Nelle scorse settimane con GreenPedia abbiamo visto che i mari e il vento possono fornire energia a impatto quasi zero, ma anche la terra non è da meno!
COS’È LA GEOTERMIA
La geotermia è la scienza che tratta la produzione di calore proveniente dall’interno della Terra. I suoi principi sono sfruttati per la produzione di energia termica, energia elettrica (tramite il vapore), e nella cogenerazione.
La geotermia viene influenzata dal gradiente termico (variazione della temperatura in funzione della profondità) che varia per le diverse tipologie di terreno. Questo gradiente può variare da 1 °C ogni 30 metri, a 1 °C ogni 10 – 15 metri, per esempio nei fondali marini.
LA POMPA DI CALORE GEOTERMICA
Foto di Pixabay
La pompa di calore geotermica, detta anche impianto geotermico a bassa entalpia, è un impianto di climatizzazione che sfrutta lo scambio termico con il sottosuolo, tramite una pompa di calore. La geotermia a bassa entalpia è classificata come fonte di energia rinnovabile, nonostante la pompa di calore (pdc) consumi energia elettrica per funzionare. La pdc permette di scambiare il calore tra una sorgente a temperatura inferiore rispetto al pozzo, ovvero, il punto dove si immette il calore.
In un impianto di riscaldamento l’edificio rappresenta il pozzo caldo, mentre in un impianto di condizionamento l’edificio è la sorgente fredda, dalla quale viene prelevato il calore. Il vantaggio della pompa di calore è dato dal rapporto tra il calore che viene immesso o estratto dall’edificio, e il consumo di energia elettrica della pompa di calore: questo rapporto è chiamato COP, e per le pompe geotermiche è solitamente compreso tra 3 e 6.
Lo scambio di calore può avvenire in tre diversi modi:
- scambio diretto: il circuito dell’evaporatore o condensatore della pompa di calore è a diretto contatto con il sottosuolo;
- impianti a circuito chiuso: la pompa di calore effettua lo scambio termico col suolo tramite un circuito idraulico nel quale scorre un fluido termovettore;
- impianti a circuito aperto: viene prelevata acqua di falda sulla quale viene effettuato lo scambio termico.
SCAMBIO DIRETTO
Nello scambio diretto il refrigerante, circolando in una tubazione inserita a diretto contatto con il terreno, scambia calore con quest’ultimo e ritorna alla pompa di calore. Non ci sono, però, interazioni dirette tra refrigerante e terreno, se non lo scambio termico.
Gli impianti a scambio diretto sono molto più efficienti rispetto a quelli a circuito chiuso perché non c’è un circuito intermedio. In confronto alle sonde geotermiche, la lunghezza richiesta è inferiore del 70-85% e il diametro dei tubi è circa la metà. In alcuni Paesi europei, però, questi impianti non sono più ammessi, a causa del rischio di perdite di lubrificante del compressore della pompa di calore.
CIRCUITO CHIUSO
Questi impianti sono composti da 3 circuiti:
- circuito di climatizzazione;
- circuito primario della pompa di calore;
- circuito secondario di scambio termico col suolo.
Esistono 2 tipologie di circuiti chiusi:
- Verticale
Un circuito chiuso verticale è composto da due o più tubi installati verticalmente nel terreno che formano un circuito chiuso, nel quale scorre un fluido termovettore. La lunghezza della perforazione può essere compresa tra 20 e 200m e può essere effettuata con una sonda geotermica verticale, o lungo un palo di fondazione (pali geotermici o energy piles). Le sonde geotermiche sono molto utilizzate laddove non c’è spazio sufficiente per un impianto a circuito chiuso orizzontale, o una falda idrica sfruttabile per un impianto a circuito aperto.
La distanza tra le perforazioni è compresa tra 5 e 10m e, indicativamente, le sonde geotermiche sono in grado di fornire una potenza compresa tra 40 e 70 W per ogni metro di perforazione.
