Continuiamo il nostro viaggio nel mondo della Geotermia che abbiamo iniziato con l’articolo pubblicato nei giorni scorsi (guarda articolo).
Soffermiamoci ora, sull’utilizzazione delle risorse geotermiche, sull’impatto ambientale, la situazione presente e delle previsioni future nel campo geotermico.
ESPLORAZIONE: Obiettivi
Gli obiettivi dell’esplorazione geotermica (da Lumb, 1981):
1. identificare fenomeni geotermici;
2. verificare che un campo è utile per la produzione geotermica;
3. stimare la dimensione della risorsa;
4. determinare il tipo dei campo geotermico;
5. individuare le zone produttive;
6. determinare il contenuto termico dei fluidi che saranno scaricati dai pozzi del campo geotermico;
7. compilare un insieme di dati di base confrontabili con i risultati del monitoraggio futuro;
8. determinare il pre-sfruttamento e i parametri sensibili per l’ambiente;
9. acquisire la conoscenza di tutte le caratteristiche che potrebbero causare problemi durante lo sviluppo del settore.
L’importanza relativa di ogni obiettivo dipende da numerosi fattori, la maggior parte dei quali sono legati alla risorsa stessa. Questi includono l’utilizzo previsto, la tecnologia disponibile, l’economia, il luogo e il tempo, tutti elementi che influiscono sul programma di esplorazione.
Ad esempio, il riconoscimento preliminare delle manifestazioni geotermiche ha un’importanza molto maggiore in un’area remota e inesplorata; anche stimare la dimensione della risorsa può essere meno importante se deve essere utilizzata per una piccola applicazione; se l’energia è da utilizzare per il riscaldamento o altre applicazioni che necessitano un basso grado di calore, una temperatura alta del fluido non è più un obiettivo importante (Lumb, 1981).
Un gran numero di metodi e tecnologie sono disponibili, al fine di raggiungere questi obiettivi. Molti di questi metodi sono attualmente in uso e sono già stati ampiamente sperimentati in altri settori di ricerca. Le tecniche e le metodologie che si sono dimostrate utili nella ricerca mineraria o per idrocarburi non saranno le migliori soluzioni per l’esplorazione geotermica. Al contrario, le tecniche di scarso impiego nella ricerca petrolifera potrebbero rivelarsi strumenti ideali per la ricerca di calore naturale (Combs e Muffler, 1973).
Metodi di esplorazione
Gli studi geologici ed idrogeologici sono il punto di partenza di ogni programma di esplorazione e la loro funzione di base è quella di individuare l’ubicazione e l’estensione delle aree da investigare con maggiore dettaglio e di suggerire i metodi di esplorazione più adatti per queste aree.
Gli studi geologici ed idrogeologici hanno un ruolo importante in tutte le fasi successive della ricerca geotermica, fino alla localizzazione dei pozzi esplorativi e di produzione. Essi inoltre forniscono le informazioni di base per interpretare i dati ottenuti con gli altri metodi di esplorazione e, infine, per la costruzione di un modello realistico del sistema geotermico e valutare il potenziale della risorsa. Le informazioni ottenute dagli studi geologici e idrogeologici possono essere utilizzati anche nella fase di produzione, fornendo informazioni preziose sul serbatoio agli ingegneri. La durata e il costo dell’esplorazione possono essere sensibilmente ridotti da un programma ben organizzato e da un efficiente coordinamento della ricerca.
La prospezione geochimica (comprendente la geochimica isotopica) rappresenta un ottimo mezzo per stabilire se un sistema geotermico è ad acqua o a vapore dominante, per stimare la temperatura minima prevista in profondità, per stimare l’omogeneità della fornitura di acqua, per determinare le caratteristiche chimiche del fluido profondo e per individuare l’origine dell’acqua di ricarica.
