Quando si parla di geotermia, spesso si pensa solo al vapore da utilizzare in centrali termoelettriche o alle acque termali, ma in realtà il sottosuolo è un immenso serbatoio termico dal quale è possibile estrarre calore d’inverno e al quale è possibile cedere calore d’estate. Questo scambio termico può essere realizzato con pompe di calore abbinate a sonde geotermiche verticali che, sfruttando questo principio, permettono sia di riscaldare che di raffrescare gli edifici con un unico impianto e con un elevato grado di rendimento per tutto l’anno. Una tecnologia che rappresenta una scelta economica e razionale nel campo non solo dell’utilizzo dell’energia, ma anche del risparmio energetico, della riduzione delle emissioni di gas che alterano il clima e di riduzione della spesa per l’importazione di combustibili fossili. Ne parliamo con l’Esperto di Geologia Ambientale Dr. Francesco Zarlenga, dell’ENEA-UTRINN (Unità Tecnica Fonti Rinnovabili).
Prima di tutto, cosa significa“geotermia”?
Letteralmente, “calore della Terra”: la temperatura delle rocce, infatti, aumenta man mano che dalla superficie si scende in profondità. L’incremento di temperatura è mediamente pari a 3°C ogni 100 metri e viene definito “gradiente geotermico”.
“Mediamente” significa che non c’è omogeneità di incremento della temperatura?
Sì: ci sono zone particolari della Terra in cui il gradiente geotermico è maggiore alla media, di solito correlato alla risalita di masse magmatiche che arrivano in superficie o in prossimità di essa, come nelle dorsali oceaniche.
Cos’è un “sistema geotermico”?
Allora: parte del calore riscalda le rocce attraversate dai magmi in risalita e le acque sotterranee di origine superficiale che vi circolano; i fluidi riscaldati tendono a risalire verso la superficie formando, a seconda della temperatura raggiunta, sorgenti calde, geyser, soffioni e fumarole. Queste componenti (la fonte di calore, l’acquifero, la sua area di ricarica e le vie d’infiltrazione seguite sia dalle acque meteoriche fredde per raggiungere l'acquifero, sia per raggiungere la superficie come acque calde) e le interazioni tra di esse costituiscono un “sistema geotermico”.
Questo sistema è utile per la produzione di energia elettrica?
Non necessariamente: per esserlo deve avere caratteristiche idrogeologiche e termiche che assicurino la produzione di fluidi caldi utilizzabili a livello industriale. In questo caso, e solo in questo, si parla di “campo geotermico”.
Come viene misurato il potenziale geotermico?
I fluidi geotermici sono classificati in base al loro contenuto energetico e in relazione alla loro temperatura: questi valori sono definiti “entalpia”. L’entalpia, in altre parole, è una funzione di stato di un sistema che esprime la quantità di energia che esso può scambiare con l’ambiente.
Veniamo allora al potenziale geotermico in Italia…
La geologia dell’Italia è straordinaria da un punto di vista geotermico, essendo caratterizzata dalla presenza di vulcanesimo continuo, anche se “migrante”, dall’epoca geologica del Miocene all’attuale. L’area compresa fra Genova e le Isole Eolie, ad esempio, interessando tutto il fondo del Mar Tirreno, le coste toscane, laziali e campane, è quella più importante da un punto di vista geotermico, dato che in essa potrebbe esistere almeno un acquifero (ovvero l’acqua che circola nel sottosuolo) a temperatura superiore a 150°C a profondità inferiore a 3 km.
L’utilizzo globale dell’energia geotermica risale comunque all’antichità…
Sì, sia in termini di calore che di fluidi caldi e di vapore. Le tecnologie attualmente disponibili sono però ovviamente maggiori, tanto che ora può risultare vantaggioso anche l’utilizzo dei fluidi a bassa entalpia, sia in relazione alle tecnologie disponibili, sia in relazione alla loro abbondanza, diffusione e accessibilità, come nel caso delle sorgenti termali.
Quali sono, appunto, le tecnologie disponibili e per cosa vengono utilizzate?
Le tecnologie che consentono lo sfruttamento delle risorse geotermiche sono diverse e si differenziano in funzione dei tipi di utilizzo (elettrici e non elettrici) e della tipologia di risorsa e del suo contenuto energetico (utilizzo del semplice calore terrestre e/o delle acque calde e/o vapore). A seconda del suo stato (alta, media o bassa entalpia) e/o delle condizioni termiche, idriche e di sistema, questa risorsa può essere utilizzata per produrre energia elettrica di potenza; per teleriscaldamento; per riscaldamento e/o raffrescamento domestico di piccole e medie utenze; per usi agricoli, industriali e/o civili e, infine, per uso termale. In Toscana, ad esempio, la geotermia copre una quota significativa del fabbisogno energetico: il centro nevralgico è nella zona di Larderello, dove l’utilizzo della fonte geotermica si è dimostrato praticabile ed efficiente, tanto che le centrali geotermiche producono circa 5 TW/ anno, pari al 6,82% della produzione da fonti rinnovabili su scala nazionale e a circa l'85% su scala regionale, rappresentando circa il 26% del fabbisogno di energia elettrica su base regionale e l’1,5% su base nazionale.
