Conoscere la geotermica

Che la Terra divenga più calda scendendo in profondità è un fenomeno ben noto ai minatori: in alcune miniere e gallerie profonde si raggiungono temperature al limite della sopravvivenza umana (non è così nelle grotte, dove la naturale circolazione dell'aria e dell'acqua abbassa notevolmente le temperature, tanto che l'aumento di temperatura con la profondità non è praticamente percepibile). Il calore della Terra è per la maggior parte dovuto alla liberazione di energia nei processi di decadimento di isotopi radioattivi di alcuni elementi come, per esempio, il potassio, il torio e l'uranio. A causa dei diversi spessori della crosta terrestre e delle diverse situazioni geologiche, che possono causare la risalita di materiali più caldi da zone profonde, il gradiente geotermico (cioè l'aumento di temperatura con la profondità) non è uguale in tutta la Terra: in media la temperatura aumenta di 2-3° C ogni 100 m di profondità, ma l'aumento può variare da 1 fino a 5° C/100 m.

Per misurare il gradiente geotermico si realizzano pozzi profondi almeno 300 m (in modo da non risentire delle variazioni giornaliere e annuali della temperatura dovute ad influenze climatiche), nei quali vengono calati appositi termometri che registrano le temperature a diverse profondità.

Il flusso di calore è maggiore nelle aree dove lo spessore della litosfera è ridotto, come, per esempio, lungo le dorsali oceaniche o nelle zone di rifting continentale, oppure in aree vulcaniche, dove diversi processi geologici portano alla fusione delle rocce, o in aree dove siano presenti magmi in lento raffreddamento nel sottosuolo,

Indagine del sottosuolo

Per trovare le aree più adatte allo sfruttamento delle risorse geotermiche, si fa uso di indagini che vengono condotte sia in superficie sia nel sottosuolo; con essa si cerca di capire quali siano le caratteristiche geologiche, idrogeologiche, termiche e la capacità produttiva del sistema geotermico.

Dove si trova

Facendo riferimento alla teoria della “tettonica a zolle" (secondo cui la crosta terrestre si divide in una ventina di macro-aree, dette appunto "zolle", che ogni anno si spostano mediamente di una misura che va da zero a 18 centimetri) le aree geotermiche più calde del globo, si trovano, generalmente, lungo i margini di rottura o di collisione delle zolle.

Dove si produce

La Toscana, ma anche il Lazio settentrionale, sono noti per la produzione di energia geotermoelettrica, e ospitano le serre geotermiche più grandi d'Italia (e d'Europa), localizzate nei pressi di Piancastagnaio, sulle pendici del Monte Amiata, e a Civitavecchia. La centrale più grande è "The Geysers", che si trova circa 140 chilometri a Nord di San Francisco in California (Usa) con una potenza totale di 1590 megawatt.

Un po’ di storia

L'utilizzo delle acque geotermiche è antichissimo e risale probabilmente al Paleolitico superiore. Tuttavia, il suo sviluppo in chiave più specificamente sanitaria ha avuto origine in Giappone e in Italia circa 2000 anni fa. Ma, mentre in Giappone si è limitato entro i confini nazionali, dall'Italia i Romani lo hanno diffuso in tutte le regioni dell'Impero (Ungheria, Germania, Francia, Spagna, Gran Bretagna, Turchia e Paesi Arabi).

Le zone caratterizzate da un elevato e anomalo flusso di calore sono quelle dove è maggiore la liberazione di energia dal sottosuolo; tuttavia, per poter utilizzare questa fonte energetica oltre alle rocce calde occorre un altro ingrediente fondamentale: l'acqua.

L'acqua, a contatto con le rocce calde nel sottosuolo, si riscalda e, se le condizioni di temperatura e pressione lo permettono, può anche passare allo stato di vapore. Per comprendere i fenomeni in queste zone anormalmente calde, occorre ricordare che la temperatura alla quale l'acqua si trasforma in vapore dipende dalla pressione: alla pressione di 1 atmosfera (atm), la temperatura di vaporizzazione, come ben sappiamo, è di 100° C, ma a 10 atm (corrispondenti alla pressione di una colonna di 100 m di acqua, o di circa 30 m di roccia), sale a 180° C. In questo modo, quindi, le pressioni elevate mantengono l'acqua allo stato liquido anche a temperature molto più elevate dei 100° C ai quali siamo abituati ad associare l'acqua che bolle nella pentola!