L’indagine geochimica consiste nel campionamento e nelle analisi delle acque e dei gas prodotti dalle manifestazioni geotermiche (sorgenti termali, fumarole, ecc) o dai pozzi presenti nell’area di studio. Poiché la prospezione geochimica fornisce dati utili per pianificare l’esplorazione e il suo costo è relativamente basso rispetto ad altri metodi più sofisticati, quali le indagini geofisiche, le tecniche geochimiche dovrebbero essere utilizzate il più possibile prima di procedere con altri metodi più costosi.
La prospezione geofisica ha lo scopo di ottenere indirettamente, dalla superficie o da intervalli di profondità vicini alla superficie, i parametri fisici delle formazioni geologiche profonde. Questi parametri fisici comprendono:
• temperatura (prospezione termica)
• conducibilità elettrica (metodi elettrici ed elettromagnetici)
• velocità di propagazione delle onde elastiche (prospezione sismica)
• densità (prospezione gravimetrica)
• suscettibilità magnetica (prospezione magnetica).
Alcune di queste prospezioni, come quelle sismiche, gravimetriche e magnetiche, che sono tradizionalmente adottate nel settore della ricerca petrolifera, possono dare informazioni preziose sulla forma, le dimensioni, profondità e altre importanti caratteristiche delle strutture geologiche profonde, che potrebbero costituire un serbatoio geotermico.
Queste metodologie sono, quindi, adatte a definire i dettagli durante le fasi finali di esplorazione, prima della costruzione dei pozzi.
Informazioni sull’esistenza di fluidi geotermici nelle strutture geologiche si possono ottenere dalle prospezioni elettriche ed elettromagnetiche, in quanto sono più sensibili alla presenza di questi fluidi ed alle variazioni di temperatura.
Il metodo magnetotellurico, che sfrutta le onde elettromagnetiche generate dalle tempeste solari, è stato notevolmente migliorato nel corso degli ultimi anni, ed ora offre un vasto spettro di possibili applicazioni, nonostante il fatto che richiede una strumentazione sofisticata ed è sensibile al rumore di fondo in aree urbanizzate. Il principale vantaggio del metodo magnetotellurico è che può essere usato per definire strutture più profonde.
Il metodo di Origine Controllata audiomagnetotellurico (CSAMT), sviluppato di recente, utilizza le onde prodotte artificialmente anziché quelle naturali onde elettromagnetiche. La profondità di penetrazione è minore con questa tecnica, ma è più veloce, meno costoso e fornisce informazioni più precise rispetto al metodo classico MT.
Tecniche termiche (misure di temperatura, determinazione del gradiente geotermico e del flusso di calore terrestre) spesso possono fornire una buona approssimazione della temperatura nella parte superiore del serbatoio.
Tutte le tecniche geofisiche sono costose, anche se alcune più di altre. Né possono essere utilizzate indistintamente in ogni situazione o condizione, come un metodo che produce risultati eccellenti in un determinato ambiente geologico può dare risultati molto insoddisfacenti in un altro. Al fine di ridurre i costi, è quindi molto importante che i metodi geofisici devono essere selezionati con molta attenzione in precedenza dai geofisici che lavorano in stretta collaborazione con geologi (Meidav, 1998).
La perforazione dei pozzi esplorativi è la fase finale di un programma di esplorazione geotermica ed è l’unico mezzo per determinare le reali caratteristiche del serbatoio geotermico e di valutarne il potenziale (Combs e Muffler, 1973). I dati forniti dai pozzi esplorativi deve essere in grado di verificare tutte le ipotesi ed i modelli elaborati dai risultati dell’esplorazione di superficie e di confermare che il serbatoio è produttivo e che contiene fluidi in quantità con caratteristiche adeguate per l’utilizzo cui è destinato. Posizionare i pozzi esplorativi è pertanto un’operazione molto delicata.
