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6.4.1 IntroduzioneLenergia geotermica il calore contenuto nellinternodella Terra ed allorigine di molti fenomeni geologici.Tuttavia, lespressione energia geotermica general-mente impiegata per indicare quella frazione del caloreterrestre che pu, o potrebbe, essere estratto dal sotto-suolo e sfruttato dalluomo. Le risorse geotermiche costi-tuiscono una importante forma di energia rinnovabile esostenibile, diffusa e utilizzata in molte regioni del mondo(Dickson e Fanelli, 2003).

I vulcani, i geyser, le sorgenti termali, le fumarole e

altri fenomeni superficiali di questo genere hanno cer-tamente fatto dedurre agli uomini dei millenni passatiche alcune parti dellinterno della Terra sono calde. Sol-tanto tra il 16 e il 17 secolo, tuttavia, quando furonoscavate le prime miniere, profonde qualche centinaio dimetri, ci si rese conto che la temperatura del sottosuoloaumenta con la profondit.

Le prime misurazioni con termometri sono state fatteprobabilmente nel 1740 da M. De Gensanne in una minie-ra vicino a Belfort, in Francia (de Buffon, 1778). A par-tire dal 1870 il regime termico della Terra stato stu-diato con metodi scientifici moderni, ma soltanto nel 20

secolo, dopo la scoperta del ruolo svolto dal calore radio-genico, stato possibile comprendere pienamente feno-meni come il bilancio termico della Terra e ricostruirela storia termica del pianeta. Tutti i moderni modelli ter-mici della Terra, infatti, devono tenere conto dellener-gia prodotta in continuazione dal decadimento degli iso-topi radioattivi a lunga vita delluranio (238U, 235U), deltorio (232Th) e del potassio (40K) presenti nellinternodel globo terrestre (Lubimova, 1969). A quella radioge-nica si aggiungono, in proporzioni non esattamente defi-nite, altre fonti di energia, come il calore originale delpianeta, lenergia gravitazionale e la dissipazione del-

lenergia cinetica delle maree. Teorie e modelli termicirealistici, tuttavia, non sono stati disponibili sino agli

anni Ottanta del 20 secolo, quando stato dimostratoche non c equilibrio tra lenergia prodotta dal decadi-mento degli isotopi radioattivi presenti nellinterno dellaTerra e il calore disperso dalla sua superficie verso lospazio, e che il pianeta si sta lentamente raffreddando.

Un bilancio termico dovuto a Frank D. Stacey e DavidE. Loper, nel quale il flusso di calore totale dalla super-ficie terrestre valutato 421012 W (conduzione, con-vezione e radiazione), quantifica il flusso di calore dalmantello, che costituisce l82% del volume totale dellaTerra (fig. 1), in 10,31012 W (Stacey e Loper, 1988).Calcoli pi recenti, basati su un numero maggiore di dati,

hanno permesso di attribuire al flusso di calore superfi-ciale un valore del 6% pi alto rispetto a quello cui fannoriferimento Stacey e Loper. Il raffreddamento del man-tello , di conseguenza, leggermente maggiore di quel-lo valutato da questi ultimi. Il raffreddamento del pia-neta , comunque, molto lento. La temperatura del man-tello, che alla sua base di circa 4.000 C, diminuita,al pi, di 300-350 C in tre miliardi di anni. stato sti-mato che lenergia termica totale contenuta nella Terra,assumendo una temperatura superficiale media di 15 C,sia dellordine di 12,61024 MJ e che quella contenutanella crosta sia dellordine di 5,41021 MJ (Armstead,

1983). Lenergia termica della Terra quindi enorme,ma soltanto una parte di essa pu essere sfruttata. Sinoa oggi, lutilizzazione di questa energia stata limitataa quelle aree nelle quali le condizioni geologiche per-mettono a un vettore (acqua in fase liquida o vapore) ditrasportare lenergia termica dalle formazioni caldeprofonde alla superficie o vicino a essa, dando originealle risorse geotermiche.

Breve storia della geotermia

Lutilizzazione del calore della Terra per scopi sem-plici, come la cottura del cibo, si perde nel passato. Nel

Neolitico le acque calde naturali erano certamente usa-te per scopi curativi e magici. In periodo etrusco gli usi

595VOLUME III / NUOVI SVILUPPI: ENERGIA, TRASPORTI, SOSTENIBILIT

6.4

Energia geotermica

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2/16

balneologici erano gi ampiamente diffusi, come dimo-strano numerose testimonianze archeologiche. Succes-

sivamente, nellarea di espansione della civilt romana,i fluidi geotermici sono stati usati, oltre che in balneo-logia, per il riscaldamento di edifici termali e di abita-zioni dal 1 secolo a.C. sino alla decadenza dellImpe-ro. Esempi di utilizzazione del calore geotermico sonopresenti anche nei secoli seguenti, in Italia e in vari paesidel mondo, sino alla Cina, ma in forma molto ridotta econ semplici tipologie. Si deve attendere il 19 secoloperch prenda avvio un vero e proprio sfruttamento del-lenergia geotermica su scala industriale (Ciardi e Catal-di, 2005).

In Italia, nei primi anni dellOttocento, nellarea che

poi ha preso il nome di Larderello (Toscana), era stataavviata una piccola industria chimica per estrarre laci-do borico dalle acque calde che sgorgavano naturalmentedal suolo o erano estratte da pozzi poco profondi (Nasi-ni, 1930). Lacido borico era ottenuto facendo evapora-re in bollitori metallici le acque calde ricche di boro,usando, come combustibile, il legname ricavato dai boschivicini. Nel 1827 Francesco Larderel, che nel 1818 avevaassunto la direzione dellindustria, ide un sistema persfruttare il calore degli stessi fluidi borici nel processodi estrazione invece di bruciare il legname dei boschi,che si andavano esaurendo rapidamente.

Nello stesso periodo si cominci anche a utilizzarelenergia meccanica del vapore naturale, che venne usato

per sollevare lacqua in semplici sistemi agas lifte, inseguito, per il funzionamento di pompe e argani impie-

gati nelle operazioni di perforazione o nellindustria del-lacido borico. Lindustria chimica di Larderello deten-ne, tra il 1850 e il 1875, il monopolio della produzionedellacido borico in Europa. Nella medesima area, tra il1910 e il 1940, ebbe inizio, ampliandosi progressiva-mente, lutilizzazione del vapore geotermico a bassapressione per il riscaldamento di edifici residenziali eindustriali e di serre. Contemporaneamente, anche in altripaesi si sviluppava luso industriale dellenergia geoter-mica: nel 1892 a Boise (Idaho, Stati Uniti) era inaugu-rato il primo sistema di riscaldamento urbano; nel 1928lIslanda, un altro paese allavanguardia in Europa nel-

lutilizzazione di questa fonte energetica, cominci asfruttare i fluidi geotermici, soprattutto acqua calda, peril riscaldamento di edifici.

Il primo tentativo di produrre elettricit dallenergiageotermica fu realizzato a Larderello il 4 luglio 1904,quando Piero Ginori Conti, subentrato alla famiglia Lar-derel nella propriet dellindustria boracifera, avvi unmotore, azionato dal vapore geotermico, collegato a unadinamo. La riuscita dellesperimento segn linizio diuna importante forma di utilizzazione del calore terre-stre, che si sarebbe diffusa in tutto il mondo.

