Introduzione. Inquadramento geologico-strutturale

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1 V. Risorse Geotermiche a Bassa Temperatura per lo sviluppo della citta sostenibile. L esempio della Pianura Pisana: potenzialita e possibili applicazioni - Giorgio Buonasorte, Unione Geotermica Italiana Pisa, S.Bellani, CNR, Istituto di Geoscienze e Georisorse, Pisa, e W.Grassi, Università di Pisa, Dipartimento Energetica Introduzione L Italia è stata la prima nazione al mondo a sfruttare risorse geotermiche di alta temperatura per la produzione di energia elettrica (Larderello 1904), ed è tuttora una delle nazioni nelle quali la geotermia ha il suo massimo sviluppo. La quasi totalità delle risorse geotermiche attualmente sfruttate per produzione di energia elettrica in Italia sono concentrate in Toscana, nei campi di Larderello e Monte Amiata. L intera regione, tuttavia, è anomala da un punto di vista termico: infatti, numerose aree nelle quali si potrebbe ipotizzare lo sfruttamento di risorse geotermiche a medio-bassa temperatura possono essere individuate nella regione. A tutt oggi sono stati richiesti più di 30 Permessi di Ricerca nella regione, alcuni dei quali per reperire risorse a media temperatura per la produzione di energia elettrica. Dati geologici e geofisici hanno permesso di individuare, nella pianura pisana, opportunità per applicazioni geotermiche di bassa temperatura. La costruzione, alla fine anni 90, nella città di Pisa (quartiere San Cataldo), della più grande Area di Ricerca del CNR in Italia, diede lo spunto per un progetto congiunto di ENEL e CNR-IIRG per il riscaldamento e condizionamento mediante fluidi geotermici dell Area di Ricerca stessa. Inquadramento geologico-strutturale La città di Pisa sorge in una pianura alluvionale nella parte nordoccidentale della Toscana. La pianura è costituita principalmente da depositi marini e continentali (Plio-Pleistocene) spessi fino a 1000 m che riempiono un ampio graben che si estende con direzione NO- SE. I Monti Pisani, a circa 5 km dalla città, costeggiano il margine NE del graben. In essi affiorano le rocce permeabili per fratturazione dell Unità Toscana Metamorfica e della sovrastante Falda Toscana carbonatica. 124

2 Dati gravimetrici e stratigrafici di pozzi (fig. 29) rivelano un andamento del tetto del potenziale serbatoio geotermico (Falda Toscana carbonatica) al di sotto della coltre di sedimenti plio-quaternari della pianura pisana, con alti strutturali localizzati che culminano a profondità di circa 700 m sotto il piano campagna. Sorgenti termali con temperature nell ordine dei C, alimentate da circolazioni profonde all interno dei carbonati mesozoici, caratterizzano il contatto tra i calcari dei Monti Pisani ed i depositi della pianura alluvionale (Fig. 30). Questo serbatoio, che rappresenta una parte dell acquifero regionale principale e del reservoir geotermico in sfruttamento nei campi geotermici ad alta temperatura di Larderello e Travale a circa km a SE di Pisa, giace in profondità sotto tutta la pianura pisana. Pozzi profondi per ricerca di idrocarburi hanno individuato la continuità laterale di un acquifero carbonatico regionale che si presume contenga grandi volumi di fluidi ad elevata termalità provenienti da un circuito regionale (Bellani et al., 1995). Nell area in esame, la distribuzione delle temperature in profondità, come osservato in pozzi di gradiente termico profondi m, insieme con dati da pozzi profondi per la ricerca di idrocarburi ( m) e con la temperatura di acque in pozzi che emungono da acquiferi a diverse profondità (fino a 300 m) determina gradienti geotermici dell ordine dei Ckm-1, e valori di flusso di calore intorno agli 80 mwm-2. Il progetto San Cataldo Verso la fine degli anni 90, l Istituto Internazionale per le Ricerche Geotermiche (IIRG) del CNR e l ENEL avviarono un progetto per il riscaldamento e condizionamento mediante fluidi geotermici dell Area di Ricerca CNR di Pisa (~ m3 di edifici), all epoca in costruzione. Il progetto di riscaldamento/condizionamento dell Area di Ricerca CNR di San Cataldo prevedeva la perforazione di due pozzi deviati della profondità di m, il primo per l estrazione dei fluidi geotermici, ed il secondo per la reiniezione dei fluidi esausti all interno della roccia serbatoio, dopo la cessione del calore in appositi scambiatori. La distanza tra i due fondo-pozzo era prevista intorno ai 1000 m, al fine di prevenire ogni possibile interferenza nel breve 125