Esplorazione del programma
Prima di definire un programma d’esplorazione geotermica tutti i dati esistenti geologici, geofisici e geochimici devono essere raccolti e integrati con i dati derivanti dalle ricerche idriche, minerarie e petrolifere effettuate nell’area in studio e nelle zone adiacenti. Questa informazione svolge spesso un ruolo importante nella definizione degli obiettivi del programma di esplorazione geotermica e potrebbe portare a una significativa riduzione dei costi.
Il programma d’esplorazione si sviluppa normalmente con uno step-by-step base: ricognizione, pre-fattibilità e fattibilità. Durante ciascuna di queste fasi, bisogna eliminate le aree meno interessanti e concentrarsi su quelle più promettenti. I metodi utilizzati inoltre, diventano progressivamente più sofisticati e più dettagliati come il programma che si sviluppa. La dimensione e il bilancio dell’intero programma dovrebbe essere proporzionata ai suoi obiettivi, all’importanza delle risorse che ci aspettiamo di trovare e alle forme di utilizzazione prevista. Il programma d’esplorazione deve essere flessibile e rivalutato in base ai risultati che arrivano dalle varie indagini di ciascuna fase, allo stesso modo i modelli geologici e geotermici devono essere progressivamente aggiornati e migliorati.
Questi riesami periodici del programma dovrebbero eliminare tutte le operazioni che non sono più necessarie e inserirne altri in base ai risultati ottenuti nelle varie fasi. Naturalmente, ogni riduzione del numero e delle operazioni di prospezione porterà ad una riduzione dei costi ma a un corrispondente aumento del rischio di errore. Viceversa, diminuendo il rischio di errore aumenta il costo complessivo. Il successo economico di un programma d’esplorazione avviene trovando il giusto equilibrio tra i due.
UTILIZZAZIONE DELLE RISORSE GEOTERMICHE
La produzione di elettricità è il fine principale delle risorse geotermiche ad alta temperatura (>150 °C). Le risorse a medio-bassa temperatura (<150 ° C) sono adatte a diversi tipi di applicazione. Lo schema classico Lindal (Lindal, 1973), che mostra i possibili usi dei fluidi geotermici alle varie temperature, è ancora valido (vedi Figura 1).
Produzione di energia elettrica
La produzione di elettricità è prodotta in impianti convenzionali o a ciclo binario, a seconda delle caratteristiche della risorsa geotermica.
Gli impianti convenzionali richiedono fluidi a temperature di almeno 150 °C e sono disponibili sia con scarichi atmosferici (back-pressione) o di condensazione. Impianti a contropressione sono più semplici e meno costosi. Il vapore, diretto da pozzi o vapore secco, dopo la separazione, da pozzetti bagnati, viene fatto passare attraverso una turbina e scaricato nell’atmosfera (Figura 2).
Con questo tipo di unità, il consumo di vapore (alla stessa pressione di ingresso) per kilowattora prodotto è circa il doppio di quello di una unità di condensazione. Tuttavia, le turbine a gas di scarico sono molto utili come impianti pilota, impianti stand-by, nel caso di piccole forniture a pozzi isolati e per produrre elettricità da pozzi sperimentali durante lo sviluppo del settore. Essi sono utilizzati anche quando il vapore ha un alto contenuto non condensabile di gas (> 12% in peso).
Le unità a contropressione possono essere costruite ed installate molto rapidamente e messe in funzione in poco più di 13-14 mesi dalla data dell’ordine. Questo tipo di macchina è solitamente disponibile in piccole dimensioni (2,5 – 5 e MW).
Le unità a condensazione richiedono più impiantistica ausiliaria, sono più complesse rispetto alle unità di scarico in atmosfera, hanno maggiori dimensioni, e richiedono il doppio del tempo per costruirle e installarle. Il consumo specifico delle unità a condensazione è, tuttavia, circa la metà delle unità di scarico in atmosfera. Impianti di condensazione di 55-60 MW di capacità e sono molto comuni, ma di recente unità da 110 MW e sono stati costruiti ed installati (Figura 3).
