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Energia Geotermica: Cos’è, Come funziona e Vantaggi

Il calore della Terra rappresenta una vera e propria fonte di energia, in questi casi parliamo di energia geotermica. Ma si tratta veramente di un’energia rinnovabile e quali sono i suoi vantaggi e svantaggi?

In questo post cercheremo di fare chiarezza sulle potenzialità dell’energia geotermica e di quelle che sono le problematiche correlate alla sua estrazione e alle possibili applicazioni.

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Cos'è l'energia geotermica?

Come abbiamo già accennato all’inizio la geotermia sfrutta il calore presente nella crosta terrestre e nel sottosuolo. Il calore prelevato viene poi utilizzato per produrre energia elettrica.

Ciò è possibile grazie alla temperature presenti nel sottosuolo che aumentano di 3° centigradi, ogni 100 di profondità. Le acque sotterranee producono vapore, nel loro percorso, entrando in contatto con le rocce incandescenti. Il vapore è il mezzo attraverso il quale si azionano le turbine per la produzione di energia elettrica.

Nel dettaglio conosciamo tre tipologie di fonti dalle quali possiamo ricavare energia geotermica, e sono:

  • Fonti idrotermiche;
  • Fonti geopressurizzate;
  • Fonti petrotermiche.

Fonti idrotermiche: cosa sono e come vengono sfruttate

Le fonti idrotermiche sono quelle attualmente più utilizzate a livello industriale. Queste sono costituite da sacche di acqua calda che vengono riscaldate dalle rocce bollenti, che si trovano sotto la superficie terrestre. Ci troviamo tra i 1.000/2.000 metri di profondità. 

Le fonti idrotermiche si suddividono a loro volta in fonti a vapore dominante o ad acqua dominante. Tale aspetto determina il funzionamento dell’impianto geotermico. 

Fonti idrotermiche e impianti a vapore dominante

Nel dettaglio, gli impianti a vapore dominante forniscono la maggior parte dell’energia geotermica. Da questi otteniamo un vapore ad alta temperatura tra i 200° e i 300° C, che può essere direzionato verso la turbina a vapore. La tipologia di impianto geotermico a vapore dominante può essere realizzato in zone che si prestano a tale scopo. 

Un caso,di questa tipologia,  è rappresentato da Larderello, frazione in provincia di Pisa, dove fu avviata la sperimentazione sull’energia geotermica già dal 1905. A tal proposito, Larderello è anche la sede del Museo della geotermia che racconta proprio il percorso fatto per arrivare a utilizzare il calore prodotto dalla Terra per la creazione di energia elettrica.

Tutt’oggi a Larderello vengono prodotti circa 4800 GWh annui, che danno energia green a un milione di case italiane.

Fonti idrotermiche e impianti ad acqua dominante

Gli impianti ad acqua dominante ad alta temperatura hanno un funzionamento differente. Questo avviene perché l’acqua sottoposta a una pressione elevata rimane allo stato liquido. 

Nel momento in cui viene condotta verso la superficie la pressione diminuisce e una parte di quest’ultima diventa vapore, così da poter essere inviata direttamente alle turbine per la produzione di energia.

La parte liquida restante in questo processo viene indirizzata nel sottosuolo, dove viene riscaldata per ridiventare vapore.

Fonti geopressurizzate

Le 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, quindi si richiedono delle attività di trivellazione abbastanza importanti.

Fonti petrotermiche

Quando parliamo di fonti petrotermiche ci riferiamo 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.

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Come funziona l'energia geotermica?

La produzione di energia geotermica avviene tramite apposite centrali. Il calore geotermico, infatti, deriva da processi di decadimento nucleare di elementi radioattivi, come l’uranio, il potassio e il torio, che si trovano all’interno della crosta terrestre, del mantello e del nucleo.

A questo punto l’energia termica accumulata nel sottosuolo fuoriesce sulla superficie terrestre tramite vettori fluidi come acqua e vapore. Per la produzione di energia termica possiamo servirci di tre tipologie di centrali.

Le centrali geotermiche a vapore secco hanno un funzionamento che permette di estrarre il vapore dalle fratture presenti nel terreno ed è utilizzato per azionare una turbina.

Le centrali geotermiche flash trasformano l’acqua bollente e ad alta pressione, in acqua più fredda a bassa pressione. 

Le centrali binarie che presentano un funzionamento che prevede l’uso di una sostanza  fluida con un punto di ebollizione inferiore rispetto a quello dell’acqua. Quest’ultima viene fatta scorrere accanto all’acqua bollente. Il fluido si trasforma in vapore e così è possibile dare vita al meccanismo che  aziona la turbina.

In questi casi parliamo di geotermia ad alta entalpia, ma esiste anche la geotermia a bassa entalpia. Quest’ultima è un tipo di geotermia che trasforma il sottosuolo come se fosse un serbatoio per accumulare il calore ed è alla base della creazione di impianti geotermici domestici..

A seconda della stagione, per esempio, possiamo adattare le funzioni del nostro impianto per il riscaldamento o il raffrescamento di casa. Nel dettaglio, durante il periodo invernale il calore si accumula e viene trasferito in superficie e utilizzato per il riscaldamento.

In estate, il calore in eccesso presente nell’abitazione viene trasferito nel sottosuolo.Questo meccanismo è messo in moto da pompe di calore, le quali funzionano tramite energia elettrica, e può essere alimentata da un impianto fotovoltaico, per esempio, o da altre fonti energetiche rinnovabili.

Quali sono i vantaggi e gli svantaggi?

L’energia geotermica è una fonte di energia verde e pulita che presenta numerosi vantaggi, ma anche alcuni punti deboli.