3 periodo tra l acqua raffreddata e quella calda all interno del serbatoio. Il primo pozzo esplorativo (San Cataldo 1), perforato in deviazione fino a circa 850 m di profondità verticale (Fig.31), confermò la presenza delle acque termali previste all interno delle formazioni carbonatiche sottostanti i sedimenti terrigeni della pianura, ma con una temperatura leggermente inferiore a quella prevista e necessaria per gli scambiatori di calore dell impianto di condizionamento, già costruito. Tutto l impianto, originariamente progettato per alimentazione a metano, era dimensionato per una temperatura di scambio termico leggermente superiore. Di conseguenza, si era vincolati al reperimento di un fluido con caratteristiche di temperatura di C; un impianto originariamente progettato con un fluido geotermico di bassa temperatura come sorgente energetica avrebbe potuto essere dimensionato anche con l eventuale ausilio di pompe di calore e/o sistemi atti ad incrementare l efficienza del sistema. La temperatura ed altri problemi minori legati alla qualità dei fluidi (eccesso di solidi in sospensione) prodotti dal primo (ed unico) pozzo perforato, impedirono il completamento del progetto. Tuttavia, i 50 C misurati, insieme con l elevata portata (fino ad oltre 250 m3/h) del primo pozzo, possono decisamente suggerire oggi una ripresa dell interesse per progetti di utilizzazioni di acque geotermiche di medio-bassa temperatura in gran parte della Pianura Pisana. Considerazioni su possibili obiettivi geotermici in Toscana Una premessa, sempre valida quando si parla di energia geotermica, è che, non essendo essa trasportabile su lunghe distanze, è necessario avere una o più importanti attività economiche in loco, sulle quali possa pesare il valore aggiunto dell energia geotermica, così come una aggregazione della domanda, per avere una dimensione di soglia e giustificare il progetto geotermico. Esempi di possibili utenze sono: aree ospedaliere, aree industriali, stadi ed altri complessi sportivi, nuovi agglomerati urbani. Di seguito vengono suggerite alcune opportunità per possibili applicazioni: Pianura Pisana: le caratteristiche geologico-strutturali ed i numerosi 126

4 dati geofisici e di perforazione disponibili, consentono di indicare vaste zone della Pianura Pisana come potenziali obiettivi per applicazioni geotermiche di media e bassa temperatura. Un obiettivo profondo è costituito dal serbatoio carbonatico mesozoico, che è presente tra i -600 e i -900 m con temperature previste leggermente superiori ai 50 C nella pianura tra Pisa e Ponsacco e tra l aeroporto di Pisa e Perignano (Fig.29). Un obiettivo superficiale, nella zona tra San Giuliano Terme e la parte settentrionale di Pisa è rappresentato dalla prima falda a pochi m di profondità con temperature di C e dagli orizzonti porosi presenti nei depositi alluvionali e plio-pleistocenici, fino a profondità di qualche centinaio di metri, dove è prevista una temperatura tra 25 e 35 C, come confermato dai pozzi perforati in questo contesto (Fig.32). In particolare, nella zona di San Giuliano si potrebbero utilizzare anche le acque di alcuni fossi, attualmente non sfruttate, che con temperature di C e discrete portate rappresentano una risorsa non trascurabile. Altre aree: la presenza, a profondità non elevate, di temperature interessanti anche nella zona di Lucca mostrate nel pozzo Pontetetto, (temperatura stimata superiore ai 50 C a 1000 m di profondità; Fig.33), al di là della barriera morfologica degli affioramenti carbonatici dei Monti Pisani, suggerisce di estendere l interesse per possibili applicazioni anche ad aree confinanti, fino ad oggi trascurate per la valutazione delle potenzialità geotermiche. Più in generale, pensando alle potenzialità della Toscana come regione geotermica a varia termalità, è opportuno perseguire gli usi diretti sfruttando risorse, spesso già individuate, distribuite in varie località a profondità modeste. Alcune iniziative sono già state avviate, e tra queste, a titolo di esempio, possono essere citati i progetti di possibili applicazioni per riscaldamento nelle aree di Massa Marittima Monterotondo, e di Roselle (Gr); le rispettive temperature sono di circa C e C. Le opportunità di utilizzazione delle risorse geotermiche a temperatura medio-bassa possono essere potenziate con l utilizzo delle pompe di 127

5 calore geotermiche che consentono di innalzare la temperatura dei fluidi a più bassa termalità. Figura 29 - Carta geologico-strutturale della Pianura Pisana con le isobate della base delle formazioni Neogeniche. In verde è marcata la presenza di temperature di C a m di profondità. 128

6 Figura 30 - Sorgenti dell area termale di San Giuliano Figura 31 - Sezione geologica con isoterme della Pianura Pisana 129

7 Figura 32 - Temperature e stratigrafie di due pozzi per acqua perforati a Pisa Figura 33 - Temperature e stratigrafia del pozzo Pontetetto 130

8 Bibliografia di riferimento: Baldi P., Barbier E., Buonasorte G., Calore C., Dialuce G., Ghezzi R., Martini A., Squarci P., Taffi L. (2002): ITALY Geothermal thematic map and geothermal areas. In Atlas of Geothermal Resources in Europe Publication n. EUR of the European Commission L S. Hurter and R. Haenel Editors. Luxembourg. Bellani S., Calore C., Grassi S., Squarci P. (1995): Flusso di calore superficiale in presenza di acquiferi in bacini sedimentari ed anomalie termiche profonde: due esempi. Atti del 14 Convegno Annuale del Gruppo Nazionale di Geofisica della Terra Solida, Roma, Ottobre Bellani S., Grassi S., Squarci P. (1995): Geothermal characteristics of the Pisa plain, Italy. Proceedings of the World Geothermal Congress, Vol. 2, Bellani S., Buonasorte G., Grassi S., Squarci P. (1998): Geological and Structural Features of the San Cataldo District Heating Project (Pisa, Italy). Proceedings of the 5th World Renewable Energy Congress, September 1998, Florence, Italy, Elsevier Science Publishers 131