Approfondimento 1. L energia geotermica, cioè l energia estraibile da acqua circolante naturalmente o artificialmente in zone dove il gradiente

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1 Approfondimento 1. L energia geotermica, cioè l energia estraibile da acqua circolante naturalmente o artificialmente in zone dove il gradiente termico (cioè l andamento della temperatura con la profondità terrestre) è più elevato del normale, è stata, come ben noto, utilizzata per la prima volta per la produzione di energia elettrica, agli inizi di questo secolo, in Italia e precisamente in Toscana nell area di Larderello. Le prime ipotesi, poi abbandonate, sull origine di questo campo di vapore, già sfruttato per la produzione di acido borico e quindi di energia elettrica dagli inizi di questo secolo, postulavano una origine magmatica del vapore, collegandolo alla presenza di magmi granitici. Conclusione fondamentale delle ricerche eseguite più recentemente è invece che la permeabilità delle rocce consenta alle acque superficiali di circolare nel sottosuolo e di raggiungere profondità sufficienti a provocarne il riscaldamento. Ma tali condizioni non sono molto comuni perché, a causa della pressione litostatica, la permeabilità delle rocce va riducendosi notevolmente alle profondità alle quali la temperatura delle formazioni rocciose raggiunge valori elevati dell ordine del C. In una regione a flusso termico normale, temperature di questo ordine di grandezza si rinvengono ad oltre 10 km di profondità, mentre nelle regioni ad flusso termico anomalo tale temperatura può essere raggiunta molto più in alto. A Larderello, per esempio, tale temperatura è raggiunta già a circa 2.5 km. Tenendo conto dei dati sulle anomalie dei flussi termici, è fuori dubbio che esistono varie e vaste regioni dove sono rinvenibili, a profondità variabili tra i 2 e gli 8 km, rocce a 350 C. se in tali regioni non esistono campi geotermici, è perché sono assenti quelle permeabilità indispensabili all instaurarsi di tali fenomeni.si sta cercando di sfruttare la possibilità di creare nelle rocce secche (dry rocks) dei campi di vapore artificiale pompando acqua nel sottosuolo.

2 Approfondimento 2. Interessanti prospettive vengono dall uso energetico dei fluidi a bassa entalpia, non solo per l utilizzazione ai fini del riscaldamento di abitazioni, conglomerati urbani, serre per l agricoltura, usi industriali vari, ma anche per la produzione di energia elettrica, mediante l utilizzazione di un fluido a basso punto di ebollizione come il freon o l isobutano, con un salto termico di qualche cinquantina di gradi centigradi tra l acqua calda e quella fredda disponibile nella regione. Vi è una prospettiva di utilizzo capillare di vene e falde superficiali, ancora pressoché trascurata. Essa può interessare in Italia oltre 40 stazioni termali con acqua oltre i 40 C, e altre con acque oltre i 25 C (utilizzabili con pompe di calore o caldaie integrative). Si può sfruttare con pozzetti di piccola profondità (entro 300 m) e a costi modestissimi. Uno sviluppo di questo tipo non richiede molto: -- un'azione promozionale dello stato che colmi, fra l'altro, la mancanza d'informazione degli operatori; -- il coinvolgimento degli Enti Terme, concessionari della risorsa, nello sfruttamento energetico per rafforzare i propri usi oltre che per vendere calore a terzi; -- un'adeguata politica di disponibilità tecnologico-progettuale e di incentivi economici. Sempre per quanto riguarda la bassa entalpia, vi sono grandi aspettative per lo sviluppo del settore della piscicoltura e per le applicazioni all'agricoltura e alla zootecnia. Ciò costituirebbe un grande risparmio energetico, con una ricaduta occupazionale rilevante, ripartita eminentemente tra piccole e medie aziende. Nella vicina Francia, in una situazione meno favorevole della nostra (manca l'alta entalpia), sono più di 300 i progetti studiati, di cui 74 realizzati o in corso di realizzazione. Oltre sono gli alloggi già allacciati per il riscaldamento: si può calcolare una coppia di pozzi da m di profondità (produttore-iniettore) per ogni alloggi. L'obiettivo è di alloggi per un risparmio di tep (tonnellate di petrolio equivalente).. La situazione attuale in Italia è di circa 450 MW installati che producono 3 miliardi di kwh, pari a 0,25 Mtep. Tenuto conto che la geotermia è una tecnologia matura e sottolineando la necessità che le nuove realizzazioni rispettino i vincoli ambientali e paesaggistici, si può pensare di portare la potenza installata al 2020 a circa MW, con una produzione di 13 miliardi di kwh, pari a 1,2 Mtep. Il contributo elettrico della geotermia, come delle altre fonti rinnovabili, è da valutare non in ragione di 860 kcal per kwh, ma in ragione di kcal per kwh, per tenere conto del combustibile fossile che viene consumato nel ciclo di produzione convenzionale: Su questa nuova base si può stimare un contributo al 2020 di 4 Mtep. In seguito si potrà pensare anche a contributi

