SI PARLA COSÌ TANTO DI ENERGIE RINNOVABILI, ORMAI DA MOLTI ANNI, MA ANCORA DI PIÙ NEGLI ULTIMI MESI, ANCHE SULL’ONDA EMOTIVA PROVOCATA DAI RIPETUTI RINCARI DEL PREZZO DEL PETROLIO E DEI SUOI DERIVATI.
L’ALTERNATIVA CI VIENE OFFERTA DALL’ENERGIA GEOTERMICA, OVVERO DA QUELLA PARTE DEL CALORE TERRESTRE CHE PUÒ ESSERE ESTRATTA DAL SOTTOSUOLO E SFRUTTATA DALL’UOMO

Servizio a cura di: Raffaela Balestrieri, architetto

DOVE SI TROVA
L'origine di questo calore è in relazione con la natura interna del nostro pianeta e con i processi fisici che in esso
hanno luogo. Vulcani, sorgenti termali, soffioni e geyser ne sono una conseguenza. Il calore, anche se in quantità norme e praticamente inesauribile, risulta assai disperso e solo raramente concentrato.
Il calore interno si dissipa con regolarità verso la superficie della Terra; la sua esistenza è percepibile dall'aumento
progressivo della temperatura delle rocce con la profondità; il gradiente geotermico è in media di 3°C ogni 100 m di profondità, ossia 30°C ogni km. Esistono tuttavia nella crosta terrestre zone privilegiate ove il gradiente è nettamente superiore a quello medio: ciò è dovuto alla presenza, non lontano dalla superficie (5-10 km), di masse magmatiche fluide o già solidificate in via di raffreddamento. Tali zone si localizzano in ben precise regioni dove le placche tettoniche confinano tra di loro, e dove le forze geologiche spostano in superficie le masse magmatiche.
L'energia termica accumulata in queste zone viene resa disponibile a profondità accessibili da vettori termici presenti nella crosta terrestre e denominati fluidi geotermici, composti principalmente di acqua meteorica che penetra nel sottosuolo e si riscalda a contatto con il magma caldo, fino a raggiungere temperature di alcune centinaia di gradi, generando i cosiddetti geyser.

BREVE STORIA DELLA GEOTERMIA
Fin dall'antichità, l'acqua geotermica è stata usata dalle popolazioni.
L'uso più antico e diffuso è stato, naturalmente, quello termale. Greci, Etruschi e Romani impiegavano le acque calde che sgorgavano naturalmente dalla superficie per la balneoterapia e per il riscaldamento degli ambienti, ma già gli Indiani d'America la usavano per cucinare, oltre che per scopi medicinali.
Il Medioevo fu un periodo di stasi, ma con l'arrivo dell'anno Mille anche l'estrazione e l'uso di prodotti associati all'energia geotermica ripresero. Un mercato che divenne fiorente nel Rinascimento con la nascita di numerosi stabilimenti termali, adibiti a centri terapeutici per la cura del corpo e dello "spirito".
È intorno al XVI secolo, quando vengono scavate le prime miniere, profonde centinaia di metri, che ci si rende conto
che la temperatura del sottosuolo aumenta con la profondità.
Soltanto nel XX secolo, dopo la scoperta del ruolo svolto dal calore radiogeno, è stato possibile ricostruire la storia termica del nostro Paese. Il primo impianto industriale per la produzione di energia fu costruito in Toscana nel 1827. A quell'epoca, Francesco Larderel, proprietario di un impianto che produceva acido borico, estraendolo dalle acque circolanti nel sottosuolo della zona, ebbe una brillante idea.

