Rinnovabili ed edilizia sostenibile

Energia geotermica: cos’è, come funziona e quali vantaggi offre

L’energia geotermica è la forma di energia dovuta al calore contenuto all’interno della sfera terrestre. Scopri come funziona e quali sono i vantaggi

L’energia geotermica è fra le energie rinnovabili maggiormente utilizzate in Italia e in Europa. Si tratta di un’energia pulita che sfrutta il naturale calore della Terra. L’impianto che usa l’energia geotermica, sia in ambito domestico e residenziale che in ambito industriale, per svolgere la sua funzione è l’impianto geotermico.

Per realizzare un impianto geotermico è importante eseguire un’analisi dettagliata delle caratteristiche del suolo in quanto le condizioni geologiche possono influenzare la fattibilità del progetto. Con il software per la progettazione di impianti geotermici puoi simulare in maniera veloce un progetto di dimensionamento con archivi dei tipi di terreno e di riempimento delle perforazioni, dei combustibili e delle più comuni tipologie di tubi e con il software di analisi energetica dinamica puoi studiare il comportamento energetico dell’intero edificio.

Analizziamo nel dettaglio come funziona l’energia geotermica, quali vantaggi offre e come la si può sfruttare.

Cos’è l’energia geotermica?

L’energia geotermica è una forma di energia rinnovabile che sfrutta il calore naturale della Terra per generare energia termica ed elettrica.

Questa forma di energia sfrutta il calore naturalmente contenuto nel sottosuolo prodotto dal decadimento radioattivo di materiali presenti nel nucleo terrestre (come l’uranio, il potassio e il torio) e dalla lenta dissipazione del calore residuo dalla formazione del pianeta.

In particolare, vi sono 3 tipologie di fonti dalle quali è possibile ricavare energia geotermica che si differenziano per la profondità e per la presenza di acqua:

  • fonti idrotermiche: sono quelle più sfruttate a livello industriale, si trovano ad una profondità di circa 1.000-2.000 metri e determinano il funzionamento dell’impianto geotermico a seconda che si tratti di fonti a vapore dominante o ad acqua dominante;
  • fonti geopressurizzate: sono quelle che attingono energia da sacche di gas naturali, a temperature basse, con pressione molto alta. Queste sacche sono contenute tra i 2.500/9.000 metri di profondità e richiedono delle attività di trivellazione abbastanza importanti;
  • fonti petrotermiche: si riferiscono alle rocce stesse che essendo incandescenti vengono stimolate da iniezioni di acqua fredda. Quest’ultima, a contatto con la roccia incandescente crea vapore che può essere inviato alla turbina per la produzione di energia.

Energia geotermica: come funziona e come si produce

L’energia geotermica viene sfruttata principalmente attraverso le centrali geotermiche che operano in molti modi. Di solito, il loro funzionamento si basa su una turbina che, azionata da un flusso di vapore proveniente dal sottosuolo, genera energia meccanica che viene poi convertita in energia elettrica per mezzo di un alternatore.

L’energia termica accumulata nel sottosuolo emerge in superficie attraverso vettori fluidi come acqua e vapore. Per la generazione di energia geotermica, esistono 3 tipologie di centrali:

  • centrali geotermiche a vapore secco: estraggono il vapore dalle fratture nel terreno, utilizzandolo per azionare una turbina;
  • centrali geotermiche flash: trasformano l’acqua bollente ad alta pressione in acqua più fredda a bassa pressione;
  • centrali binarie: utilizzano una sostanza fluida con un punto di ebollizione inferiore a quello dell’acqua. Tale fluido, scorrendo accanto all’acqua bollente, si trasforma in vapore, attivando la turbina.

Questi sono esempi di geotermia ad alta entalpia, ma esiste anche la geotermia a bassa entalpia, che sfrutta il sottosuolo come serbatoio termico dal quale estrarre calore durante la stagione fredda per poi restituirlo durante la stagione calda.

A seconda della stagione, è possibile adattare le funzioni dell’impianto per il riscaldamento o il raffrescamento dell’abitazione. Nello specifico, durante l’inverno il calore si accumula e viene trasferito in superficie per il riscaldamento.

