Geotermia per il nostro pianeta

 

Nuove opportunità ed innovazioni tecnologiche per la fonte energetica naturale più diffusa continua e versatile del pianeta

 

Alessandro Murratzu Geologo

Idrogeo- Certaldo (FI)

Idrogeo@idrogeosrl.it

  

Negli ultimi 3 anni, dopo essere stati attraversati dalla pandemia, emerge con sempre più evidenza a livello mondiale la necessità di cambiare i sistemi produttivi il modo di vivere e creare benessere partendo dal modo di produrre energia, calore o raffrescamento dei nostri edifici e mobilìtà sostenibile.

È di fatto il tema di questi anni di inizio secolo e di queste ore, minuti, secondi e tutti i media ed i livelli decisionali sono concentrati su questo ma il processo in realtà è molto lento, complesso e ricco di ostacoli e molte volte addirittura privo di progetto o piano come in Italia. Pare a volte non comprensibile eppure si muove.

Provo con questa memoria a chiarire in termini semplici come alcune risorse naturali, di cui si parla poco e male, come il calore della terra, possono con le nuove tecnologie migliorare la nostra vita su questo pianeta e contribuire alla transizione energetica.  

La scienza con lo sfruttamento dei prodotti del ciclo naturale del carbonio come il carbone, il petrolio ed il gas metano ha indubbiamente determinato lo sviluppo del nostro pianeta ma dopo 2 secoli di soluzioni semplici come quelle del ciclo del carbonio ci siamo resi conto che questo sistema non solo produce danni non più controllabili ai nostri ecosistemi, ma anche sprechi e perdite di energia non più accettabili.

La domanda semplice è la seguente perché si deve bruciare carbone o petrolio o gas per produrre energia ad altissime temperature e con sprechi enormi quando sotto ai nostri piedi abbiamo tutto il calore naturale che ci serve per produrre energia elettrica e calore a zero emissioni?

Infatti già a profondità di pochi chilometri sotto ai nostri piedi abbiamo ovunque calore disponibile grazie al processo termico naturale che avviene nel nostro pianeta. Ovunque! La scienza ci aiuta a prenderlo senza emissioni, utilizzarlo per produrre energia e calore per i nostri bisogni e restituirlo alla terra stessa. Questa è la Geotermia scienza antica molte volte osteggiata da populismi interessati ma tutta da sviluppare perché fino ad ora è molto piu semplice, intuitivo ed economico apparentemente bruciare legna o carbone o petrolio o gas che estrarre calore dalle viscere della terra o dal sole o dal vento. Ma chiedendoci perché nei secoli siamo passati da bruciare la legna a bruciare petrolio possiamo trovare la risposta sul perchè nel futuro si potrà passare dal petrolio a sfruttare il calore naturale della terra, il sole, il vento anche in mare e perche no anche idrogeno e terre rare.

Questo vale in tutto il mondo e tanto di piu in Italia dove vogliamo realizzare il più grande museo a cielo aperto, vivere di turismo ma senza preoccuparsi di approvvigionare energia e materie prime perché questo processo genera mutazioni nel nostro cervello e diventiamo tutti contrari a realizzare centrali o estrarre materie prime, salvo poi accendere la luce, il condizionatore o il telefono e riscaldarsi alle spalle dei Paesi a noi vicini o lontani e, a volte come avviene adesso, con la Russia, addirittura nemici.

 

Questo è il vero problema energetico insito nelle nostre teste e sicuramente non nella scienza o nella tecnologia.

 

A tal proposito vi riporto un saggio detto popolare ma con forte imprinting scientifico “Tutto ciò che non cresce sulla terra si estrae dalla terra". Bene pensateci e ripensateci ma è vero!

Il problema è che se non si estrae niente non si produce energia e siamo obbligatoriamente nelle mani di Dio (come avvenuto per molti secoli dall’eta della pietra) o di chi estrae, come avviene in questo momento. 

