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L'energia geotermica è la forma d'energia dovuta al calore endogeno della Terra; vulcani, sorgenti termali, soffioni e geysers documentano la presenza di calore immagazzinato nella crosta terrestre e che fluisce verso l'esterno con l'ausilio di fluidi vettori come acqua e vapore.

La temperatura, all'interno del nostro pianeta, aumenta con la profondità secondo un gradiente geotermico di 3°C ogni 100 metri, anche se esistono zone con gradienti geotermici anomali in cui il flusso di calore è maggiore (9-12°C ogni 100 metri).

Il calore terrestre è prevalentemente d'origine radiogenica e subordinatamente planetaria e chimica; deriva principalmente dal decadimento degli isotopi radioattivi presenti soprattutto nel mantello (quelli più importanti sono il torio 232, l'uranio 238, e 235 ed il potassio 40).

In media il calore terrestre calcolato è pari a 0,06 W/m², quindi considerando tutta la superficie si arriva a valori di 30.000 miliardi di watt; questa energia termica, per unità di tempo e di area, costituisce il flusso geotermico e viene espressa in HFU (Heat Flow Unit) ed è equivalente ad una microcaloria per centimetro quadro al secondo (1HFU = 1x10-6 cal/cm². s = 42mW/m²), cioè in un secondo la Terra disperde una microcaloria per centimetro quadro.

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Distribuzione del flusso di calore endogeno.

Lo sfruttamento dell'energia geotermica consiste nell'utilizzazione del calore contenuto in rocce relativamente vicine alla superficie, dove arriva propagandosi dalle zone più profonde della Terra.
Per giungere in superficie il calore ha bisogno di un vettore fluido (acqua o vapore), naturale o iniettato, che deve poter fluire in gran quantità in rocce porose e permeabili (rocce serbatoio), queste a loro volta devono essere protette da rocce impermeabili (copertura) che impediscano o limitino la dispersione dei fluidi e del calore.
Per garantire la "rinnovabilità" del sistema geotermico, in pratica sostituire il fluido sottratto dall'utilizzazione, è necessaria l'esistenza di una zona di alimentazione esterna; il fluido, in questo caso, proviene prevalentemente da acqua meteorica. Nel caso di serbatoi "confinati", dove il fluido è fossile, invece, l'eventuale ricarica è effettuata solo artificialmente mediante la reiniezione.
In un sistema geotermico, l'acqua penetra nel sottosuolo attraverso rocce permeabili formando delle falde sotterranee e, per effetto del calore trasmesso alle rocce da una fonte, quale una massa magmatica, si scalda fino a raggiungere temperature di alcune centinaia di gradi; il fluido (acqua e/o vapore) in queste condizioni risale lungo faglie o fratture dando luogo alle manifestazioni geotermiche.
La risalita può anche essere indotta artificialmente tramite una perforazione meccanica (pozzo geotermico), il fluido cosÌ captato, dopo alcuni trattamenti, è inviato agli impianti di utilizzazione (produzione di energia elettrica o usi diretti).

 

 

Sistemi geotermici


Con riferimento ai fluidi erogati in superficie i sistemi geotermici si dividono in diverse classi.

1. Sistemi a vapore secco "a vapore dominante": costituiti soprattutto da vapore secco che si trova a pressioni e temperature elevate accompagnato da altri gas o sostanze solubili (CO2, H2S, B, NH3). Il vapore può essere utilizzato direttamente per la produzione di energia elettrica convogliandolo ad una turbina. Nel mondo sono noti pochi sistemi di questo tipo: Italia (Larderello), California (The Geysers), Giappone e Nuovo Messico.

2. Sistemi a vapore umido o "ad acqua dominante": costituito da acqua calda a temperatura superiore al suo punto di ebollizione e ad alta pressione, nel momento in cui viene ridotta la pressione nella colonna del pozzo l'acqua vaporizza ed arriva in superficie sotto forma di una miscela composta di acqua e vapore. Il vapore può essere utilizzato per la produzione di energia elettrica, mentre l'acqua calda può esser usata in impianti di dissalazione per produrre acque dolci. La temperatura in questo tipo di sistema è compresa tra 180 e 370° C. Questi sistemi sono più abbondanti del tipo precedente.

3. Sistemi ad acqua calda: contengono acqua a temperatura inferiore ai 100° C (50-82° C) utilizzabile soprattutto per usi diretti (riscaldamento delle abitazioni, delle serre, impianti industriali).

4. Sistemi in rocce calde secche: sono sistemi formati con la creazione artificiale di un serbatoio geotermico. Nel serbatoio viene iniettata, tramite un pozzo, dell'acqua fredda che, una volta scaldatasi grazie all'elevato calore delle rocce, è fatta risalire in superficie per la sua utilizzazione. Questi sistemi sono in fase di sperimentazione avanzata.

5. Sistemi magmatici: sono sistemi artificiali che mirano a sfruttare il calore diretto di un magma per riscaldare un fluido di lavoro. Sono al primo stadio di sperimentazione.

6. Sistemi geopressurizzati: tale nome deriva dal fatto che l'acqua, a temperatura elevata (° C), si trova imprigionata in serbatoi sottoposti ad una pressione superiore a quella idrostatica. Possono produrre energia geotermica, meccanica, chimica. Ancora non si è provveduto ad uno sfruttamento di tali sistemi.

Dal punto di vista dell'utilizzazione, la geotermia si può dividere in alcuni settori:

  • 1. Settore degli usi ad alta entalpia, con fluidi a temperature superiori ai 150° C, riguarda la produzione di energia elettrica ed alcuni usi industriali.
  • 2. Settore degli usi a media e bassa entalpia, con fluidi a temperature 150-100° C nel primo caso ed inferiore ai ° C nel secondo, riguarda gli usi diretti: civili, agricoli, industriali.

 

Vi è inoltre il settore degli usi termali, caratterizzato dagli usi terapeutici e ricreativi.

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Schema di sistema geotermico.