Gli impianti binari utilizzano un fluido secondario di lavoro, di solito un fluido organico che ha un basso punto di ebollizione ed alta pressione di vapore a bassa temperatura rispetto al vapore acqueo. Il fluido secondario viene azionato in un ciclo Rankine convenzionale (ORC): il fluido geotermico cede calore al fluido secondario attraverso uno scambiatore di calore, in cui questo fluido si riscalda e vaporizza, il vapore prodotto aziona una turbina normale a flusso assiale, viene poi raffreddata e condensato e il ciclo ricomincia (Figura 4).
Selezionando opportunamente il fluido secondario, sistemi binari possono essere progettati per utilizzare fluidi geotermici nell’intervallo di temperatura 85-170 °C. Il limite superiore dipende dalla stabilità termica dei fluidi organici e il limite inferiore è tecnico-economico: sotto di questa temperatura le dimensioni degli scambiatori di calore richieste renderebbe il progetto antieconomico.
Gli impianti binari sono di solito costruiti in unità modulari di poche centinaia di kW e ed alcuni MW e. Queste unità possono essere collegate fino a creare impianti della potenza di poche decine di megawatt. Il loro costo dipende da una serie di fattori, ma soprattutto dalla temperatura del fluido geotermico, che determina le dimensioni della turbina, scambiatori di calore e sistema di raffreddamento. La dimensione totale dell’impianto influisce poco sul costo specifico, come una serie di unità modulari standard sono uniti insieme per ottenere maggiori capacità.
Un impianto binario è un mezzo molto convenienti e affidabile per convertire in elettricità l’energia disponibile dai campi geotermici ad acqua dominante (sotto 170 ° C).
Un nuovo sistema binario, il ciclo Kalina, che utilizza una miscela di acqua e ammoniaca come fluido di lavoro, è stato sviluppato nel 1990. Il fluido di lavoro viene espanso, in condizioni di surriscaldamento, attraverso la turbina ad alta pressione e poi riscaldato prima di entrare nella turbina a bassa pressione. Dopo la seconda espansione il vapore saturo passa attraverso un recuperatore di calore condensato in un condensatore raffreddato ad acqua. Il ciclo Kalina è più efficiente rispetto agli attuali impianti geotermici di potenza binari ORC, ma è di design più complesso.
I piccoli impianti mobili, convenzionali o meno, possono non solo ridurre il rischio derivante dalla perforazione di nuovi pozzi, ma, cosa ancor più importante, possono contribuire a soddisfare le necessità energetiche di aree isolate.
La convenienza economica dei piccoli impianti mobili è soprattutto evidente nelle aree che non hanno facile accesso ai combustibili convenzionali, e per le comunità per le quali sarebbe troppo costoso connettersi alla rete elettrica nazionale, nonostante la presenza di linee di trasmissione ad alta tensione nelle vicinanze.
Utilizzazione diretta del calore
L’utilizzazione diretta del calore è uno dei più antichi, più versatile e anche la forma più comune di sfruttamento dell’energia geotermica (Tabella 2). Riscaldamento di appartamenti, bagni, usi agricoli, acquacoltura ed alcuni impieghi industriali sono le più conosciute forme di utilizzazione, ma le pompe di calore sono i più diffusi. Ci sono tuttavia molti altri tipi di utilizzazione, su una scala molto più piccola, alcune delle quali sono insoliti.
Lo spazio e il teleriscaldamento hanno compiuto grandi progressi in Islanda, dove la capacità totale del sistema geotermico di riscaldamento distrettuale operativo è salito a circa 1200 t MW entro la fine del 1999 (Figura 5), ma sono anche ampiamente distribuiti nei paesi dell’Europa orientale , come pure negli Stati Uniti, Cina, Giappone, Francia, ecc.