PAGINA ACCANTO: GEYSER CASTLE, NEL PARCO DI YELLOWSTONE (USA).
NEL DISEGNO IN ALTO: SCHEMA DI UN IMPIANTO GEOTERMICO-TIPO CON GLI ELEMENTI CHE LO CARATTERIZZANO: A) SONDE GEOTERMICHE B) TERMOPOMPA C) ACCUMULATORE.
A LATO: SISTEMI DI RAFFRESCAMENTO ESTIVO E DI RISCALDAMENTO INVERNALE.
IMMAGINI: GEOKLIMA

Invece di far evaporare le acque boriche bruciando la legna dei boschi vicini, pensò di sfruttare il calore naturalmente
contenuto in queste acque. L'idea ebbe successo e, fino al 1875, l'industria chimica di Larderello fu la più importante
del mondo nel settore dei prodotti borici. Sempre a Larderello, nel 1913, fu costruito il primo impianto per la produzione di elettricità geotermica. Dagli anni '20, l'attività geotermica si diffuse anche in Giappone, Islanda e
Ungheria e poi, dagli anni '50, nel resto del mondo.
La geotermia è la grande fortuna energetica dell'Islanda.
La grande isola del nord Atlantico basa l'intera sua esistenza sul naturale equilibrio tra la presenza di acqua calda
in profondità e l'atmosfera esterna sotto zero.
In Italia, la produzione di energia geotermica è fortemente concentrata in Toscana (Pisa, Siena e Grosseto), mentre il
più grande complesso geotermico al mondo è "The Geysers", che si trova circa 140 km a nord di San Francisco, in California (Usa).

NATURA DELLE RISORSE GEOTERMICHE
Il gradiente geotermico dà la misura dell’aumento di temperatura con la profondità. Sino alle profondità raggiungibili
con le moderne tecniche di perforazione, il gradiente geotermico medio è 2,5°-3°C/100 m. Di conseguenza, se la temperatura nei primi metri sotto la superficie, che corrisponde, con buona approssimazione, alla temperatura media annua dell’aria esterna, è 15°C, si può prevedere che la temperatura sia 65°-75°C a 2000 m di profondità, 90°-105°C a 3000 m e via di seguito per alcune migliaia di metri. Vi sono, comunque, vaste regioni nelle quali il valore del gradiente geotermico si discosta sensibilmente da quello medio. In aree in cui il basamento rigido sprofonda e si forma un bacino che si riempie rapidamente di sedimenti geologicamente “molto giovani”, il gradiente geotermico può essere anche inferiore a 1°C/100 m. Viceversa, in certe “aree geotermiche” il gradiente può raggiungere valori superiori a dieci volte quello normale.
La differenza di temperatura tra le zone profonde, più calde, e quelle superficiali, più fredde, dà origine ad un flusso di calore dall’interno verso l’esterno della Terra, tendente a stabilire condizioni di uniformità, condizioni che non saranno mai raggiunte. Il flusso di calore terrestre medio è 65 mil.Wm-2 nelle aree continentali e 101 mil.Wm-2 nelle aree oceaniche, con una media ponderale globale di 87 mil.Wm-2.
L’aumento della temperatura con la profondità, i vulcani, i geyser, le fumarole, le sorgenti calde sono manifestazioni
tangibili e visibili del calore interno della Terra, ma questo calore è all’origine di fenomeni meno percettibili dagli uomini, ma di tale grandezza, che la Terra è stata paragonata ad un enorme “motore termico”.

A SINISTRA: LO SCHEMA DEI COMPONENTI DI FUNZIONAMENTO DELLA POMPA DI CALORE: 1.CONDENSATORE, 2. VALVOLA DI LAMINAZIONE, 3. EVAPORATORE, 4. COMPRESSORE.
IN BASSO: IL CAMPO GEOTERMICO "THE GEYSERS" DELLA PACIFIC GAS & ELECTRIC, LOCALIZZATO NEL NORD DELLA CALIFORNIA, OSPITA L'IMPIANTO PIU' GRANDE DEL MONDO CON UNA POTENZA TOTALE DI 750 MW, OTTENUTA DA 14 UNITÀ PRODUTTIVE.