Il concetto di teleriscaldamento urbano è ancora poco conosciuto, eppure apre scenari di risparmio energetico e sicurezza ambientale notevoli. Ce lo spiega?
Prima di tutto, il termine “teleriscaldamento” sottolinea la peculiarità del servizio, cioè la distanza tra il punto di produzione del calore e i punti del suo utilizzo. I sistemi di teleriscaldamento urbano sono di vario tipo in funzione di come è prodotto il calore e sono anche un’importante opportunità per un uso più razionale dell’energia e un grande contributo nella riduzione dell’inquinamento locale. Un sistema di teleriscaldamento si compone di: una rete di trasporto, una centrale di produzione del calore e/o di una risorsa naturale di tipo geotermico, messi al servizio contemporaneo di più edifici. La rete di distribuzione è la parte più costosa di questo tipo di impianto, incidendo sull’investimento complessivo tra il 50 e l’80%. Il sistema di distribuzione può utilizzare diversi tipi di fluidi, ma la tendenza in Italia è quella di usare acqua calda (80-90°C) o leggermente surriscaldata (110-120°C). in Italia è stato sviluppato a Ferrara un progetto molto significativo di Sistema Energetico Integrato e Servizio di Teleriscaldamento.
Cosa sono le pompe di calore geotermiche (PCG)?
Il termine è usato in maniera onnicomprensiva per indicare una varietà di sistemi che utilizzano il terreno, l’acqua sotterranea o l’acqua superficiale (ma anche l’aria) come scambiatori di calore. I sistemi a pompa di calore sono costituiti da:
- una sorgente di calore geotermico (terreno, acqua, aria);
- una pompa di calore;
- un sistema di riscaldamento/refrigerazione collocato all’interno di un edificio.
La pompa di calore è una macchina per il riscaldamento di edifici e la preparazione di acqua calda, una valida alternativa alla caldaia a olio o a gas. Inoltre, ha un duplice utilizzo, potendo sia riscaldare che raffrescare (ad esempio in estate): in questo caso la pompa si dice “reversibile”. Il principio di funzionamento che sta alla base è un ciclo termodinamico chiamato “ciclo frigorifero” o “ciclo motore inverso”, analogo a quello che sta alla base di un comune frigorifero.
Come funzionano?
In modo abbastanza semplice: il fluido glicolato (miscela di acqua e anticongelante non tossico), scendendo in profondità attraverso le sonde geotermiche, sottrae energia termica al terreno; ritornato in superficie ad una temperatura maggiore, cede calore al fluido che circola nel sistema della pompa di calore e ne provoca l’evaporazione. All’uscita dell'evaporatore il fluido, ora allo stato gassoso, viene aspirato all’interno del compressore che, azionato da un motore elettrico, fornisce l’energia meccanica necessaria per comprimere il fluido, determinandone così un aumento di pressione e temperatura. Il fluido viene così a trovarsi nelle condizioni ottimali per passare attraverso il condensatore (scambiatore): in questa fase si ha un nuovo cambiamento di stato del fluido, che passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all’aria o all’acqua che sono utilizzate come fluido vettore per il riscaldamento degli ambienti o per la produzione di acqua sanitaria. Il ciclo termina allorché il liquido passa attraverso una valvola di espansione trasformandosi parzialmente in vapore e raffreddandosi, riportandosi così alle condizioni iniziali del ciclo stesso.
Perché l’utilizzo di questa risorsa è ancora così poco diffuso?
Le difficoltà sono legate soprattutto alla formula da adottare per incentivarne l’utilizzo, che non sempre è dovuto a scarsa volontà, ma solo a scarsa conoscenza. Lo strumento più utile per superarle è pertanto quello legislativo, al quale devono associarsi forme di incentivazione/ disincentivazione, soprattutto per gli
edifici nuovi. Negli ultimi cinque anni, comunque, il mercato delle pompe di calore geotermiche ha subìto un lieve incremento: nel 2008, infatti, la stima del numero di PCG installate è stata di 7500 unità per una potenza di 750 MWt, contro le 348.000 istallate in Svezia.
Infine, a che punto sono le normative?
A livello europeo non esiste ancora una normativa unificata di riferimento per l’installazione di pompe di calore geotermiche. Solo nei Paesi in cui il mercato delle PCG è consolidato da diversi anni (ad es. Germania, Svizzera, Svezia, Austria), l’installazione di questi sistemi è assoggettata a vincoli autorizzativi specifici.