I costi principali sono costi di investimento iniziali per i pozzi di produzione e di iniezione, down-hole e trasmissione pompe, tubazioni e reti di distribuzione, monitoraggio e apparecchiature di controllo, stazioni di picco e serbatoi di stoccaggio. Costi operativi, tuttavia, sono relativamente inferiori rispetto ai sistemi convenzionali, e consistono nella potenza di pompaggio, nella manutenzione del sistema, controllo e gestione. Un fattore critico nel valutare il costo iniziale del sistema è la densità del carico termico, cioè la domanda di calore divisa per la superficie del distretto. Una densità di calore alta determina la fattibilità economica di un progetto di teleriscaldamento, in quanto la rete di distribuzione è costosa. Alcuni vantaggi economici possono essere ottenuti combinando riscaldamento e raffreddamento in zone dove il clima lo consente. Il fattore di carico in un sistema combinato riscaldamento e raffreddamento è maggiore del fattore di solo riscaldamento, e il prezzo unitario dell’energia di conseguenza migliora (Gudmundsson, 1988).
Il Raffreddamento di ambienti è realizzabile quando impianti ad assorbimento possono essere adattati ad uso geotermico. La tecnologia di queste macchine è ben nota e sono facilmente disponibili sul mercato. Il ciclo di assorbimento è un processo che utilizza il calore invece dell’elettricità come fonte di energia. Il raffreddamento è ottenuto utilizzando due fluidi: un refrigerante che circola, evapora e condensa, e un fluido secondario o assorbente. Per le applicazioni sopra 0 °C (essenzialmente nello spazio e condizionamento di processo), il ciclo usa bromuro di litio come assorbente ed acqua come refrigerante. Per le applicazioni di sotto di 0 °C un ciclo ammoniaca/acqua è adottato, con l’ammoniaca come refrigerante e l’acqua come assorbente. Fluidi geotermici possono fornire l’energia termica necessaria al funzionamento di questi impianti, anche se la loro efficienza diminuisce con temperature inferiori a 105 °C.
Il Condizionamento di ambienti con la geotermia (riscaldamento e raffreddamento) è cresciuto notevolmente a partire dagli anni ‘80, in seguito alla introduzione e diffusione delle pompe di calore. I diversi sistemi di pompe di calore disponibili permettono di estrarre ed utilizzare economicamente il calore contenuto in corpi a bassa temperatura, come ad esempio il terreno e delle falde acquifere superficiali, stagni, ecc (Sanner, 2001) (esempio Figura 6).
Le pompe di calore sono macchine che spostano il calore in una direzione opposta a quella in cui tenderebbe ad andare naturalmente, cioè da uno spazio freddo o corpo a uno più caldo.
Una pompa di calore non è niente più che un impianto di refrigerazione (Rafferty, 1997). Tutti gli apparecchi refrigeranti (condizionatori d’aria, frigorifero, congelatore, ecc) spostano il calore da uno spazio (per mantenerlo freddo) e lo scaricano in calore a temperature più elevate. L’unica differenza tra una pompa di calore e una unità di refrigerazione è l’effetto desiderato, il raffreddamento per l’unità di refrigerazione ed il riscaldamento per la pompa di calore. Un secondo fattore distintivo di pompe di calore è che molti sono reversibili e possono fornire riscaldamento o raffreddamento nello spazio. Le pompe di calore, ovviamente, hanno bisogno di energia per funzionare, ma in condizioni climatiche adatte e con un buon design, il bilancio energetico sarà positivo (vedi Figura 7).
Considerazioni economiche
Gli elementi che devono essere considerati in ogni preventivo di spesa di un impianto geotermico sono più numerosi e più complicati rispetto ad altre forme di energia. Tutti questi elementi devono comunque essere attentamente valutati prima di avviare un progetto geotermico.
Diamo qui solo alcune indicazioni di carattere più generale, che, insieme alle informazioni sulle condizioni locali e sul valore dei fluidi geotermici disponibili, dovrebbero aiutare il potenziale investitore a prendere una decisione.
