oggi si raggiungono i 5400 °C) fino alla superficie”, spiega Adele Manzella dell’Istituto di geoscienze e georisorse (Igg) del Cnr. “A questo flusso di calore primordiale si aggiunge quello determinato dal decadimento di isotopi radioattivi presenti all’interno della Terra - in particolare di potassio, torio e uranio - che da miliardi di anni rilasciano energia nel mantello superiore e nella crosta, e continueranno a farlo per milioni di anni”.

La modalità più antica per estrarre calore dalla Terra, che ha dominato le tecnologie geotermiche degli ultimi decenni, è l’uso del calore trasportato dalle acque calde provenienti dal sottosuolo. “Grazie al flusso di calore, le temperature del sottosuolo aumentano progressivamente con la profondità. Poiché la crosta è altamente fratturata, e quindi permeabile ai fluidi, l'acqua di superficie - essenzialmente l'acqua piovana - penetra in profondità e si riscalda a contatto con le rocce calde. Quando il fluido rimane intrappolato tra strati di rocce impermeabili, si formano i cosiddetti serbatoi geotermici”, continua la ricercatrice. “Tramite pozzi, è possibile arrivare ai fluidi caldi sotterranei, portarli in superficie per usarne il calore e poi reimmetterli raffreddati sottoterra, avviando un nuovo ciclo. Il calore viene utilizzato per riscaldare abitazioni, edifici commerciali e perfino interi quartieri, tramite reti di teleriscaldamento. Ma anche per serre, allevamenti, produzione di latte e formaggi e una miriade di altri usi, spesso determinati dalle esigenze locali. Nelle lunghe stagioni fredde dell’Islanda, il calore della Terra, oltre alle case, riscalda anche marciapiedi e campi di calcio”.

L’impiego delle acque calde provenienti dal sottosuolo è la forma più semplice ed efficace di produrre calore. In alcune aree - come la Nuova Zelanda, la California e la Toscana - dove le temperature sotterranee superano i 100 °C a pochi chilometri di profondità, diventa inoltre economico produrre elettricità, trasformando il calore in energia elettrica. “Il principio è lo stesso delle centrali termoelettriche a combustibili fossili: il calore prodotto dalla combustione vaporizza l’acqua, che aziona una turbina e un generatore, producendo elettricità. Il calore geotermico non necessita del primo passaggio, poiché il vapore è già pronto all’uso, e così si abbattono le emissioni di gas serra”, precisa l’esperta.

Con il tempo, sono stati sperimentati anche altri modi per accedere e utilizzare il calore della Terra. Alcune tecnologie si avvantaggiano della differenza di temperatura tra la superficie e il sottosuolo, permettendo non solo di riscaldare, ma anche di rinfrescare gli ambienti. Il più sviluppato è quello delle cosiddette pompe di calore geotermiche. “In questo caso non è solo il calore a essere interessante, ma il fatto che la temperatura del sottosuolo, già a pochi metri di profondità, rimane pressoché stabile, mentre in superficie la temperatura ambiente può raggiungere valori molto diversi da quelli di comfort, rigidi in inverno e torridi in estate”, prosegue Manzella. “Con i sistemi a pompa di calore geotermica è possibile mantenere costante la temperatura degli ambienti, usando il sottosuolo come una sorta di batteria termica di accumulo, da cui si estrae il calore in inverno e in cui si scarica il calore in eccesso in estate, rinfrescando gli ambienti. Oltre al classico trasferimento di calore da acque sotterranee, questi sistemi utilizzano tubi di scambio termico a circuito chiuso, all’interno dei quali l’acqua circola e trasporta il calore tra punti a diverse temperature. I sistemi di accumulo e a circuito chiuso sono stati sperimentati ormai da molti anni per piccole unità a bassa profondità, e si stanno aprendo progressivamente a profondità e applicazioni sempre più grandi”.

L’energia termica, secondo i dati, è il tipo di energia più richiesta: in Italia, in Europa e nel mondo rappresenta la metà della richiesta energetica, superiore a quella elettrica e per i trasporti. Ancora oggi, tuttavia, gran parte di questa energia è prodotta bruciando combustibili fossili. Le attuali politiche energetiche puntano a sostituire i combustibili fossili con fonti elettriche alternative - nucleare, idroelettrico, eolico e fotovoltaico -, che trasformano l’energia in elettricità, più facilmente trasportabile. Il calore, invece, si trasporta efficientemente solo su brevi distanze; per questo è vantaggioso produrlo vicino a dove viene consumato. Pensiamo al caso del metano, che grazie alla sua trasportabilità è tra le fonti energetiche più popolari per produrre calore. 

La geotermia potrebbe dare una risposta concreta nel superare le difficoltà legate alla transizione energetica: fonte energetica diffusa e versatile, è potenzialmente in grado di produrre calore ovunque e per qualunque applicazione, rendendosi una valida alternativa alle fonti fossili sia per la gestione delle temperature che per la generazione elettrica. Grazie all’avanzamento tecnologico, questa risorsa è sempre più interessante ed economica e consente di produrre calore nel punto esatto in cui viene consumato, con indiscutibili vantaggi anche energetici e ambientali. Per non parlare poi della disponibilità continua, oltre che illimitata, essendo la geotermia l’unica fonte energetica rinnovabile indipendente dalla disponibilità di acqua, luce o vento.

Fonte: Adele Manzella, Istituto di geoscienze e georisorse, [email protected]