Il primo vantaggio è costituito dal fatto che l’energia geotermica è sempre disponibile, indipendentemente dalle temperature esterne o dalle condizioni meteorologiche oppure dall’alternanza giorno e notte. Tutto questo fa dell’energia geotermica una fonte stabile da cui si può produrre un quantitativo di energia costante nel tempo.

Il funzionamento di una centrale geotermica si contraddistingue anche per un’occupazione del suolo più contenuta se confrontata alle infrastrutture necessarie per le altre fonti di energia rinnovabile.

Tra le energie rinnovabili che riescono a produrre la maggior quantità di energia elettrica, c’è sicuramente il geotermico. In più gli impianti geotermici sono silenziosi  e non emettono anidride carbonica e polveri sottili.

Gli scarti di produzione vengono rimessi in circolo attraverso un processo di riciclo del vapore. L’assenza di processi di combustione riduce la necessità di manutenzione dell’ impianto geotermico.

Per la climatizzazione degli ambienti domestici possiamo puntare sulla realizzazione di un impianto di riscaldamento e climatizzazione geotermica che si andrebbe a caratterizzare per consumi molto bassi e costi di manutenzione abbastanza contenuti.

Veniamo ad alcuni svantaggi che riguardano la realizzazione, per esempio, di un impianto geotermico domestico. In questi casi dobbiamo tener presente che occorre sostenere un costo iniziale consistente.

Tuttavia, il costo potrebbe essere ripagato dalla durata dell’impianto stesso che ha un ciclo di vita abbastanza lungo. Inoltre, il risparmio energetico annuo è consistente e anche la presenza di incentivi fiscali possono aiutare la diffusione degli impianti geotermici.

Prima di effettuare l’installazione di un impianto geotermico, però, servono studi preliminari, utili per trovare i luoghi più adatti per effettuare tale intervento. Ciò significa che il geotermico non può essere installato ovunque, e al contempo i rilievi necessari richiedono investimenti onerosi.

Le trivellazioni necessarie alla creazione degli impianti risultano molto costose. Inoltre, dagli impianti geotermici risalgono degli odori sgradevoli, conosciuti come odori sulfurei, per cui accanto all’impianto geotermico potrebbe essere necessario un impianto di abbattimento.

Un impianto geotermico ha un impatto visivo notevole perché richiede delle tubature in superficie e delle torri di refrigerazione. Per cui anche l’impatto paesaggistico va tenuto in conto prima della presentazione di un progetto che ha come scopo la creazione di una centrale o impianto geotermico.

foto: archeologiaindustriale.net

L'energia geotermica è rinnovabile?

Quando parliamo di energia geotermica non ci riferiamo, a differenza delle altre rinnovabili, di una fonte inesauribile. Tuttavia, il calore geotermico è presente in quantità tali che il suo sfruttamento non mina la sua esauribilità. In tal senso, la geotermia è ritenuta una fonte energetica rinnovabile.

Secondo quanto riportato da uno studio del MIT – il Massachusetts Institute of Technology situato nell’area metropolitana di Boston – l’energia potenziale geotermica contenuta sul nostro pianeta è stimata attorno a un valore complessivo di 12.600.000 ZJ. 

In base alle tecnologie utilizzate attualmente per sfruttare il calore geotermico per la produzione di energia, usufruiamo di un quantitativo non superiore ai 2.000. I ricercatori hanno anche evidenziato che il consumo mondiale di energia è stimato a un totale di 0,5 ZJ all’anno.

Dalla ricerca ne consegue che con il solo geotermico,secondo i modelli elaborati dagli studiosi, si potrebbe addirittura soddisfare il fabbisogno energetico della Terra, sfruttando la sola geotermia per i prossimi 4.000 anni. Ciò renderebbe, di fatto, inutile tutte le altre fonti non rinnovabili o rinnovabili che attualmente vengono utilizzate per la produzione di energia elettrica e non solo.

È lecito chiedersi a questo punto se il modello elaborato dagli studiosi è praticabile. Dobbiamo tenere in considerazione che il continuo sfruttamento di una sorgente geotermica, può indurre, a livello locale, a un’anomalia positiva termica,  portando quella fonte a non poter essere definita più come rinnovabile.

L’energia geotermica, attualmente è una fonte di energia poco utilizzata. Negli ultimi anni abbiamo visto un incremento degli impianti geotermici, destinato a un ulteriore aumento nel 2025.

Tuttavia, gli impianti geotermici presentano alcune complessità in fase di studio di fattibilità e nella messa in opera. Come abbiamo riferito precedentemente nel paragrafo dedicato ai vantaggi e agli svantaggi del geotermico, l’installazione di impianti o la creazione di centrali richiede un’approfondita indagine geologica. 

Questi studi non solo sono molto delicati, ma hanno un costo abbastanza oneroso, dunque è necessario che siano poi ripagati. Però, di fatto l’effettiva produttività energetica di un pozzo geotermico diventa evidente solo dopo averlo scavato.  

Altro dettaglio da non sottovalutare è la palude burocratica caratterizzata da processi farraginosi e lenti, avvalorata da un quadro normativo, sia a livello nazionale che a livello locale, che ostacola, in un certo senso la transizione ecologica e la creazione di nuovi impianti per la produzione di energia da fonti rinnovabili.. 

Nel nostro Paese, infatti, ottenere le autorizzazioni per la realizzazione di impianti è un processo che può richiedere 5/10 anni. 

Nonostante ciò le energie rinnovabili continuano a rappresentare un’opportunità unica per produrre energia pulita e abbattere le emissioni nocive.