La produzione di elettricit a Larderello fu un suc-

cesso commerciale, oltre che della tecnica. Nel 1916 lapotenza geotermoelettrica installata era gi pari a 12.000

596 ENCICLOPEDIA DEGLI IDROCARBURI

GENERAZIONE ELETTRICA DA FONTI RINNOVABILI

astenos

fera

6.370

km

2.900km

nucleo interno

nucleo esterno

crosta

mantello

litos

fera

ma

nte

llo

crostafig. 1. Schema

della struttura interna

della Terra: crosta,

mantello e nucleo.

A destra in alto,

un dettaglio della crosta

e della parte superiore

del mantello.

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kWe e nel 1942, prima delle distruzioni dovute agli even-

ti bellici, aveva raggiunto 127.650 kWe. Lesempio ita-liano fu seguito da numerosi altri paesi. Nel 1919 fu

perforato il primo pozzo geotermico in Giappone e, nel

1921, negli Stati Uniti. Nel 1958 un primo impianto geo-

termoelettrico entrin esercizio in Nuova Zelanda, nel1959 in Messico, nel 1960 negli Stati Uniti e negli anniseguenti in molti altri paesi.

Utilizzazione attuale dellenergia geotermica

Dopo la Seconda Guerra Mondiale, molti paesi furo-

no attratti dallenergia geotermica, considerandola com-petitiva rispetto ad altre forme di energia. Le nazioni che

utilizzano lenergia geotermica per la produzione di elet-tricit (energia geotermoelettrica) sono attualmente 24e sono elencate nella tab. 1, che mostra la potenza geo-

termoelettrica installata nel mondo nel 2005 (8.934 MWe)

e, per confronto, nel 1995 (6.833 MWe

). Nei paesi in via

di sviluppo la potenza geotermoelettrica installata nel

1995 era il 38% di quella mondiale, mentre nel 2005 stata pari a circa il 48%. In questi paesi lenergia geo-termica pusvolgere un ruolo significativo nel bilancioenergetico nazionale: nel 2002 lelettricitprodotta darisorse geotermiche rappresentava il 27% dellelettricittotale prodotta in El Salvador, il 22% nelle Filippine, il

15% in Costa Rica, l11% in Kenya.I paesi che sfruttano le risorse geotermiche per usi non

elettrici (o usi diretti del calore geotermico) sono oggi oltre

70. La potenza installata nel mondo in questo tipo di impian-

ti ammontava nel 2005 a 28.269 MWt e lenergia utiliz-zata a 273.372 TJ/a. Gli usi non elettrici pidiffusi nelmondo, come energia utilizzata, sono rappresentati per il

32% dalle pompe di calore, per il 30% dagli usi balneo-

logici (inclusi balneoterapia e riscaldamento di piscine),

per il 20% dal riscaldamento di ambienti (di cui il 77% rappresentato dal riscaldamento urbano), per il 7,5% dal

riscaldamento di serre e di suoli coltivabili, per il 4% da

processi industriali a caldo, per il 4% dallacquacoltura eper circa il 2,5% da numerose forme di utilizzazioni mino-

ri, come lessiccamento di prodotti agricoli, la refrigera-zione, il decongelamento di strade (Lund et al., 2005).

6.4.2 Natura delle risorsegeotermiche

La Terra come motore termico

Il gradiente geotermico fornisce la misura dellau-mento della temperatura con la profondit. Sino al-le profonditraggiungibili con le moderne tecnichedi perforazione, il gradiente geotermico medio 2,5-3 C/100 m. Di conseguenza, se la temperatura neiprimi metri sotto la superf icie (che corrisponde, con

buona approssimazione, alla temperatura media an-nua dellaria esterna) 15 C, si puprevedere che la

temperatura sia 65-75 C a 2.000 m di profondit,90-105 C a 3.000 m e via di seguito per alcune migliaiadi metri. Vi sono, tuttavia, vaste regioni nelle quali il

valore del gradiente geotermico si allontana sensibil-

mente da quello medio. Nei grandi bacini sedimentari

geologicamente giovani il gradiente geotermico puessere inferiore a 1 C/100 m, mentre puessere mag-giore della media in aree di sollevamento recente. In

certe aree geotermiche, il gradiente puraggiungere

valori dieci volte superiori alla norma. La differenza ditemperatura tra le zone profonde, picalde, e quelle


ENERGIA GEOTERMICA

tab. 1. Potenza geotermoelettrica (MWe) installata

nel mondo nel 1995 (Huttrer, 2001) e nel 2005

(Bertani, 2005, con modifiche)

1995 2005

Australia 0,17 0,17

Austria 1,25

Cina 28,78 28

Costa Rica 55 162,5

El Salvador 105 151

Etiopia 7,3

Filippine 1.227 1.931

Francia (Guadalupa) 4,2 15

Germania 0,23

Giappone 413,705 535

Guatemala 33

Indonesia 309,75 797

Islanda 50 202

Italia 631,7 790,5

Kenya 45 129

Messico 753 953

Nicaragua 70 77,5

Nuova Zelanda 286 435

Papua-Nuova Guinea 6

Portogallo (Azzorre) 5 16

Russia 11 79

Stati Uniti 2.816,7 2.564

Thailandia 0,3 0,3

Turchia 20,4 20,4

Totale 6.832,705 8.934,15

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4/16

superficiali, pifredde, d origine a un flusso di calo-re dallinterno verso lesterno della Terra. Il flusso dicalore terrestre medio 65 mWm2 nelle aree conti-nentali e 101 mWm2 nelle aree oceaniche, con una

media ponderale globale pari a 87 mWm2 (Pollacket

al., 1993). Questi valori sono basati su 24.774 misura-

zioni eseguite in 20.201 siti, che coprono circa il 62%della superficie terrestre. Il flusso di calore delle aree

non coperte da misurazioni stato stimato tenendo contodella distribuzione delle unitgeologiche.

Laumento della temperatura con la profondit, i vul-cani, i geyser, le fumarole, le sorgenti calde sono mani-

festazioni tangibili e visibili del calore interno del pia-

neta; questa energia termica allorigine di fenomenimeno percettibili e tuttavia di tale grandezza che la Terra

stata paragonata a un enorme motore termico. Tali feno-meni, che sono inquadrabili nella teoria della tettonica

delle placche, che ha rivoluzionato le conoscenze geo-

logiche del pianeta, risultano anche connessi con le risor-

se geotermiche.

La struttura della Terra consiste di una crosta, con

spessore variabile da circa 20-65 km nelle aree conti-

nentali a 5-6 km in quelle oceaniche, di un mantello,

spesso approssimativamente 2.900 km, e di un nucleo,

che ha un raggio di circa 3.470 km (v. ancora fig. 1). Le

proprietfisiche e chimiche di crosta, mantello e nucleosono variabili. Linvolucro esterno del globo, che pren-de il nome di litosfera e si comporta come un corpo rigi-

do, formato dalla crosta e dalla parte piesterna del

mantello e ha uno spessore che va da meno di 80 kmnelle aree oceaniche a pidi 200 km in quelle conti-nentali. Sotto la litosfera si trova lastenosfera, formatadalla parte superiore del mantello, che ha un comporta-

mento meno rigido o piplastico. In altre parole, su scalageologica, ove i tempi si misurano in milioni di anni, la-stenosfera si comporta in modo simile a quello di un flui-

do molto viscoso.