• Un impianto geotermico è formato dai pozzi geotermici, gli oleodotti che trasportano i fluidi geotermici, dall’impianto di utilizzazione e, spesso, una re-iniezione di sistema. L’interazione di tutti questi elementi influisce pesantemente sui costi di investimento e deve quindi essere sottoposta ad un’attenta analisi.
• I fluidi geotermici possono essere trasportati per lunghe distanze equamente in tubazioni con isolamenti termici. In condizioni ideali, le tubazioni possono essere lunghe fino a 60 km. Tuttavia, le condutture, le apparecchiature ausiliarie (pompe, valvole, ecc), e la loro manutenzione, sono molto costose e pesano sui costi di capitale e sui costi operativi di un impianto geotermico. La distanza tra la risorsa e il sito di utilizzazione dovrebbe essere la più breve possibile.
• Il costo del capitale di un impianto geotermico è spesso notevolmente più alto di quello di un impianto dello stesso tipo alimentato con combustibili convenzionali. Al contrario, l’energia utilizzata da un impianto geotermico costa molto meno dei combustibili tradizionali e corrisponde al costo del mantenimento degli elementi geotermici degli impianti (tubazioni, valvole, pompe, scambiatori di calore, ecc.). L’esborso di capitale più elevato deve essere recuperato dai risparmi dei costi energetici. La risorsa-impianto dovrebbe quindi essere progettata per durare abbastanza a lungo per ammortizzare l’investimento iniziale e, ove possibile, anche di più.
• Risparmi apprezzabili possono essere realizzati con adozione di sistemi integrati che offrono un alto fattore di utilizzo (per esempio, l’accoppiamento di riscaldamento e raffreddamento) o sistemi a cascata, in cui sono collegati gli impianti in serie, ciascuno utilizzando le acque reflue dal precedente (ad esempio, la produzione di elettricità + riscaldamento di serre + allevamento di animali) (vedi Figura 8).
• Al fine di ridurre i costi di manutenzione e arresti, la complessità tecnica degli impianti dovrebbe essere su un livello accessibile con personale locale o e esperti rapidamente disponibili. Interventi di tecnici altamente specializzati o di costruttori dovrebbe essere necessaria solo per i grandi interventi di manutenzione o guasti gravi.
• Infine un’accurata analisi di mercato deve essere effettuata in anticipo per garantire uno sbocco per questi prodotti. Le infrastrutture necessarie per il trasporto economico del prodotto finale dal luogo di produzione al consumatore dovrebbero esistere già, oppure essere inclusi nel progetto iniziale.
Le osservazioni che precedono possono essere applicate a qualsiasi forma di sfruttamento dell’energia geotermica e sono di natura puramente qualitativa. Per avere un’idea quantitativa degli investimenti e dei costi si consiglia l’Energy World Report di valutazione, preparato da UNDP, UN-DESA e World Energy Council, e pubblicato nel 2000. I dati WEA sono riportati nelle tabelle 1 e 2, in cui l’energia geotermica è confrontata con altre forme di energia rinnovabile (Fridleifsson, 2001).
IMPATTO AMBIENTALE
Durante il 1960, quando il nostro ambiente era più sano di adesso e noi eravamo meno consapevoli di una minaccia alla terra, l’energia geotermica era ancora considerata un ‘energia pulita.
Vi è in realtà alcun modo di produrre o trasformare energia in una forma che può essere utilizzata dall’uomo senza causare un impatto diretto o indiretto sull’ambiente. Anche la forma più semplice ed antica per produrre energia termica, cioè la combustione del legno, ha un effetto negativo, e la deforestazione è uno dei maggiori problemi negli ultimi anni, iniziato quando i nostri antenati tagliavano gli alberi per cuocere i loro cibi e riscaldare le loro case. Lo sfruttamento dell’energia geotermica ha anche un impatto sull’ambiente, ma non c’è dubbio che si tratta di una delle forme meno inquinanti di energia.