 

Ecco: la Geotermia è senza dubbio ad oggi la fonte più stabile diffusa, sicura e pulita per produrre energia, calore e fresco. Da sola in breve tempo non può sostituire il petrolio ma se facciamo ricerche ed investimenti possiamo smettere di bruciare cose per scaldarci, raffrescarci o per muoverci.

  

L'uso delle risorse geotermiche, intese nel senso più ampio del termine, si perde nella notte dei tempi e segna tutte le culture, sia preistoriche che storiche. Le sorgenti di acque calde, le pozze di fango bollente e le emissioni di gas e vapori hanno avuto per millenni un valore simbolico, religioso e curativo, prima ancora che economico. Basti pensare all'importanza delle terme nella vita quotidiana dell'Impero Romano ed alla rete di stazioni termali attive sin dal Medioevo nell'intero continente europeo.

La storia moderna della geotermia comincia nel 1777, quando il tedesco Hubert Franz Höfer, farmacista e direttore delle spezierie granducali, scopre l’acido borico (allora noto come "sal sedativo") nelle pozze d'acqua piovana mista a condensa di vapore endogeno, i cosiddetti lagoni di Castelnuovo Val di Cecina e Monterotondo Marittimo.

Incredibile ma in effetti tutto nasce da qui dall’Italia e dalla nostra Toscana.

È infatti in conseguenza di queste prime ricerche sempre legate al detto popolare prima citato (ciò che non cresce si estrae) che nel 1903 il fiorentino principe Pietro Ginori Conti, genero del conte de Larderel, diviene direttore generale della Società Larderello ed avvia per la prima volta nel mondo  la produzione di energia elettrica mediante l’uso del vapore geotermico (1904). Gli sviluppi dell'industria geotermoelettrica nata a Larderello sono stati d'esempio per tutte le altre aree geotermiche del mondo (DiPippo, 2015).

Figura 1. Stabilimento per l'estrazione dell'acido borico a Montecerboli presso Pomarance. Il disegno a china fa parte dell'Atlante delle carte geometriche ed architettoniche componenti lo Stabilimento di acido boracico in Toscana, realizzato nella prima metà del XIX secolo per il Granduca di Toscana da Anna Chemin Gurlié e Francesco Prat, due soci dello stabilimento De Larderel. L'opera è conservata nel Nàrodni Archiv di Praga.

Attualmente, l'impiego delle risorse geotermiche costituisce un settore ampio, diversificato ed in crescita a livello globale.

Voglio sottolineare che, in relazione alle loro caratteristiche, tali risorse sono usate in tre modi diversi tutti molto utili alla transizione energetica.

Le fonti di calore terrestre a bassissima temperatura inferiore a 30 gradi permettono la climatizzazione degli edifici attraverso impianti con pompe di calore (e.g., Banks, 2008). I fluidi naturali a temperatura non troppo elevata (<100 °C) trovano applicazione in molteplici processi industriali, nelle serre, in agricoltura, nel riscaldamento di quartieri cittadini come avviene in maniera sempre più diffusa a Parigi o Monaco di Baviera e, addirittura tra i primi nel Mondo in Italia come a Ferrara o in Toscana, allevamenti, oltre che per i tradizionali bagni termali.

 

Infine, l'energia dei fluidi più caldi viene convertita in corrente elettrica alternata mediante complessi di turbine e generatori e con cicli binari a zero emissioni. Per definire la quantità di energia estratta dal sottosuolo (sia termica che elettrica) spesso si indica la potenza installata degli impianti, con l'unità di misura del megawatt (1 MW=10⁶ watt). Come riferimento, un moderno reattore nucleare eroga una potenza dell'ordine di 1000 MW (1 GW).