Le differenze di temperatura tra le diverse parti del-

lastenosfera danno luogo a moti convettivi che forma-no vere e proprie celle di convezione. Il loro lentissimo

movimento sostenuto dal calore prodotto dal decadi-mento degli isotopi radioattivi e da quello che proviene

dalle parti profonde. Enormi volumi di materiale profon-

do, picaldo e meno denso dei materiali sovrastanti,risalgono verso la superficie, mentre il materiale pisuperficiale, pifreddo e pidenso, tende a scendere perriscaldarsi e risalire di nuovo.

Nelle zone dove pisottile, e soprattutto nelle areeoceaniche, la litosfera spinta verso lalto e fratturata dalmateriale parzialmente fuso, che risale dallastenosferain corrispondenza dei rami ascendenti delle celle convet-

tive. questo meccanismo che ha formato, e tuttora forma,le dorsali, che si estendono per oltre 60.000 km sotto gli

oceani, emergendo in alcune zone (Islanda) e talvolta insi-

nuandosi tra i continenti, come nel Mar Rosso. Una fra-

zione relativamente piccola di materiale fuso emerge dalla

cresta delle dorsali, solidifica e forma nuova crosta ocea-

nica. La maggior parte del materiale che risale dallaste-nosfera si divide in due rami, che scorrono in direzioni

opposte sotto la litosfera. La continua formazione di nuova

crosta e leffetto di trascinamento dovuto ai flussi chescorrono in direzioni opposte fanno in modo che i fon-

dali oceanici, posti sui due lati delle dorsali, si allontani-

no luno dallaltro. Di conseguenza, la superficie dei fon-dali oceanici (la litosfera oceanica) tenderebbe ad aumen-

tare se non ci fosse una compensazione dovuta a una

riduzione (o assorbimento) della litosfera, di pari entit,in altre parti del pianeta. In effetti, questo avviene nellezone di subduzione, come quelle presenti lungo i margi-

ni dellOceano Pacifico, dove la litosfera si immerge sottola litosfera adiacente e scende nelle zone profonde e molto

calde, dove assimilata dal mantello. Durante la discesa(Press e Siever, 1997), parte del materiale litosferico viene

parzialmente fuso e purisalire alla superficie attraverso



placca oceanica

crosta oceanicastratovulcano

asten

osfera

astenosfera

fossaoceanica

arcoinsulare

fossaoceanica

dorsalemedio-oceanica

zona disubduzione fossa

tettonica

placca continentale

crosta continentale

litosfera

fig. 2. Sezione schematica, che mostra la dinamica della tettonica delle placche.

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fratture della litosfera (fig.2), formando vulcani sui mar-

gini continentali (come nelle Ande) o negli archi di isole(come in Giappone e nelle Isole Aleutine).

Le dorsali, le faglie e le zone di subduzione rappre-

sentano i limiti delle placche litosferiche, di cui sei di

grandi dimensioni e numerose altre pipiccole. I mar-gini delle placche corrispondono a zone di fragilite diintensa fratturazione della crosta, caratterizzate da une-levata sismicit, dalla presenza di vulcani e, a causa dellarisalita di materiali fusi molto caldi verso la superficie,

da un flusso di calore terrestre elevato. Esiste quindi una

stretta relazione tra la tettonica delle placche e la distri-

buzione nel mondo delle risorse geotermiche (Somma-

ruga e Zan, 1995) soprattutto quelle ad alta temperatu-ra, che sono generalmente ubicate in corrispondenza dei

margini delle placche stesse (figg. 3 e 4).

Sistemi geotermici

Un sistema geotermico puessere definito schema-ticamente come un sistema acqueo convettivo che, inuno spazio confinato della parte superiore della crosta

terrestre, trasporta calore da una sorgente termica al

luogo, generalmente la superficie libera, dove il calore

stesso assorbito (disperso o utilizzato) (Hochstein,1990). Esso formato da tre elementi (fig.5): la sorgente

di calore, il serbatoio e il fluido, che il mezzo che tra-sporta il calore. La sorgente di calore puessere una

intrusione magmatica a temperatura molto alta (600

C), che si posizionata a profonditrelativamente pic-cola (5-10 km), oppure, come in alcuni sistemi a bassatemperatura, il normale calore della Terra. Il serbatoio un complesso di rocce calde permeabili nel quale i flui-

di possono circolare assorbendo calore; generalmente ricoperto da rocce impermeabili e connesso a zone di

ricarica superficiali, dalle quali le acque meteoriche pos-

sono infiltrarsi e reintegrare, totalmente o parzialmen-

te, i fluidi perduti attraverso vie naturali (per esempio

sorgenti o fumarole) o estratti mediante pozzi. Il fluido

geotermico, nella maggior parte dei casi, acqua meteo-rica in fase liquida o vapore, in funzione della sua tem-

peratura e pressione. Questo fluido spesso trascina conssostanze chimiche e gas, come CO2, H2S e altri.

Le leggi che regolano la convezione dei fluidi sono

alla base del meccanismo dei sistemi geotermici. La fig.6

descrive questo meccanismo, prendendo a esempio un

sistema idrotermale a media temperatura. La convezio-

ne si attiva in seguito al riscaldamento e alla conseguente

espansione termica del fluido in un campo gravitaziona-

le; il flusso di calore alla base del sistema di circolazio-

ne lenergia che alimenta e muove il sistema. Il fluidocaldo e di minor densittende a salire e a essere sosti-tuito dal fluido pifreddo e di densitmaggiore, prove-

niente dai margini del sistema. La convezione, per suanatura, tende a far aumentare la temperatura delle parti


ENERGIA GEOTERMICA

1 2 3 4

placcapacifica

placcapacificaplacca

africanaplaccafilippina

placcanord americana

placca eurasiatica

placcaindiana

placca antartica placca antartica

placca australiana

placca diNazca

placca diCocos

GuadalupaGuatemalaNicaragua

Costa Rica

El SalvadorEtiopia

Austria

ItaliaTurchia

Azzorre

Islanda

Germania

Russia

Cina

Giappone

Filippine

Indonesia

Australia

NuovaZelanda

PapuaNuova Guinea

Kenya

USA

placcasud americana

Messico

Tailandia

fig. 3. Placche tettoniche, dorsali, zone di subduzione, fratture crostali e paesi che producono

energia elettrica di origine geotermica. 1, dorsali interrotte da fratture trasversali (faglie trasformi);

2, zone di subduzione, nelle quali la litosfera si immerge nellastenosfera; 3, fosse tettoniche;4, grandi fratture crostali.

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Geysers

Casa Diablo

Coso

Salton Sea

East Mesa

Roosevelt

Beowawe

SteamboatDixie Valley

StillwaterSodaLake

Brady

Heber

Cerro Prieto

Las Tres Virgenes

Los HumerosM E S S I C O

AMERICA CENTRALE

GIAPPONE

AFRICA ORIENTALE

FILIPPINEINDONESIA

NUOVA ZELANDA

USA

ISLANDA

EUROPA MERIDIONALE.

