Geotermia: cos’è e come funziona

Il nostro Pianeta nasconde una fonte energetica inesauribile che “sgorga” e nasce proprio sotto i nostri piedi. Si tratta del calore, che può essere la chiave di volta della transizione energetica. Il geotermico ha un potenziale enorme e l’Italia è sempre stata un paese all’avanguardia nello sfruttamento dell’energia della Terra. E allora scopriamo cos’è la geotermia, qual è il significato della parola e quale sarà il suo ruolo nel raggiungimento della carbon neutrality.

Cos’è la geotermia, l’energia della Terra

Il calore è una forma di energia e, in senso stretto, l’energia geotermica è il calore contenuto nell’interno della Terra. L’acqua e/o il vapore trasportano l’energia geotermica alla superficie terrestre. Tale calore si manifesta con l’aumento progressivo della temperatura delle rocce con la profondità, secondo un gradiente geotermico, in media, di 3 °C ogni 100 metri di profondità.

Il potenziale termico è l’elemento caratterizzante i sistemi geotermici, classificati in tre modi: alta entalpia (temperatura superiore ai 150 °C); media entalpia (tra 90 e 150 °C); bassa entalpia (temperatura inferiore ai 90 °C). L’entalpia è definibile come la quantità di energia che un sistema termodinamico può scambiare con l’ambiente esterno.

Sistemi a bassa entalpia

Nel caso dei sistemi a bassa entalpia, si tratta di sfruttare energia geotermia ricavabile da impianti che sfruttano il calore del sottosuolo a profondità massima di 200 metri. Lo sfruttamento è basato sull’impiego di sonde abbinate a pompe di calore geotermiche in specifici pozzi. In questo caso si sfrutta la differenza di calore fra il terreno e l’esterno per assorbire calore dal terreno e renderlo disponibile per gli usi umani in inverno o per cederlo allo stesso terreno in periodo estivo. Più la differenza è elevata, migliore è il rendimento.

Sistemi a media entalpia

Con media entalpia ci si riferisce a sistemi geotermici con temperature di formazione tra 100 e 150°C nella parte superiore dei 2.000 metri. In questa fascia è possibile contare su vari impieghi che spaziano dal teleriscaldamento all’essicazione della frutta e verdura alla produzione di energia elettrica.

Sistemi ad alta entalpia

L’energia elettrica prodotta con i precedenti sistemi è incomparabile a quella prodotta grazie allo sfruttamento di impianti ad alta entalpia, che grazie a temperature e pressioni elevate permettono una grande resa per la produzione elettrica.

Usi dell’energia geotermica

A seconda delle sue caratteristiche, quindi, la geotermia può essere usata per il riscaldamento e il raffreddamento a livello residenziale o essere sfruttata per generare elettricità pulita.

“Tuttavia, per l’elettricità, sono necessarie risorse di generazione ad alta o media temperatura, che di solito si trovano vicino a regioni tettonicamente attive”, specifica IRENA – International Renewable Energy Agency, considerandola una fonte rinnovabile chiave, capace di coprire una quota significativa della domanda di elettricità in Islanda, El Salvador, Nuova Zelanda, Kenya e Filippine e più del 90% della domanda di riscaldamento in Islanda.

Rispetto a solare ed eolico, è una fonte costante e non intermittente, ovvero i principali vantaggi sono che non dipende dalle condizioni meteorologiche e ha fattori di capacità molto alti; per queste ragioni, le centrali geotermiche sono in grado di fornire elettricità al carico di base, oltre a fornire servizi ausiliari per la flessibilità a breve e lungo termine in alcuni casi.

Le tecnologie geotermiche

Esistono diverse tecnologie geotermiche con diversi livelli di maturità. Teleriscaldamento, pompe di calore geotermiche, serre geotermiche sono ampiamente utilizzate e possono essere considerate mature.

“La tecnologia per la generazione di elettricità da serbatoi idrotermali è in funzione dal 1913”, ricorda l’International Renewable Energy Agency (IRENA). Molte delle centrali elettriche in funzione oggi sono centrali a vapore secco, flash (singole, doppie e triple) o binarie.

La prima definisce la tecnologia più antica, in grado di estrarre vapore dalle fratture presenti nel terreno e lo usa direttamente per azionare una turbina. Le centrali flash trasformano l’acqua bollente profonda e ad alta pressione, in acqua più fredda e a bassa pressione. Quelle binarie, infine, sfruttano l’acqua bollente, che viene fatta scorrere accanto a un secondo fluido che ha un punto di ebollizione molto al di sotto rispetto a quello dell’acqua; tutto ciò fa sì che quest’ultimo fluido si trasformi in vapore, il quale poi aziona una turbina.

L’energia geotermica ha un notevole potenziale di crescita. IRENA stima che la quantità di calore entro 10mila metri dalla superficie terrestre contenga 50mila volte più energia di tutte le risorse di petrolio e gas nel mondo.

Geotermia in Italia: storia, potenzialità e limiti

L’Italia ha un’importante storia legata alla geotermia: il primo impianto geotermico commerciale al mondo è stato costruito nel nostro Paese, agli inizi del Novecento, in Toscana. Nella Regione ancora oggi la geotermia ha un ruolo di primo piano e viene impiegata anche come fonte rinnovabile per produrre prodotti alimentari e birra.