3 sempre più rilevanti dalla tecnologia delle rocce secche con obiettivi complessivi, per la parte elettrica, di altri 4 Mtep al 2020 e 6 Mtep al In definitiva per quanto riguarda la produzione di elettricità, i dati disponibili e noti fanno ritenere che gli obiettivi sottovalutino, di diverse volte, le potenzialità utilizzabili nei prossimi anni. Approfondimento 3. Pompe di calore dal suolo Oltre che dalle acque termali, pompe di calore si possono realizzare artificialmente facendo circolare acqua attraverso una tubazione chiusa che penetri fino a metri o più nel suolo. Qui la temperatura è in media di qualche grado più alta che in superficie e quindi e si può utilizzare il gradiente di temperatura per riscaldare l abitazione e le necessità connesse. In realtà la temperatura del suolo diminuisce di qualche grado nei primi metri sotto la superficie,per poi rialzarsi a livelli inferiori: il livello di inversionr dipende molto dalla conducibilità termica dei vari strati del suolo. Pompe di calore dal mare Alcuni studi, portati avanti soprattutto negli Stati Uniti, hanno cercato di stabilire se fosse possibile trarre energia dalla differenza di temperatura e densità esistente fra gli strati superficiali e quelli profondi del mare. Gli strati superficiali di mari e oceani, infatti, si riscaldano e si raffreddano ciclicamente seguendo le stagioni; gli strati profondi, invece, delimitati da un immaginario piano di demarcazione termica (termoclino), mantengono una temperatura costante di circa 2-4 C (la temperatura alla quale la densità dell acqua è massima). Almeno teoricamente, una simile differenza di temperatura (o di densità), rappresenta pur sempre una differenza di potenziale fra due elementi. Molto interessante quindi, per la quantità di calore che può essere utilizzato per produrre vapore (d acqua o di altra natura) per muovere turbine, è la tecnologia OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion). In pratica il sistema è basato sul prelievo di acque superficiali da oceani tropicali che vanno a far evaporare un fluido a basso punto di ebollizione (freon, ammoniaca). Il fluido di lavoro, espandendosi rapidamente, mette in funzione una turbina e viene poi raffreddato, dallo scambio di calore con acqua di mare fredda (2 4 C) prelevata a 4 km di profondità, alla base della piattaforma continentale Una variante è il sistema Claude a ciclo aperto: l acqua superficiale calda è trasformata in vapore sotto vuoto e quindi va ad azionare la turbina che produce anche corrente elettrica alternata. Il vapore viene poi raffreddato in due scambiatori dall acqua oceanica profonda. Nel primo lo scambio termico avviene attraverso un fascio tubero: si produce acqua dissalata. Nel secondo, a contatto diretto, l acqua condensata e mescolata con l acqua marina fredda, viene scaricata in mare.

4 Figura VI. 2.6 Pompa di calore OTEC da un gradiente marino

5 Figura VI.2.7 Sistema OTEC a fluido basso bollente. Figura VI.2.8 Sistema OTEC Claude a circuito aperto di acqua marina.