U S A

GUATEMALA

NICARAGUA

COSTA RICA

E T I O P I AF I L I P P I N E

I S L A N D A

I T A L I A

AUSTRIA

T U R C H I A

N U OV A

Z E L A N D A

G I A P P O N E

I N D O N E S I A

K E N Y A

EL SALVADOR

Los Azufres

Zunil Amatitlan

AhuachapnBerlin

San JacintoMomotombo

Miravalles

Aluto-Langano

Olkaria

Lahendong

Mt. Apo

Tongonan

Palinpinon

Sibayak

Dieng

Kamojang

Ngawha

Kawerau

Ohaaki

Rotokawa

Mori

Sumikawa Matsukawa

KakkondaUenotai

Onikobe

Yanaizu

TakigamiOtake

HatchobaruOgiri

MokaiWairakei

Nesjavellir

Krafla

Svartsengi

SalakW. Windu

Darajat

TiwiMak-BanBac-Man

Monte Amiata

Kizildere

Travale

Larderello

Altheim

fig. 4. Principali aree geotermiche, con indicati i campi che producono energia geotermoelettrica.

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ENERGIA GEOTERMICA

pozzogeotermico

copertura impermeabile(conduzione)

roccia impermeabile(conduzione)

flusso di calore(conduzione)

intrusionemagmatica

serbatoio(convezione)

sorgentecalda osoffione

acquefredde

meteoriche

area di ricarica

fluidicaldi

fig. 5. Rappresentazione schematica di un sistema geotermico.

profondit

(p

iedi

1.000)

profond

it

(km)

20

1

7

15

10

0 0

temperatura (F)

temperatura (C)

10 C in superficie

inizio ebollizione

acquaca

lda

bassad

ens

it

alt

ad

ensit

acqua

fredd

a

rocce pocopermeabili

permeabilirocce

cristalline

calorecalore

magma

rocce

0

0 600200 400

inizio ebollizioneA

AE

ED

D

B

B

C

CF

F

G

G

curva 1

curva2

400 800 1.200

sorgentecalda

o soffione

2

3

4

5

6

5

fig. 6. Modello di sistema geotermico. La curva 1 la curva di ebollizione dellacqua;la curva 2 mostra landamento della temperatura del fluido lungo il suo percorso dal punto di ingresso Aa quello di uscita E (White, 1973).

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alte del sistema, mentre la temperatura delle parti infe-

riori diminuisce (White, 1973).

La sorgente di calore lunico dei tre elementi di unsistema geotermico che deve essere naturale, gli altri due

elementi possono essere artificiali. Per esempio, i fluidi

scaricati da una centrale geotermoelettrica, dopo che ne

stata sfruttata lenergia termica, possono essere immes-si di nuovo nel serbatoio da cui erano stati estratti, attra-

verso appositi pozzi di reiniezione. In questo modo la-limentazione meteorica naturale del serbatoio integra-ta dalla ricarica artificiale. Da diversi anni, inoltre, la

reiniezione dei fluidi sfruttati adottata per ridurre dra-sticamente limpatto ambientale degli impianti geoter-mici. La ricarica artificiale puessere anche un mezzoper riattivare campi geotermici vecchi o esauriti; un esem-

pio offerto dal campo geotermico di The Geysers(California). In questo campo, uno dei pigrandi delmondo, la produzione comincia diminuire rapidamenteintorno alla fine degli anni Ottanta per scarsitdi fluidinel serbatoio, causata da un eccessivo sfruttamento. Per

superare il grave inconveniente, stato messo in operaun sistema di condotte di circa 60 km in grado di tra-

sportare verso The Geysers 820 l/s di acqua per ricari-

care il serbatoio. Questo progetto ha permesso di riatti-

vare alcune centrali elettriche che erano state abbando-

nate a causa della scarsitdi fluidi.Nel Progetto Rocce Calde Secche (HDR, Hot Dry

Rock Project), avviato a Los Alamos (Stati Uniti) nei

primi anni Settanta, sia il fluido, sia il serbatoio sono

artificiali. Attraverso un pozzo perforato appositamen-te, acqua ad alta pressione viene pompata in una forma-

zione di roccia calda compatta, provocando la sua frat-

turazione idraulica. Lacqua penetra e circola nelle frat-ture prodotte artificialmente ed estrae lenergia termicadalle rocce allintorno, che funzionano come un serba-toio naturale. Il serbatoio viene poi raggiunto da un secon-

do pozzo usato per estrarne lacqua, che ha assorbitocalore. Questo sistema, quindi, formato da un pozzousato per la fratturazione idraulica, attraverso il quale

acqua fredda iniettata nel serbatoio artificiale, e da unpozzo per lestrazione dellacqua calda (fig. 7). Lintero

sistema, comprendente anche limpianto di utilizzazio-ne in superficie, forma un circuito chiuso, evitando ognicontatto tra il fluido e lambiente esterno (Proceedings[], 1987). Il progetto HDR di Los Alamos, sospesodopo alcuni anni di esperimenti, ha aperto la strada ad

altri progetti, che hanno ricevuto nuovo impulso in segui-

to al riconoscimento che molte rocce profonde posseg-

gono un certo grado di fratturazione naturale e che le

metodologie e le tecnologie applicate devono essere stret-

tamente correlate alle condizioni geologiche locali. Pro-

getti HDR sono stati sviluppati, con vicende alterne lega-

te alla disponibilitdi finanziamenti, in Australia, Fran-

cia, Germania, Giappone e Regno Unito e, in qualchecaso, si avviano verso la fase operativa.

Classificazione delle risorse geotermiche

Il picomune criterio di classificazione delle risor-se geotermiche si basa sullentalpia dei fluidi che tra-sferiscono lenergia termica dalle rocce calde profondealla superficie. Lentalpia, che tanto pielevata quan-to maggiore la temperatura, usata per esprimere ilcontenuto termico dei fluidi e dunidea approssimati-va del loro valore. Le risorse sono classificate a bassa,

media o alta entalpia (temperatura) secondo criteri chesi basano sul contenuto di energia dei fluidi e sulle loro

forme potenziali di utilizzazione. Risorse a bassa ental-

pia sono pertanto quelle con temperatura minore di 90

C, limite inferiore per produrre elettricitcon impian-ti a ciclo binario, risorse a media entalpia quelle con tem-

peratura tra 90 e 150 C e risorse ad alta entalpia quellecon temperatura superiore a 150 C, limite inferiore perprodurre elettricitcon impianti convenzionali.

Frequentemente viene fatta una suddivisione tra siste-

mi geotermici ad acqua dominante e sistemi geotermici

a vapore dominante o a vapore secco (White, 1973). Nei

sistemi ad acqua dominante, lacqua liquida la fasecontinua, che controlla la pressione nel serbatoio; pu



fig. 7. Rappresentazione schematica di un sistemageotermico artificiale (Progetto Rocce Calde Secche).

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essere presente vapore, in forma di bolle. I sistemi ad

acqua dominante, la cui temperatura puandare da menodi 125 a pidi 225 C, sono i pidiffusi nel mondo.Essi possono produrre, in funzione della loro tempera-

tura e pressione, acqua calda, una miscela di acqua e

vapore, vapore umido e, in alcuni casi, vapore secco.

Nei sistemi a vapore dominante di solito coesistono nelserbatoio acqua liquida e vapore, che la fase continuae controlla la pressione. Sono sistemi ad alta tempera-

tura e normalmente producono vapore secco o surri-

scaldato. I sistemi geotermici di questo tipo sono piut-

tosto rari; i pinoti sono Larderello in Italia e The Gey-sers in California.

