Dal calore della Terra, energia rinnovabile: come funziona la geotermia

Sotto ai nostri piedi si nasconde un’energia rinnovabile meno nota di quella solare, eolica o idroelettrica, perché spesso non direttamente visibile, ma particolarmente preziosa in quanto garantisce continuità produttiva non dipendendo dalle condizioni meteorologiche: la geotermia.

Con la geotermia utilizziamo l’energia termica custodita naturalmente nel sottosuolo, facendo affidamento sul fatto che il nostro è un pianeta caldo. Ovvero, se andiamo in profondità, troviamo temperature crescenti: in genere il cosiddetto gradiente geotermico mostra una temperatura che cresce di circa 3°C ogni 100 metri di profondità, ma in alcune aree si arriva anche a 30°C ogni 100 metri.

Le terme, i vulcani sono tutte espressioni di una temperatura elevata in profondità, nel sottosuolo. La geotermia è una fonte di energia rinnovabile in quanto la sua sorgente è un flusso di calore continuo e illimitato, almeno alla scala dei tempi umani: questo calore deriva infatti in parte da quello risalente all'epoca della formazione del nostro pianeta, e in parte dal decadimento radioattivo di elementi come l’uranio e il torio presenti nel mantello terrestre, spesso quasi 3.000 km, su cui poggia la sottile crosta che noi calpestiamo.

Il pianeta Terra produce dunque costantemente energia sotto forma di calore, che dalle zone più profonde si propaga verso la superficie. Tale flusso di calore è maggiore in aree con particolare conformazione geologica, come per esempio lungo le dorsali oceaniche o nelle aree vulcaniche, oppure in aree dove sono presenti delle intrusioni di magma in lento raffreddamento nel sottosuolo. Nei casi in cui queste formazioni si trovino sotto a strati profondi contenenti acqua, si possono formare dei cosiddetti campi geotermici: sono queste le zone che possono essere sfruttate per la produzione di energia geotermoelettrica.

Un campo geotermico è dunque una formazione geologica costituita da tre componenti, partendo dalla più profonda a risalire:

1. Una fonte di calore costituita, per esempio, da un’intrusione di magma.

2. Un acquifero profondo, cioè una formazione geologica permeabile, con presenza di acque infiltrate, a profondità di oltre 3.000 metri.

3. Uno strato di rocce di copertura impermeabile, che funga da “tappo” per le acque riscaldate dal calore magmatico, impedendo loro di risalire in superficie e mantenendole sotto pressione.

Per semplificare, possiamo assimilare un campo geotermico ad una pentola a pressione dove il fuoco del fornello è costituito dal calore terrestre, l’acqua contenuta nella pentola rappresenta l’acquifero e il tappo a pressione lo strato di rocce di copertura. La valvola di sicurezza, da cui esce vapore, sono i fenomeni naturali dei “soffioni” o geyser, o comunque il degassamento naturale dei suoli. La Toscana, nelle zone delle Colline metallifere e del Monte Amiata, presenta importanti campi geotermici che rendono possibile la coltivazione della geotermia per la produzione rinnovabile di elettricità e calore.

Il progresso scientifico e l’evoluzione industriale, l’affinarsi degli studi e delle discipline chimiche, matematiche e ingegneristiche, hanno aiutato il genere umano nella comprensione di questi fenomeni e oggi il know how industriale forgiato in Toscana – prima con gli usi chimici avviati nel 1818 dal Conte De Larderel e poi con le 5 lampadine accese il 4 luglio 1904 dal Principe Ginori Conti, cui seguì nel 1913 l’entrata in esercizio della prima centrale geotermoelettrica – ha fatto scuola in tante parti del mondo, ma la Toscana resta il luogo d’eccellenza per la geotermia.

Quasi tutte le centrali geotermiche presenti in Toscana si basano su tecnologie a ciclo diretto oppure a ciclo flash, a seconda della natura dei fluidi geotermici disponibili che, in queste aree, sono costituiti da vapore secco o fluido bifase (che contiene una notevole percentuale d’acqua rispetto al vapore), generalmente con un contenuto di gas non condensabili (soprattutto CO2) superiore al 2% in peso sul fluido totale; oggi tutte le centrali sono dotate di un sistema di abbattimento del mercurio e dell’acido solfidrico presenti tra i gas incondensabili, denominato Amis, in grado di abbattere fino a circa il 99% dell’acido solfidrico e il 95% del mercurio naturalmente presenti nel fluido geotermico.

Nelle centrali a ciclo diretto il vapore secco viene estratto direttamente dal sottosuolo e trasportato alla centrale tramite vapordotti per poi essere convogliato verso una turbina, che lo trasforma in energia meccanica, successivamente convertita in energia elettrica da un generatore; invece nelle centrali flash (o a separazione) l’acqua ad alta pressione viene portata in superficie, dove subisce una decompressione che separa la parte liquida dal vapore, che poi aziona la turbina.

Dopo aver azionato la turbina e generato energia elettrica, il vapore viene raffreddato nel condensatore e passa allo stato liquido. A questo punto il vapore viene separato in due componenti: l’acqua di condensa e i gas incondensabili. L’acqua di condensa viene inviata alla torre di raffreddamento, per poi tornare a sua volta nel condensatore a raffreddare il vapore in uscita; l’esubero di acqua di condensa viene reiniettato nel campo geotermico tramite pozzi di reiniezione – per questo si parla di coltivazione della geotermia – in modo da contribuire alla ricostituzione del suo acquifero e mantenerlo produttivo. I gas che per loro natura fisica non condensano raffreddandosi vengono invece estratti dal condensatore e inviati ai filtri Amis: una volta trattati da quest’impianto di abbattimento delle sostanze inquinanti, i gas incondensabili vengono inviati alla base della torre refrigerante, dove, risalendo con la corrente d’aria, subiscono un ulteriore lavaggio (scrubber) con l’acqua di condensa in raffreddamento prima di essere rilasciati in atmosfera.

Nei Comuni geotermici della Toscana, Enel green power gestisce oggi il più antico e allo stesso tempo innovativo complesso geotermico del mondo, che conta 34 centrali geotermoelettriche – per un totale di 37 gruppi di produzione, con una potenza installata di 916 MW – dislocate tra le province di Pisa, Siena e Grosseto. I quasi 6 TWh prodotti annualmente, oltre ad essere equiparabili a circa un terzo del fabbisogno elettrico regionale e a rappresentare il 70% delle rinnovabili prodotte in Toscana, forniscono calore utile a riscaldare 13 mila utenze residenziali, aziende ed esercizi commerciali, oltre a 26 ettari di serre, e contribuiscono ad alimentare un’importante filiera artigianale, agroalimentare e turistica con oltre 60 mila visite annue. Tutto questo consente di evitare il consumo di 1,1 Mtep (milioni di tonnellate equivalenti di petrolio) e l’emissione in atmosfera di circa 3 Mt di CO2eq.