In estate, invece, il calore in eccesso nell’abitazione viene trasferito nel sottosuolo. Questo processo è gestito da pompe di calore, alimentate da energia elettrica proveniente, ad esempio, da impianti fotovoltaici o altre fonti energetiche rinnovabili.

Energia geotermica in Italia

L’introduzione della geotermia in Italia risale agli albori del Novecento. Tuttavia, nell’area corrispondente all’attuale Toscana, le fonti storiche testimoniano l’utilizzo del calore terrestre e delle sorgenti naturali sin dall’antichità, almeno durante il primo millennio avanti Cristo da parte delle popolazioni etrusche.

Nella regione toscana, in particolare a Larderello, è stato costruito il primo impianto geotermico della storia. Fin dagli esperimenti tecnici pionieristici di oltre un secolo fa, l’Italia ha assunto un ruolo di spicco a livello mondiale nell’innovazione della geotermia e nella capacità di sfruttare le fonti geotermiche.

Inizialmente, si faceva uso del vapore naturale emanato dal suolo come alternativa alle macchine a vapore alimentate a carbone. Successivamente, l’attenzione si è spostata verso la trasformazione del calore in energia elettrica trasportabile.

Parallelamente a questa evoluzione, anche il design degli impianti ha subito modifiche sostanziali. In passato, il nucleo della centrale era rappresentato dal cosiddetto lagone, ossia la sorgente diretta di acqua calda mescolata a vapore con temperature fino a 150°C.

Oggi, invece, vengono realizzati pozzi di iniezione e di estrazione che si immergono nel terreno fino a profondità superiori ai 4 km. Qui, attraverso il fluido geotermico, viene catturato e sfruttato direttamente il calore che, sotto forma di vapore, alimenta le turbine per generare energia elettrica.

Negli ultimi anni, la quantità di energia geotermica prodotta e la potenza installata sono in costante aumento, sebbene a ritmi moderati. Nel periodo 2007-2017, ad esempio, l’incremento complessivo della potenza installata è stato di appena circa il 10%, impedendo alla geotermia in Italia di emergere come una forma principale di energia rinnovabile, nonostante il suo notevole potenziale.

Energia geotermica: vantaggi e svantaggi

L’adozione dell’energia geotermica offre una serie di vantaggi significativi, tra cui:

  • fonte sempre disponibile;
  • ridotte emissioni di gas a effetto serra in contrasto con le fonti energetiche tradizionali come il carbone, il petrolio e il gas naturale;
  • doppio utilizzo dell’energia termica consentendo la generazione di elettricità e il riscaldamento;
  • occupazione del suolo più contenuta se confrontata alle infrastrutture necessarie per le altre fonti di energia rinnovabile;
  • lunga durata degli impianti geotermici, che può estendersi fino a 80 anni, soprattutto nel caso di strutture di costruzione recente, agevolando la riduzione del periodo di ammortamento, specialmente per gli impianti domestici;
  • ridotta necessità di manutenzione grazie all’assenza di processi di combustione;
  • silenziosità degli impianti, con livelli di rumore notevolmente inferiori rispetto, ad esempio, all’attivazione di pale eoliche;
  • riutilizzo degli scarti di produzione e riciclo del vapore;
  • sviluppo occupazionale, superando anche l’eolico e il fotovoltaico.

Nonostante i numerosi vantaggi, l’energia geotermica presenta alcune limitazioni che ne frenano la diffusione e ne minano la competitività rispetto ad altre fonti rinnovabili. Queste sono:

  • limitata disponibilità geografica: non tutte le regioni del mondo hanno accesso a risorse geotermiche economicamente sfruttabili;
  • elevati costi iniziali di sviluppo per l’installazione di impianti geotermici richiedendo la perforazione di pozzi profondi e competenze tecniche specializzate;
  • odori sgradevoli;
  • impatto paesaggistico, sebbene in misura minore rispetto ad alcune alternative energetiche.

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Pubblicato da Redazione Tecnica

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