Ricorda Adele Manzella presidente UGI – Unione Geotermica Italiana e Primo Ricercatore al CNR – che ancora oggi l’energia geotermica italiana, per produzione elettrica è al settimo posto mondiale dei Paesi produttori e nei primi venti per uso termico. Il potenziale è enorme: stima Enel Green Power che il Belpaese ha un potenziale di energia geotermica estraibile e sfruttabile che si stima valga tra i 500 milioni e i 10 miliardi di tonnellate di petrolio.

Un potenziale poco sfruttato

Stando a stime più “terrene” fatte dall’UGI in Italia si potrebbe moltiplicare per dieci volte la produzione rispetto alla quota attuale, anche grazie alle sue caratteristiche geologiche. Tuttavia, è una fonte ben poco sfruttata. La stessa Unione Geotermica Italiana segnala che se la quota di energia elettrica coperta da FER (Fonti Energetiche Rinnovabili) sul consumo finale lordo di energia elettrica è stata del 35%, il contributo della geotermia è stato pari al 5%.

Anche gli obiettivi di crescita sono limitati: nel PNIEC si legge che la sua quota nel settore elettrico è stimata passare dal 6,3 TWh del 2016 a 7,1 TWh del 2030. In Confronto il solare passerà da 22,1 TWh a 73,1 TWh. La stessa associazione segnala anche le difficoltà che rallentano lo sviluppo: mancanza di incentivi e strumenti di sostegno adeguati, la sopravvalutazione degli impatti attesi e la lentezza e complessità nelle procedure autorizzative.

Proprio per farla conoscere e apprezzare è stato avviato il progetto europeo GEOENVI, conclusosi da poco: il suo obiettivo è permettere alla geotermia profonda di svolgere il suo ruolo nel futuro approvvigionamento energetico dell’Europa in modo sempre più sostenibile e creare una strategia solida per rispondere alle preoccupazioni ambientali.

Il futuro della geotermia

Si tornerà a investire sulla geotermia oggi, dopo che dalla COP26 si sono fissati alcuni punti cruciali, in termini di contenimento di temperatura ed emissioni di CO2? La speranza c’è. Qualche segnale di ritorno d’interesse nel tempo c’è stato negli ultimi anni.

L’interesse è in crescita

La società di ricerca di private equity PitchBook ha registrato nel 2020 la cifra record di 98 aziende legate alla generazione di energia geotermica, comprese molte nuove start-up, il livello più alto mai raggiunto da quando la società ha iniziato a tenere traccia circa vent’anni fa. A livello globale, secondo Bloomberg New Energy Finance gli investimenti in geotermia hanno superato i 675 milioni di dollari sempre nel 2020, sei volte di più rispetto all’anno prima.

Nel più recente report del National Renewable Energy Laboratory statunitense, pubblicato nel 2021, si evidenzia che dalla fine del 2015 alla fine del 2019 la capacità geotermica degli Stati Uniti è aumentata leggermente da 3,627 GW a 3,673 GW. Nello stesso periodo, gli Stati Uniti hanno messo in rete sette nuove centrali geotermiche, aggiungendo 186 MW di capacità nominale. Dalla fine del 2019, sono stati firmati nove nuovi accordi di acquisto di energia geotermica in quattro Stati. “Inclusi questi accordi, ci sono piani per le prime due centrali geotermiche da costruire in California in un decennio”, si legge nel report.

Occorre fare molto di più

Anche se un aumento c’è stato, non è molto: occorre fare molto di più a livello mondiale. La IEA ha voluto sottolineare l’urgenza di puntare anche sulla geotermia. Lo ha fatto nel suo rapporto “Net Zero By 2050”, nel quale l’Agenzia Internazionale dell’Energia ha rilevato che almeno 52 GW di capacità geotermica saranno necessari entro il 2030 per essere compatibili con uno scenario di neutralità climatica entro la metà del secolo. Per essere chiari: dovrà più che triplicare rispetto ai 15 GW di produzione elettrica. In particolare, negli edifici, dove l’energia da fonti rinnovabili è usata principalmente per il riscaldamento dell’acqua e degli ambienti, per centrare l’obiettivo net zero, l’impiego delle rinnovabili deve passare da circa il 10% della domanda di riscaldamento a livello globale nel 2020 al 40% nel 2050, e circa tre quarti dell’aumento può essere soddisfatta da solare termico e geotermico. Tra l’altro la geotermia a bassa entalpia – più avanti spiegheremo cos’è – è praticamente sfruttabile ovunque per soddisfare le esigenze di riscaldamento e raffrescamento in edilizia.

Ma occorre muoversi perché la geotermia e, nel complesso, le fonti rinnovabili, possano contribuire alla transizione energetica e al raggiungimento nell’obiettivo emissioni nette zero al 2050 (obiettivo posticipato al 2060 da Cina e Russia, e al 2070 dall’India). Sempre secondo l’Agenzia internazionale per l’energia, 38 tecnologie sono pronte a trovare diffusione oggi, tra queste ci sono soluzioni legate non solo a fotovoltaico ed eolico, ma anche al geotermico. “Eppure nessuna è stata distribuita alla scala di cui abbiamo bisogno per raggiungere l’1,5℃. L’energia rinnovabile, attualmente il 13% del sistema energetico globale, deve raggiungere l’80% o più”.

Andrea Ballocchi