Sicuramente sai cos'è l'energia geotermica in termini generali, ma Conosci tutte le basi di questa energia? In generale, diciamo che l'energia geotermica lo è energia termica dall'interno della Terra. In altre parole, l’energia geotermica è l’unica risorsa energetica rinnovabile che non deriva dal sole. Inoltre, possiamo dire che questa energia non è energia rinnovabile in quanto tale il suo rinnovamento non è infinito, anche se lo è ancora inesauribile a misura d’uomo, quindi è considerato rinnovabile per scopi pratici.
Origine del calore all'interno della Terra
Il calore all'interno della Terra è causato principalmente dal decadimento degli elementi radioattivi come l'uranio 238, il torio 232 e il potassio 40. Questi elementi decadono costantemente, rilasciando energia termica nel processo. Un altro fattore importante è il collisioni tra placche tettoniche, che rilasciano calore a causa del movimento e dell'attrito. In alcune regioni, il calore geotermico è più concentrato, come nelle aree vicine vulcani, colate di magma, geyser e sorgenti termali. Ciò consente una maggiore facilità nell’utilizzo dell’energia.
Uso dell'energia geotermica
L'energia geotermica è stata utilizzata per oltre 2.000 anni, con i romani pionieri nell'uso delle sorgenti termali per terme e riscaldamento. In tempi più recenti, è abituato riscaldamento di edifici, serre e produzione di elettricità. Esistono tre tipologie di giacimenti da cui si può ottenere energia geotermica:
- Serbatoi ad alta temperatura
- Serbatoi a bassa temperatura
- Serbatoi di roccia calda secca
Serbatoi ad alta temperatura
È considerato un deposito di alta temperatura quando l’acqua sotterranea nel serbatoio raggiunge temperature superiori a 100°C a causa della vicinanza di una fonte di calore attiva. Per poter estrarre calore dal sottosuolo è necessario che le condizioni geologiche consentano l'esistenza di a serbatoio geotermico, che funziona in modo simile ai giacimenti di petrolio o gas naturale.L'acqua riscaldata Attraverso queste rocce tende a risalire verso la superficie fino a raggiungere un serbatoio geotermico intrappolato da uno strato impermeabile. Tuttavia, se ci sono crepe nello strato impermeabile, il vapore o l'acqua calda possono salire e scendere appaiono in superficie sotto forma di sorgenti termali o geyser. Queste fonti di calore sono state sfruttate fin dall'antichità, e oggi vengono utilizzate per il riscaldamento e per i processi industriali.
Serbatoi a bassa temperatura
Un serbatoio a bassa temperatura è quello in cui l'acqua raggiunge una temperatura compresa tra 60 e 100ºC. In questi casi il flusso di calore è normale, quindi non è necessaria la presenza di una fonte di calore attiva né la presenza di uno strato impermeabile.
In questo caso, la chiave è avere uno stoccaggio dell’acqua a profondità che le consentano di raggiungere temperature sufficientemente elevate da rendere il suo sfruttamento economicamente sostenibile.
Serbatoi di roccia calda secca
I depositi di rocce calde e secche Hanno un potenziale ancora maggiore, poiché sono tra i 250-300ºC e a profondità comprese tra 2.000 e 3.000 metri. Per estrarre calore da queste rocce, è necessario fratturarli per renderli porosi.
In questo sistema, l’acqua fredda viene iniettata dalla superficie, passa attraverso rocce calde porose, si riscalda durante il processo e quindi viene estratta come vapore per generare elettricità. Tuttavia, questi depositi incontrano difficoltà a causa delle tecniche di fratturazione e perforazione necessarie per il loro sfruttamento.
Energia geotermica a bassissima temperatura
Possiamo considerare anche il sottosuolo come a fonte di calore a 15ºC, completamente rinnovabile e inesauribile. Con un adeguato sistema di raccolta e una pompa di calore è possibile trasferire questo calore ad un sistema di riscaldamento che può raggiungere fino a 50ºC, fornendo riscaldamento e acqua calda sanitaria.
Questo sistema può essere utilizzato anche in estate, immagazzinando il calore a 40ºC nel sottosuolo. Lo svantaggio principale è che è necessaria una grande superficie per interrare il circuito esterno, ma il suo principale vantaggio è la risparmio energetico e versatilità Può essere utilizzato sia per il riscaldamento che per il raffrescamento.
La pompa di calore geotermica
L'elemento essenziale in questo tipo di sistema è il pompa di calore. Questa macchina termodinamica basa il suo funzionamento sul Ciclo di Carnot, ricavato da un gas che funge da vettore di calore tra due sorgenti, una a bassa temperatura e l'altra ad alta temperatura.
Questa pompa può estrarre calore dal terreno a 15ºC e aumentarne la temperatura per riscaldare l'aria in un circuito interno, ottenendo prestazioni molto più elevate rispetto ai sistemi di climatizzazione convenzionali.
Circuiti di scambio con la Terra
Possiamo distinguere tra sistemi di scambio con acque superficiali, più economici ma geograficamente limitati, e lo scambio con la terra, che può essere diretto o tramite un circuito ausiliario.
- Scambio diretto: più semplice ed economico, ma con rischio di perdite e congelamento.
- circuito ausiliario: più costoso, ma evita grandi sbalzi di temperatura.
È bene sottolineare che questi sistemi, assorbendo calore da una fonte di temperatura stabile come il sottosuolo, offrono prestazioni costanti ed efficienti durante tutto l’anno, indipendentemente dalle condizioni atmosferiche.
Prestazioni dei sistemi di condizionamento
La Efficienza energetica dei sistemi di climatizzazione geotermica è eccezionale: raggiungono rendimenti fino al 500% in raffrescamento e al 400% in riscaldamento. Ciò significa che per ogni unità di energia utilizzata si possono generare fino a 5 unità di energia termica nel caso della refrigerazione.
Oltre all'elevata efficienza, questo sistema ha il vantaggio di non dipendere dalle fluttuazioni dell'energia solare o eolica, poiché la Terra fornisce una fonte di calore costante.
Distribuzione di energia geotermica
L'energia geotermica è distribuita su tutto il pianeta, ma con una maggiore concentrazione nelle aree vulcaniche e nelle faglie tettoniche. Aree come la costa del Pacifico in America e in Indonesia hanno un elevato potenziale. Tuttavia, il suo sfruttamento può essere esteso ad altre aree con moderne tecnologie di perforazione.
Vantaggi e svantaggi dell'energia geotermica
Vantaggi:
- Disponibilità in tutto il pianeta.
- Inesauribile a misura d'uomo.
- L'energia più economica conosciuta.
Svantaggi:
- Possibile rilascio di gas solforosi.
- La trasmissione del calore su lunghe distanze non è fattibile.
- Elevati costi di installazione iniziale.
Il futuro della geotermia
Il potenziale geotermico del pianeta è gigantesco, con energia immagazzinata nel sottosuolo sufficiente a soddisfare il fabbisogno energetico mondiale per milioni di anni. Con l’avanzamento delle tecniche di perforazione, si prevede che l’uso dell’energia geotermica diventerà sempre più diffuso nei processi industriali, nel riscaldamento degli edifici e nella generazione di elettricità.
Con lo sviluppo di nuove tecnologie come le turbine senza pale in grado di generare elettricità a temperature più basse, l’energia geotermica ha un futuro promettente per diventare una parte essenziale della fornitura energetica globale.
Pertanto, l’energia geotermica non solo offre un’alternativa pulita e abbondante, ma può aiutarci a procedere verso una maggiore indipendenza energetica, riducendo al contempo la nostra impronta di carbonio.