Unaltra suddivisione dei sistemi geotermici, in dina-mici e statici, basata sullo stato di equilibrio del ser-batoio (Nicholson, 1993), che tiene conto della circo-

lazione dei fluidi e dello scambio termico. Nei sistemi

dinamici lacqua ricarica in continuazione il serbatoio,si riscalda ed poi scaricata in superficie o nel sotto-suolo in formazioni rocciose permeabili. Il calore tra-smesso al sistema per conduzione e per effetto della

circolazione dei fluidi e comprende sistemi ad alta

(T150 C) e a medio-bassa temperatura (T150 C).Nei sistemi statici la ricarica del serbatoio molto ridot-ta o nulla e lo scambio termico avviene soltanto per con-

duzione; essi comprendono i sistemi a bassa temperatu-

ra e quelli geopressurizzati. Questi ultimi possono for-

marsi nei grandi bacini sedimentari (per esempio, il Golfo

del Messico) a profonditdi 3-7 km. I serbatoi geopres-

surizati sono formati da rocce sedimentarie permeabili,inglobate entro strati impermeabili a bassa conducibi-

lit. Essi contengono acqua calda pressurizzata, che rimasta intrappolata al momento della deposizione dei

sedimenti, la cui pressione vicina a quella litostatica,superando largamente la pressione idrostatica; possono

contenere anche quantitsignificative di metano. I siste-mi geopressurizzati potrebbero produrre energia termi-

ca e idraulica (acqua calda ad alta pressione) e gas meta-

no, ma, sino a oggi, ancora non hanno dato luogo a uno

sfruttamento industriale.

Rinnovabilit e sostenibilitLenergia geotermica generalmente definita rinno-

vabile e sostenibile. Il termine rinnovabile si riferisce a

una proprietdella sorgente di energia, mentre il termi-nesostenibile descrive come la risorsa utilizzata.

La ricarica di energia il fattore critico della rinno-vabilitdi una risorsa geotermica. Quando si sfrutta unsistema geotermico naturale, la ricarica energetica avvie-

ne attraverso lapporto al sistema di fluidi caldi con-temporaneamente (o in tempi comparabili) allo sfrutta-

mento. Questo permette di classificare lenergia geoter-mica come risorsa energetica rinnovabile. Nel caso delle

rocce calde secche e di certi acquiferi caldi in bacini sedi-mentari (geopressurizzati), la ricarica energetica avviene

solo per conduzione termica; a causa della lentezza di

questo processo, le rocce calde secche e alcuni serbatoi

sedimentari dovrebbero essere considerati risorse ener-

getiche limitate (Stefansson, 2000).

Luso sostenibile di una risorsa dipende dalla suaquantitiniziale, dalla velocitcon cui si rigenera e daquella con cui si consuma. Ovviamente, lutilizzazionepuessere sostenuta per tutto il tempo che si vuole, pur-chla risorsa si rigeneri a una velocitpari o superiorea quella con cui viene sfruttata. La locuzione svilupposostenibileusata dalla Commissione Mondiale perlAmbiente e lo Sviluppo per descrivere lo sviluppo chesoddisfa le necessitdella presente generazione senzacompromettere le necessitdelle generazioni future. Inquesto quadro, lo sviluppo sostenibile non richiede che

tutte le risorse energetiche debbano essere usate in modo

completamente sostenibile ma, pisemplicemente, chea una data risorsa, che si esaurisce, se ne possa sostitui-

re unaltra in grado di far fronte alle necessitdelle gene-razioni future. Ne segue che un particolare campo geo-

termico non deve necessariamente essere sfruttato in

modo sostenibile. I programmi per realizzare la sosteni-

bilitdellenergia geotermica dovrebbero tendere a rag-giungere, e poi sostenere, un certo livello di produzio-

ne, a scala nazionale o regionale, sia nel settore elettri-

co sia in quello delluso diretto del calore, per un datoperiodo, per esempio 300 anni, mettendo in produzione

nuovi sistemi geotermici man mano che altri si esauri-

scono (Wright, 1998).

6.4.3 Esplorazione geotermica

I principali obiettivi dellesplorazione geotermica sono:a) identificare le aree con risorse geotermiche, valutar-

ne le dimensioni, determinarne il tipo e localizzare le

eventuali zone produttive; b) determinare il contenuto

termico dei fluidi presenti nel serbatoio; c) identificare

le caratteristiche della risorsa potenzialmente negative

per lambiente; d) verificare i parametri che potrebberocreare problemi durante lo sfruttamento. Per raggiunge-

re questi obiettivi sono disponibili numerosi metodi etecnologie, molti dei quali di uso comune e ampiamen-

te sperimentati.

Metodi di esplorazione

Gli studi geologici e idrogeologici sono il punto di

partenza di ogni programma di esplorazione. Il loro

scopo principale quello di definire con dettaglio laposizione e lestensione delle aree da investigare e disuggerire i metodi di esplorazione piadatti. Essi hannouna grande importanza per tutte le fasi successive della

ricerca geotermica, sino alla localizzazione dei pozzi

esplorativi e di produzione. Inoltre forniscono le infor-mazioni di base sia per interpretare i dati forniti dagli


ENERGIA GEOTERMICA

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altri metodi di esplorazione, sia per costruire un model-

lo realistico del sistema geotermico e valutare il poten-

ziale della risorsa.

La prospezione geochimica (che include la geochi-

mica isotopica) permette di stabilire se un sistema geo-

termico ad acqua o a vapore dominante, di prevederela temperatura minima del serbatoio, di determinare lecaratteristiche chimiche del fluido profondo e di indivi-

duare lorigine dellacqua di ricarica. Pufornire inol-tre utili informazioni sui problemi che potrebbero veri-

ficarsi nella fase di reiniezione e durante lutilizzazio-ne, come fenomeni di corrosione e incrostazione nei tubi

e negli impianti, sullimpatto sullambiente e sul mododi evitare o ridurre questi problemi. La prospezione geo-

chimica comporta il campionamento e lanalisi chimicae/o isotopica delle acque e delle manifestazioni geoter-

miche (sorgenti termali, fumarole, ecc.) che si trovano

nellarea in studio (Gandino et al., 1985a; Krauskopf eBird, 1995).

La prospezione geofisica ha lo scopo di ottenere indi-

rettamente, dalla superficie o da intervalli di profonditvicini alla superficie, i parametri fisici delle formazio-

ni geologiche profonde. Questi parametri fisici com-

prendono la temperatura (prospezione termica), la con-

ducibilitelettrica (prospezioni elettrica ed elettroma-gnetica), la velocitdi propagazione delle onde elastiche(prospezione sismica), la densit(prospezione gravime-trica) e la suscettibilitmagnetica (prospezione magne-tica). Alcuni metodi, come quelli sismici, gravimetrici e

magnetici, che sono di uso normale nella ricerca di idro-carburi, possono fornire molte informazioni su forma,

dimensioni, profondite altre importanti caratteristichedelle strutture geologiche profonde potenzialmente rap-

presentative di un serbatoio geotermico; tuttavia tali meto-

di danno scarse indicazioni sulla presenza di fluidi allin-terno di queste strutture, che costituiscono lobiettivodella ricerca geotermica. Informazioni di questo tipo si

possono ottenere dalle prospezioni elettriche e magne-

totelluriche, che sono tra le piutilizzate nella prospe-zione geotermica. I metodi termici (misure dirette di tem-

peratura, determinazione del gradiente geotermico e del

flusso di calore terrestre) possono dare con buona appros-simazione la temperatura della parte superiore del ser-

batoio geotermico (Gandino et al., 1985b; Zan et al.,

1990; Parasnis, 1997).