USI DIRETTI
Il riscaldamento è la forma più antica e diffusa tra gli usi diretti dell’energia geotermica; larga utilizzazione è stata
fatta in Islanda, dove, per l’abbondanza dei fluidi caldi disponibili, il 97% della popolazione della capitale è servita
da riscaldamento geotermico urbano. Analoga situazione si ha anche in Francia, paese poco geotermico, negli
Stati Uniti, in Cina ed in Giappone.
In Italia le realizzazioni più importanti sono quelle di Ferrara, Vicenza, Castelnuovo Val di Cecina, Acqui, Bagno di Romagna e Grosseto.
Per il riscaldamento degli ambienti, le temperature dei fluidi devono essere dell’ordine di 50-80° C per gli impianti a
termosifone, 35-50° C per i pannelli radianti; qualora i fluidi geotermici non raggiungessero le temperature richieste,
si possono adottare dei sistemi integrativi quali una caldaia o una pompa di calore. Un impianto di teleriscaldamento
può provvedere anche alla fornitura di acqua calda sanitaria; se le acque geotermiche sono dolci, come nel caso di
Vicenza, possono essere distribuite direttamente agli utenti; se, invece, sono salate, come a Ferrara, si provvede
immettendo nella rete sanitaria una parte dell’acqua di acquedotto circolante nello scambiatore di calore.
Si può ottenere uno sfruttamento integrale della risorsa geotermica con il riscaldamento invernale ed il raffrescamento
estivo, disponendo di fluidi a 80-110° C che alimentino pompe di calore reversibili, ad assorbimento, con fluidi appropriati (ad esempio ammoniaca, bromuro di litio).
Altri usi dei fluidi geotermici sono rappresentati dall’azione antigelo dei suoli, dal riscaldamento delle serre e all’utilizzo
nelle attività industriali per fornire il “calore di processo” utilizzato nel ciclo di produzione. Un uso razionale, che permette di ottenere la massima efficienza dai fluidi geotermici, è rappresentato dagli utilizzi integrati dello stesso fluido per impianti ed utenti diversi, con un sistema in serie, “a cascata”; le acque reflue a bassa temperatura di una centrale geotermica possono essere usate, per esempio, per il riscaldamento, per la serricoltura, per l’acquacoltura e per l’irrigazione.

UTILIZZO DEL CALORE: LE POMPE DI CALORE
Nel quadro volto allo sfruttamento razionale dell’energia geotermica, viene impiegata sempre di più la “pompa di
calore”, grazie alla quale sono utilizzati anche i fluidi a temperatura molto bassa. La pompa di calore è una macchina
termica in grado di trasferire il calore da un corpo più freddo ad uno più caldo, innalzandone la temperatura;
essa estrae calore da una sorgente a bassa temperatura, sorgente fredda, con dispendio di energia esterna
che può essere di natura elettrica, meccanica, o appunto geotermica.
Nei paesi dove si sta diffondendo lo sfruttamento dell’energia geotermica alle più basse temperature (7- 40° C),
quali la Svezia, il Giappone, gli Stati Uniti, la Svizzera, la Germania e la Francia, l’uso delle pompe di calore ha toccato
dei livelli sorprendenti; negli Stati Uniti, per esempio, nel 1993, ne erano installate più di 150.000. Un’altra tecnologia
molto in uso accanto alle pompe di calore è rappresentata dallo “scambiatore di calore”, necessario nei casi in cui non è possibile mettere a contatto i fluidi geotermici direttamente con gli impianti di utilizzazione, quando il contenuto salino del fluido può creare danni quali la corrosione o l’inquinamento. Gli scambiatori di calore vengono fabbricati in diverse versioni di cui le principali sono: a piastre, a fasce tubiere, a serpentina ed a miscela diretta, con separazione finale e recupero del fluido di lavoro dal fluido primario.
Un particolare tipo è quello utilizzato direttamente nel pozzo, con circolazione di acqua dolce o di fluido bassobollente
nel secondario.