Le aree dove un elevato flusso di calore riscalda le acque sotterranee si dicono campi geotermici e in genere vengono distinti in sistemi geotermici ad alta e bassa temperatura (detti anche sistemi ad alta e bassa entalpia). Sono queste le aree dove è possibile, con opportune tecnologie, sfruttare l’energia naturale della Terra per produrre energia elettrica, per il riscaldamento domestico e per diversi altri usi industriali: un’energia disponibile gratuitamente e rinnovabile. Purtroppo, i campi geotermici in grado di produrre una buona quantità di energia non sono molti, nel mondo.

Com'è fatto un campo geotermico?

I sistemi geotermici somigliano un po', nella loro struttura, alle trappole per idrocarburi e anche le tecniche per individuarli, che si avvalgono di prospezioni geofisiche, sono molto simili a quelle utilizzate nella ricerca petrolifera.

Sistemi ad alta temperatura

Nei sistemi geotermici ad alta temperatura, le acque circolanti nel sottosuolo hanno temperature elevate, in genere superiori ai 140 ° C. Le temperature possono essere anche altissime, come, per esempio, a Larderello (Toscana) (260° C), a Cerro Prieto (Messico) (388° C) o a S. Vito (Campi Flegrei, Campania) (400 °C): proprio qui è stata rilevata la più alta temperatura mai registrata in un sistema geotermico. In questi sistemi, il flusso di calore è 3-4 volte superiore al normale e si trovano in genere localizzati in corrispondenza di intrusioni magmatiche in via di raffreddamento, a profondità tra i 3 e i 15 km.

Sistemi a bassa temperatura

Nei sistemi a bassa entalpia, con temperature inferiori ai 140° C, la produzione diretta di energia elettrica dal vapore non è in genere conveniente. Tuttavia, se le temperature sono superiori ai 90° C è possibile utilizzare i fluidi caldi per far vaporizzare un secondo fluido, a punto di ebollizione più basso (come freon, isobutano o cloruro di etile), ottenendo così vapore per la produzione indiretta di energia elettrica, anche se il rendimento di questo processo è piuttosto basso.

Una cascata di usi

Dopo essere stati impiegati per la produzione di energia elettrica e per il riscaldamento domestico, i fluidi geotermici possiedono ancora una certa quantità di calore che ne permette ancora diversi e svariati usi, alcuni dei quali molto particolari: a Sapporo (Giappone) e Klamath Falls (USA), per esempio, le acque calde vengono utilizzate per il riscaldamento antigelo delle strade nei mesi invernali.

Sistemi di casa nostra

L’Italia, per la sua situazione geologica, è ricca di campi geotermici, sia ad alta che a bassa temperatura. Il “simbolo” e fiore all’occhiello dell’energia geotermica nel nostro Paese è sicuramente rappresentato dal campo termale di Larderello-Travale-Radicondoli, in Toscana.

Energia pulita?

L’energia geotermica viene universalmente considerata un’energia pulita. La caratteristica che rende questa fonte rinnovabile preferibile alle altre è la sua disponibilità costante. L’energia geotermica consente, infatti, di disporre di energia elettrica 24 ore su 24, 365 giorni l’anno. Nella sua condizione naturale il fluido geotermico si presenta nel serbatoio in forma di vapore, come avviene in Italia a Larderello, o in forma liquida come sul Monte Amiata.

Nuove frontiere

Lo sviluppo tecnologico e la necessità di recuperare energia dal maggior numero possibile di fonti stanno contribuendo alla riscoperta dell’energia geotermica e ad un aumento dei suoi campi di utilizzo: del calore “pulito e a buon mercato fornito dal nostro pianeta, nulla viene sprecato!