La perforazione dei pozzi esplorativi la fase fina-le di ogni programma di esplorazione ed il solo meto-do che permette di definire con certezza le caratteristi-

che di un serbatoio geotermico e di valutarne il poten-

ziale. I dati forniti dai sondaggi esplorativi hanno lo scopo

di verificare le ipotesi e i modelli elaborati con i risul-

tati dellesplorazione di superficie. Essi inoltre devonoconfermare che il serbatoio produttivo e contiene flui-

di in quantitadeguata e con caratteristiche adatte allu-tilizzazione prevista.

6.4.4 Utilizzazionedelle risorse geotermiche

La produzione di elettricitla forma di utilizzazioneprincipale e piimportante delle risorse geotermiche adalta temperatura (150 C). Le risorse a temperaturamedio-bassa (150 C) sono adatte, oltre che alla genera-zione di elettricitcon impianti a ciclo binario, a una mol-teplicitdi altri usi, che vanno dal riscaldamento di am-bienti alla refrigerazione, agli usi agricoli, allacquacol-tura, allimpiego nei processi industriali a caldo (fig.8).

Produzione di energia elettrica

Lenergia elettrica prodotta in impianti convenzio-nali o a ciclo binario, secondo le caratteristiche delle ri-

sorse geotermiche disponibili.

Gli impianti convenzionali richiedono fluidi con una

temperatura di almeno 150 C e sono disponibili nel tipoa contropressione (con scarico diretto nellatmosfera) ea condensazione.

Gli impianti a contropressione sono pisemplici emeno costosi. Il vapore, proveniente direttamente dai

pozzi, se questi producono vapore secco, oppure dopo

separazione della parte liquida, se i pozzi producono

vapore umido, passa attraverso la turbina ed poi scari-cato nellatmosfera (fig.9). Con questo tipo di impiantoil consumo di vapore 15-25 kilogrammi per kilowatto-ra prodotto e, alla stessa pressione di ingresso in turbi-

na, circa il doppio di quello di un impianto a conden-

sazione. Gli impianti a contropressione, tuttavia, sonomolto utili come impianti pilota, come impianti tempo-

ranei collegati a pozzi isolati di portata modesta e per

produrre elettricitda pozzi sperimentali durante lo svi-luppo di un campo geotermico. Essi sono utilizzati anche

quando il vapore ha un contenuto elevato di gas non con-

densabili (15% in peso). Le unita contropressionepossono essere costruite e installate molto rapidamente

e messe in servizio 13-14 mesi dopo la data dellordineo poco pi. Questi impianti sono generalmente di pic-cole dimensioni (2,5-5 MWe).

Le unita condensazione (fig. 10) richiedono un mag-

gior numero di impianti ausiliari (condensatori, com-pressori, torri di refrigerazione), sono picomplesse diquelle a contropressione e la loro costruzione e linstal-lazione, anche per le maggiori dimensioni, richiedono

un tempo almeno doppio. Il consumo specifico delle

unita condensazione , tuttavia, circa la metdi quel-le a contropressione (6-10 kilogrammi di vapore per

kilowattora prodotto). Sono molto diffusi impianti a con-

densazione della potenza di 55-60 MWe e recentemente

sono state costruite e installate anche unitda 110 MWe.I notevoli progressi realizzati negli ultimi decenni

nella tecnologia dei cicli binari hanno reso possibile pro-

durre elettricitsfruttando fluidi geotermici a tempera-tura medio-bassa e acque calde di scarico emesse dai



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al di sotto di questa temperatura, gli scambiatori di calo-

re dovrebbero avere una dimensione talmente grande da

rendere il progetto non economico. Gli impianti binari

operano in circuiti chiusi: ni fluidi di lavoro, ni flui-di geotermici vengono a contatto con lesterno. Essi sonodi solito costruiti in unitmodulari, di potenza compre-sa tra poche centinaia di kilowatt e alcuni megawatt, che

possono essere collegate luna con laltra in modo daformare impianti della potenza di qualche decina di

megawatt. Il loro costo dipende da numerosi fattori, ma

soprattutto dalla temperatura del fluido geotermico dispo-

nibile, che determina le dimensioni della turbina, degli

scambiatori di calore e del sistema di raffreddamento.La dimensione totale dellimpianto influisce poco sulcosto specifico, dal momento che piunitmodularistandard possono essere collegate in serie per avere la

potenza desiderata (ORMAT, 1989; DiPippo, 2004).

Negli anni Novanta stato sviluppato un nuovo siste-ma binario, il ciclo Kalina, che utilizza come fluido di

lavoro una miscela di acqua e ammoniaca. Durante il

ciclo, il fluido di lavoro fatto espandere, in condizioni

di surriscaldamento, attraverso una turbina ad alta pres-

sione e poi riscaldato, prima di essere immesso in una

turbina a bassa pressione. Dopo la seconda espansione,

il vapore saturo passa attraverso un recuperatore di calo-

re e infine condensa in un condensatore raffreddato ad

acqua. Gli impianti a ciclo Kalina sembrano avere un

rendimento superiore a quello degli impianti binari a flui-

do organico ma, rispetto a questi, presentano una mag-

giore complessitcostruttiva e di funzionamento (DiPip-po, 2004).

Un impianto convenzionale e un impianto binario

possono essere accoppiati in una centrale a ciclo com-

binato per massimizzare il rendimento complessivo. Inun sistema di questo genere il fluido geotermico pro-

dotto da un serbatoio ad acqua dominante inviato a unimpianto convenzionale del tipo a flash singolo, dove

avviene la separazione tra il vapore, che alimenta la tur-

bina dellimpianto, e lacqua calda, che va allo scam-biatore di calore dellimpianto a ciclo binario prima diessere reiniettata nel serbatoio. Nelle centrali a ciclo

ibrido il fluido geotermico a medio-bassa temperatura



turbo-alternatore torre di raffreddamento

vaporeacqua

pompa dellacquadi raffreddamento

pozzo direiniezione

pozzo direiniezione

pozzo diproduzione

condensatore

vapore

separatore

acqua

fig. 10. Rappresentazione

schematica di un impianto

a condensazione

per la generazione

di elettricit.In rosso, il circuito

del fluido geotermico;

in blu, il circuito

di raffreddamento.

turbo-alternatore

torre di raffreddamento

pompa dellacquadi raffreddamento

pompa dialimentazione

scambiatoredi calore

pozzo direiniezione

pozzo di

produzione

condensatore

fig. 11. Rappresentazione

schematica di un impianto

a ciclo binarioper la generazione

di elettricit.In rosso, il circuito

del fluido geotermico;

in verde, il circuito

del fluido secondario;

in blu, il circuito

di raffreddamento.