Nei pali geotermici, invece, è possibile limitare i costi d’installazione, perché la perforazione non è effettuata appositamente per le sonde ma, per contro, il rendimento dell’impianto è inferiore: tra i 15 e i 30 W per metro di perforazione, circa la metà del rendimento delle sonde geotermiche. - Orizzontale
Foto di Mark Johnson
Il circuito chiuso orizzontale può essere posato orizzontalmente in una trincea, posta a profondità maggiori di quelle alla quale si può verificare il congelamento del terreno. La potenza scambiabile dipende dalla lunghezza della tubazione e dall’area occupata, indicativamente la potenza scambiabile con il terreno è di 15-40 W/m².
Rispetto alle sonde geotermiche verticali, il rendimento della pdc è minore, ma minori sono anche i costi di installazione.
CIRCUITO APERTO
In un circuito aperto (o Open loop), lo scambio termico avviene direttamente con l’acqua di falda. I due pozzi (prelievo e reimmissione) devono essere installati a una distanza sufficiente, in modo da evitare la cortocircuitazione termica, che si verifica quando l’acqua termicamente alterata dal pozzo di reimmissione raggiunge il pozzo di prelievo.
Il vantaggio, rispetto agli impianti a circuito chiuso, sono:
- maggiore rendimento, perché l’acqua prelevata non risente dello scambio termico;
- minore costo di installazione e minori spazi occupati.
Lo svantaggio di questa tipologia è il rischio di formazione di incrostazioni, che accorciano la vita dell’impianto.
IMPATTO AMBIENTALE
Uno dei più grandi vantaggi di questa tecnologia è sicuramente l’assenza di emissioni sul luogo di utilizzo, le emissioni di gas avvengono, però, nella fase di generazione dell’energia elettrica. Un altro potenziale impatto ambientale è rappresentato dalla fuoriuscita del fluido termovettore delle sonde geotermiche.
ASPETTO ECONOMICO
Le pompe di calore geotermiche hanno costi di installazione alti, ma costi bassi per il mantenimento. Il risparmio sul mantenimento dell’impianto è calcolato tra il 20 e il 60% rispetto ad impianti tradizionali a combustibili fossili.
IN ITALIA
Foto di Pixabay
In Italia la geotermia è presente soltanto in una regione, la Toscana: questa regione ha anche il merito di aver sfruttato per prima in Europa l’esistenza del calore geotermico.
Nonostante la geotermia sia considerata, a livello di performance e affidabilità, la miglior fonte di energia rinnovabile, negli ultimi anni lo sviluppo di questo comparto si è arrestato, perché cercare risorse idonee allo sfruttamento di energia geotermica significa perforare anche qualche chilometro, operazione tecnicamente molto complessa e allo stesso tempo costosa. I costi per ogni pozzo sono nettamente superiori rispetto a quelli necessari per lo sviluppo di centrali eoliche e solari.
Inoltre gli incentivi nazionali scarseggiano: solo 40 milioni di euro dei 9 miliardi totali stanziati per l’energia rinnovabile, sono destinati allo sfruttamento della geotermia. Il secondo grosso freno è legato all’impatto ambientale: i fluidi ad alta temperatura estratti dal sottosuolo rilasciano gas che contengono mercurio, arsenico, anidride solforosa ed ammoniaca.
PROIEZIONI FUTURE
Tra i sistemi più recenti per lo sfruttamento dell’energia geotermica, i più promettenti sono quelli di “terza generazione”: gli EGS, Enhanced Geothermal Systems.
Questi impianti permettono di aumentare di molto la rendita energetica, sia delle zone in cui si trovano giacimenti geotermali, sia in quelle con rocce impermeabili. Con i sistemi EGS si immette dell’acqua nel sottosuolo a forte pressione, aumentando il processo naturale di creazione di energia geotermica.
Questo tipo di energia rinnovabile avrebbe enormi potenzialità, se solo si decidesse di puntare ed investire su di essa. Purtroppo, gli attuali elevati costi di installazione fanno preferire altri tipi di tecnologie come quella eolica e quella solare, almeno per ora.
Alessandro Biasia