Le valutazioni più recenti (Bertani e Romagnoli, 2017) indicano per l'Italia la situazione seguente. Gli usi termici assorbono una potenza complessiva di 1372 MW, di cui 531 MW sono associati alle pompe di calore geotermiche, un settore in rapido sviluppo. La generazione di energia elettrica assomma invece a 915.8 MW, che rappresentano il 2.1% dell'intera produzione nazionale. È importante notare che mentre gli usi termici sono presenti in varie Regioni, l'energia elettrica è prodotta ad oggi solo nei campi geotermici della Toscana; la potenza sopra indicata corrisponde a ben il 30% del consumo elettrico regionale. La geotermia toscana consente al nostro Paese di collocarsi al sesto posto nella classifica della produzione mondiale di energia geotermoelettrica, con circa il 7% della potenza installata globale e dopo gli Stati Uniti, le Filippine, l'Indonesia, il Messico e la Nuova Zelanda ed addirittura il Kenya che recentemente ho avuto il piacere di visitare.

La produzione geotermica è infatti iniziata e si è concentrata laddove il calore terrestre è trasportato verso la superficie attraverso il geofluido in convezione. In tal caso si distinguono sistemi riscaldati da processi vulcanici attivi (CV1, come in Indonesia, Islanda e Nuova Zelanda), da plutonismo recente (CV2, come a Larderello e The Geysers in California) oppure da avvicinamento alla superficie del mantello terrestre, causato dall'assottigliamento della crosta in regime tettonico estensionale (CV3, come in Turchia, Kenya e Nevada).

L'Associazione geotermica internazionale (IGA) ha esteso lo schema suddetto, distinguendo i sistemi convettivi legati al magmatismo (CV1 e CV2) in relazione al regime tettonico prevalente (estensionale o compressivo).

Figura 2. Placche tettoniche principali e relativi margini. In neretto sono indicati i nomi dei Paesi ove è più sviluppata l'industria geotermoelettrica. 1) Dorsali oceaniche ed associate faglie trasformi 2) zone di subduzione 3) zone di estensione continentale 4) margini trascorrenti (da Fanelli et alii, 2007).

Siamo nel mondo ed in Italia appena agli inizi di un nuovo processo di produzione di calore e energia elettrica tutto da sviluppare ed incrementare in tutto il pianeta. Si possono riscaldare città e singoli edifici e cambiare i nostri sistemi produttivi.

 

Concludo citando e ripren-dendo le considerazioni di numerosi scienziati che condivido tra cui cito l’italiano Prof. Viti con alcune considerazioni sulla valutazione della risorsa geotermica. Secondo Rybach (2015) c'è sempre una grande differenza tra l'energia termica totale contenuta nella crosta (potenziale teorico), l'ener-gia sfruttabile attraverso le tecnologie esistenti (potenziale tecnologico), l'energia recuperabile tenendo conto dei costi delle altre risorse (potenziale economico), l'energia legata alla sostenibilità nel tempo della produzione (potenziale sostenibile) ed infine l'energia effettivamente prodotta considerando i vincoli imposti dalle normative ambientali (potenziale sviluppabile). Non è quindi facile risolvere i problemi energetici del pianeta e sicuramente anche la geotermia come tutte le azioni dell’uomo avrà degli impatti ma lo sfruttamento del calore terrestre rimane ad oggi il sistema piu pulito, duraturo e diffuso per produrre  in futuro energia e calore a tutte le latitudini.

Occorre quindi prima studiare e ricercare, ma da subito applicare, senza paure legate ad egoismi o ignoranza, le migliori tecnologie per estrarre calore dalla terra per produrre energia elettrica, raffrescare e riscaldare gli ambienti in cui viviamo, produciamo, ci alimentiamo ed infine moriamo; sempre e comunque in questo bellissimo e ricchissimo pianeta che ci fornisce tutta l’energia per vivere anche se ci sono voluti molti secoli e tante guerre per capirlo.

Pochi ne parlano, meno ne sanno (troverete sempre il bastion contrario local o chi ha visto la luce) e chi deve decidere ed attuare finisce sempre e dico sempre in concreto nel rallentare il processo di riconversione energetica favorendo la ricerca del consenso politico temporaneo piuttosto che la complessa e scomoda (not in my back yard) soluzione dei problemi energetici.

Figura 3. Quadro delle condizioni geologiche ed idrogeologiche che permettono l'esistenza di un sistema geotermico idrotermale (da Fanelli et alii, 2007).