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(150 C) utilizzato per preriscaldare, attraverso unoscambiatore di calore, un altro fluido (di solito acqua),

che poi vaporizzato con il calore fornito da combusti-bili fossili o biomasse.

Utilizzazione diretta del calore

Lutilizzazione diretta del calore dei fluidi geotermi-ci la forma di sfruttamento dellenergia geotermica piantica, pidiversificata e picomune. La balneologia,il riscaldamento urbano e di ambienti, gli usi agricoli,

lacquacoltura e alcuni impieghi in processi industrialisono le utilizzazioni meglio conosciute, ma le pompe di

calore sono la forma duso pidiffusa. Oltre queste, visono numerose altre applicazioni del calore geotermico,

talvolta inusuali, che vanno dal riscaldamento del manto

stradale per evitare la formazione di ghiaccio al tratta-

mento di tessuti, e cosvia.Il riscaldamento di ambienti e il riscaldamento urba-

no hanno avuto un grande sviluppo in Islanda, dove nel

2004 sono stati operativi sistemi di riscaldamento geo-

termico per una potenza di 1.350 MWt; questa forma

duso comunque molto diffusa anche in altri paesi euro-pei, negli Stati Uniti, in Cina, in Giappone, ecc. I siste-

mi di riscaldamento sono quelli convenzionali (radiato-

ri, pannelli radianti, ecc.). I fluidi caldi geotermici sono

usati direttamente, se non contengono sostanze corrosi-

ve o incrostanti, oppure riscaldano un fluido secondario

attraverso scambiatori di calore. Il riscaldamento geo-

termico di quartieri abitativi richiede un investimento di

capitali ingente. I costi maggiori sono quelli iniziali deipozzi di produzione e di reiniezione, quelli degli impian-

ti ausiliari, della rete di distribuzione e degli impianti

integrativi per i periodi di picco. In confronto ai sistemi

convenzionali, per, i costi operativi sono apprezzabil-mente pibassi e derivano dallenergia per il pompag-gio, dalla manutenzione, dal sistema di controllo e dalla

direzione tecnica e commerciale. Un fattore critico nel

valutare il costo di un sistema di riscaldamento geoter-

mico la densitdel carico termico, vale a dire il rap-porto tra la domanda di energia termica e la superficie

servita dal sistema. Unelevata densitdel carico termi-

co favorisce la fattibiliteconomica di un progetto diriscaldamento, perchla rete di distribuzione costosa.In regioni dove il clima lo permette, sono realizzabili

vantaggi economici combinando i sistemi di riscalda-

mento e raffreddamento degli ambienti. Il fattore di cari-

co di un sistema geotermico combinato riscaldamen-

to/raffreddamento pialto del fattore di carico di unsistema di solo riscaldamento e, di conseguenza, il prez-

zo unitario dellenergia diminuisce (Gudmundsson, 1988).Il raffreddamento di ambienti realizzabile quando

impianti ad assorbimento possono essere adattati al fun-

zionamento con i fluidi geotermici disponibili local-

mente. Questi impianti dispongono di una tecnologia bencollaudata e sono reperibili sul mercato senza difficolt.

Essi funzionano seguendo un ciclo che sfrutta il calore

invece dellelettricitcome sorgente di energia. Il raf-freddamento ottenuto utilizzando due fluidi: un refri-gerante, che circola, evapora (assorbendo calore) e con-

densa (cedendo calore), e un fluido secondario o assor-

bente. Per usi a temperatura superiore a 0 C (soprattuttocondizionamento di ambienti e processi industriali), ilciclo utilizza bromuro di litio come assorbente e acqua

come refrigerante. Per usi a temperatura inferiore a 0 C,si adotta un ciclo con lammoniaca come refrigerante elacqua come assorbente. I fluidi geotermici possono for-nire lenergia termica necessaria al funzionamento diquesti impianti, il cui rendimento, per, diminuisce contemperature dei fluidi inferiori a 105 C.

Il condizionamento di ambienti (riscaldamento e raf-

freddamento) con lenergia geotermica si diffuso note-volmente a partire dagli anni Ottanta, a seguito dellin-troduzione nel mercato e della diffusione delle pompe

di calore. I diversi sistemi di pompe di calore disponibi-

li permettono di estrarre e utilizzare economicamente

lenergia termica contenuta in corpi a bassa temperatu-ra, come terreno, acquiferi poco profondi, masse dac-qua superficiali, ecc. (Sanner et al., 2003; fig. 12). Siste-

mi con pompe di calore connesse al suolo o a masse dac-qua con temperatura compresa tra 5 e 30 C sonoattualmente presenti in 33 paesi e, nel 2005, la potenza

termica totale installata era di 15.384 MWt.


ENERGIA GEOTERMICA

serbatoiodellacqua

calda

scambiatoredi calore in pozzo

elementi riscaldantisotto il pavimento

pompa dicalore

fig. 12. Esempio di sistema

di riscaldamento domestico con pompa di caloreconnessa al terreno (Sanner et al., 2003).

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Gli usi agricoli dei fluidi geotermici riguardano

soprattutto il controllo della temperatura di crescita

delle piante e comprendono le coltivazioni a cielo aper-

to e il riscaldamento di serre. Lacqua geotermica puessere usata nelle coltivazioni a cielo aperto per irri-

gare, in assenza di elementi chimici dannosi per le pian-

te, e/o riscaldare il terreno mediante circolazione diacqua calda in condutture interrate. Nelle coltivazioni

a cielo aperto, il controllo della temperatura pucon-sentire di prevenire i danni derivanti dalle basse tem-

perature ambientali, di estendere la stagione di colti-

vazione, di aumentare la crescita delle piante incre-

mentando la produzione e di sterilizzare il terreno

(Barbier e Fanelli, 1977).

Lutilizzazione picomune dellenergia geotermi-ca in agricoltura , comunque, il riscaldamento di serre,che stato sviluppato su larga scala in molti paesi. Lacoltivazione di fiori e ortaggi fuori stagione o in climi

diversi da quelli originari puessere realizzata con unavasta gamma di tecnologie. Sono disponibili molte

soluzioni per avere ottime condizioni di crescita, basa-

te sulla miglior temperatura di sviluppo di ciascuna

pianta, sulla quantitdi luce, sulla concentrazione diCO2 nellambiente della serra, sullumiditdel terre-no e dellaria, sul movimento dellaria. Il manteni-mento della temperatura ottimale nella serra si ottie-

ne controllando la dispersione del calore verso le-sterno e riscaldando linterno. Per il riscaldamento visono sistemi a circolazione forzata daria con scam-

biatori di calore e a circolazione dacqua calda in variecombinazioni. Luso dellenergia geotermica per ilriscaldamento puridurre signif icativamente i costioperativi, che in alcuni casi rappresentano il 35% del

costo dei prodotti (verdure, fiori, piante da apparta-

mento, piantine da sviluppo).

La qualite la quantitdi alcuni animali da fattoriae alcune specie acquatiche, coscome per i vegetali, pos-sono migliorare se sono cresciuti in ambienti a tempe-

ratura controllata (fig. 13). In molti casi le acque geo-

termiche possono essere sfruttate convenientementecombinando lallevamento di animali con il riscalda-mento di serre. Poichlenergia richiesta per riscaldareun impianto di allevamento pari a circa il 50% di quel-la necessaria a una serra della stessa superficie, pos-sibile costruire un sistema a cascata nel quale i fluidi

geotermici, dopo aver ceduto parte del loro calore alla

serra, rilasciano il calore restante a una struttura adia-

cente dedicata allallevamento. Lallevamento a tempe-ratura controllata migliora le condizioni sanitarie degli

animali; inoltre, i fluidi caldi possono essere utilizzati

per pulire, sterilizzare e deumidif icare gli ambienti e

per trattare i rifiuti.

Lacquacoltura, vale a dire lallevamento controlla-to di forme di vita acquatiche, si diffusa a livello mon-diale in seguito al notevole ampliamento del mercato

ittico. Il controllo della temperatura di crescita per le

specie acquatiche molto piimportante che per quel-le terrestri (v. ancora fig. 13): mantenendo artificial-

mente una temperatura ottimale, possibile allevarespecie esotiche, aumentare la produzione e, in qualche

caso, raddoppiare il ciclo riproduttivo. Le specie alle-

vate pidiffusamente sono: anguilla, branzino, carpa,

muggine, pesce gatto, salmone, storione, tilapia, arago-sta, gambero, granchio, mitilo e ostrica. Lacquacolturainclude anche lallevamento di rettili (alligatori e cocco-drilli), sia come attrazione turistica, sia per il pellame.



0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40

percentualedicrescita

(aumentodipesooproduz

ione)

atemperaturaottimale

temperatura (C)

pesce gatto (aumento di peso)

pollame (aumento di peso)

maiali (aumento di peso)

gamberi (crescita)

latte di mucca(produzione)

galline da uova (produzione)

fig. 13. Effetti della

variazione di temperatura

sulla crescita

e la produzione animale

(Beall e Samuels, 1971).

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Un alligatore allevato a una temperatura costante intor-

no a 30 C raggiunge una lunghezza di circa 2 m in treanni, contro 1,2 m in condizioni naturali. Lallevamentodelle specie acquatiche generalmente richiede una tem-

peratura compresa tra 20 e 30 C. Le dimensioni degliimpianti sono condizionate dalla temperatura della risor-

sa geotermica disponibile, dalla temperatura che deveessere mantenuta nella vasca di allevamento e dalle per-

dite di calore di questultima.Tutto lintervallo di temperatura dei fluidi geotermi-

ci, vapore o acqua, puessere sfruttato in processi indu-striali. Le diverse possibili forme di utilizzazione com-

prendono trattamenti a caldo, evaporazione, essiccamento,

distillazione, sterilizzazione, lavaggio, decongelamento

ed estrazione di sostanze chimiche (v. ancora fig. 8).

Tra le applicazioni dirette dellenergia geotermicasono generalmente compresi gli usi balneologici, vale a

dire lo sfruttamento delle acque calde in stabilimenti ter-

mali e piscine, ampiamente diffuso nel mondo.

6.4.5 Effetti ambientali

Lentitdegli effetti sullambiente prodotti dallo sfrutta-mento dellenergia geotermica dipende dalla tipologiadellutilizzazione (Brown e Webster-Brown, 2003). Lusodiretto del calore (usi non elettrici) causa generalmente

un impatto ambientale modesto (tab. 2). La produzione

di elettricitcon impianti a ciclo binario produce effetti

simili a quelli degli usi diretti. Limpatto sullambientepotenzialmente maggiore nel caso di centrali elettri-che convenzionali, specialmente per ciche riguarda laqualitdellaria, ma puessere, in ogni caso, mantenu-to entro limiti tollerabili.

Il primo effetto avvertibile sullambiente quelloprodotto dalle operazioni di perforazione dei pozzi de-splorazione e di produzione, che possono modificare la

morfologia dellarea e disturbare lecosistema; inoltrelimprovvisa fuoriuscita di fluidi (liquidi o gassosi) puinquinare per breve tempo le acque superficiali e lat-mosfera circostanti. Linstallazione delle tubazioni peril trasporto dei fluidi geotermici e la costruzione degli

impianti di utilizzazione, che costituiscono la fase di

sviluppo successiva alla perforazione, sono anchesseoperazioni che possono avere un impatto sulla vita ani-

male e vegetale e sugli aspetti paesaggistici. Lemis-sione in atmosfera di fluidi geotermici da impianti indu-

striali puavere un impatto ambientale in quanto pos-sono contenere principalmente biossido di carbonio

(CO2), solfuro di idrogeno (H2S), ammoniaca (NH3),

metano (CH4) e sostanze chimiche disciolte le cui con-

centrazioni aumentano con la temperatura. Lemissio-ne di acque di scarico unaltra fonte potenziale diinquinamento. Tali acque, potendo contenere sostanze

chimiche disciolte, come cloruro di sodio (NaCl), boro

(B), fluoruri, arsenico (Ar) e mercurio (Hg), sono pos-

sibile causa di inquinamento se disperse. Pertanto devo-

no essere o trattate o reiniettate nel serbatoio (o entram-

be le cose). Alcuni fluidi geotermici, come quelli uti-lizzati in Islanda per il riscaldamento, sono privi di

inquinanti chimici, ma si tratta di casi molto rari. Le

acque di scarico degli impianti geotermici hanno, inol-

tre, una temperatura generalmente superiore a quella

dellambiente circostante e costituiscono potenzialiinquinanti termici.

Linquinamento atmosferico puessere un problemaquando si produce elettricitcon impianti convenziona-li, a causa dei gas (H2S, CO2 e altri) che possono essere

presenti, in quantitvariabile, nei fluidi geotermici. Sipossono adottare, in ogni caso, sistemi efficaci per ridur-

re lemissione di questi gas. La quantitdi biossido dicarbonio rilasciata dagli impianti geotermici , comun-que, inferiore a quella emessa dagli impianti alimentati

da combustibili fossili: 13-380 g/kWh di elettricitpro-dotta nelle centrali geotermiche, in confronto con 1.042

g/kWh nelle centrali a carbone, 906 g/kWh nelle cen-

trali a olio combustibile e 453 g/kWh nelle centrali a gas

naturale (Fridleifsson, 2001).

Lestrazione di grandi quantitdi fluido dal serbatoiogeotermico puin alcuni casi generare fenomeni di sub-sidenza, vale a dire il graduale abbassamento della super-

ficie del suolo. Questo fenomeno puessere prevenuto

o ridotto attraverso processi di reiniezione dei fluidi discarico nel serbatoio geotermico.


ENERGIA GEOTERMICA

tab. 2. Potenziale impatto sullambiente degli usidiretti dellenergia geotermica (Lunis e Breckenridge,

1991). B, basso; M, moderato; E, elevato

Impatto Probabilit Intensit

Inquinamento atmosferico B M

Inquinamentodelle acque superficiali

M M

Inquinamento

delle acque sotterranee B M

Subsidenza B B-M

Inquinamento acustico E B-M

Esplosione di pozzi B B-M

Danni allambienteculturale o archeologico

B-M M-E

Problemi socio-economici B B

Inquinamentochimico o termico

B M-E

Produzione di residui solidi M M-E

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Mario Fanelli

Piero Manetti

Mary Hana Dickson

Consiglio Nazionale delle RicercheIstituto di Geoscienze e Georisorse

Pisa, Italia

Leonardo Zan

SnamprogettiFano, Pesaro e Urbino, Italia



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