Fonti di inquinamento
Nella maggior parte dei casi il grado di sfruttamento geotermico che incide sull’ambiente è proporzionale alla scala del suo sfruttamento (Lunis e Breckenridge, 1991). La tabella 3 riassume la probabilità e la gravità relativa degli effetti sull’ambiente per sfruttamento geotermico. La produzione di elettricità in impianti a ciclo binario produce effetti per l’ambiente allo stesso modo quelli degli usi diretti. Gli effetti sono potenzialmente maggiori nel caso convenzionale di contropressione o condensazione di impianti di potenza, soprattutto per quanto riguarda la qualità dell’aria, ma può essere mantenuta entro limiti accettabili.
Qualsiasi modifica al nostro ambiente deve essere valutata con attenzione, in ossequio alle leggi e ai regolamenti (che in alcuni paesi sono molto gravi), ma anche perché una modificazione apparentemente insignificante potrebbe innescare una catena di eventi il cui impatto è difficile da valutare pienamente in anticipo. Ad esempio, con appena 2-3 °C di aumento della temperatura di un corpo d’acqua a causa di reimmissione da un impianto di utilizzazione può danneggiare l’ecosistema. Gli organismi vegetali e animali che sono più sensibili alle variazioni termiche possono gradualmente scomparire, lasciando una specie di pesci senza la loro fonte di cibo. Un aumento della temperatura dell’acqua potrebbe impedire lo sviluppo delle uova di altre specie di pesci. Se questi pesci sono commestibili e fornire il sostegno necessario per una comunità di pescatori, la loro scomparsa potrebbe essere fondamentale per la comunità in generale.
Il primo effetto avvertibile sull’ambiente è quello prodotto dalla perforazione, sia dei pozzi superficiali eseguiti per misurare il gradiente geotermico in fase di studio, o dei pozzi di produzione. L’installazione di un impianto di perforazione e degli equipaggiamenti accessori comporta la costruzione di strade di accesso e di una piazzola di perforazione.
Queste operazioni modificano la morfologia del territorio e potrebbero danneggiare le piante e la fauna locali.
L’impatto sull’ambiente dovuti alla perforazione scompaiono quasi totalmente una volta la perforazione è terminata.
La fase successiva, l’installazione delle tubazioni per il trasporto dei fluidi geotermici e la costruzione degli impianti di utilizzo, possono anche modificare la vita animale e vegetale e la morfologia di superficie. Il panorama è alterato, sebbene in alcune aree come Larderello, in Italia, la rete di gasdotti che attraversano la campagna, le centrali elettriche e le torri di raffreddamento sono diventati una parte integrante del panorama e sono davvero una famosa attrazione turistica.
I problemi ambientali possono insorgere anche durante il funzionamento dell’impianto. I fluidi geotermici (vapore o acqua calda) di solito contengono gas, come anidride carbonica (CO 2), solfuro di idrogeno (H 2 S), ammoniaca (NH 3), metano (CH 4), e tracce di altri gas, nonché sostanze chimiche disciolte la cui concentrazione generalmente aumenta con la temperatura. Ad esempio, cloruro di sodio (NaCl), boro (B), arsenico (As) e mercurio (Hg) sono una fonte di inquinamento se scaricata nell’ambiente. Alcuni fluidi geotermici, come quelli utilizzati per il riscaldamento in Islanda, sono dolci, ma questo è molto raro. Le acque reflue provenienti da impianti geotermici possono anche avere una temperatura superiore a quella dell’ambiente e quindi costituiscono potenziali inquinanti termici.
L’inquinamento atmosferico può diventare un problema quando si produce elettricità con impianti convenzionali. L’idrogeno solforato è uno dei principali inquinanti. La soglia di odore di idrogeno solforato è circa 5 parti per miliardo in volume e leggeri effetti fisiologici possono essere rilevata a concentrazioni leggermente superiore (Weres, 1984). Diversi processi, tuttavia, possono essere adottati per ridurre le emissioni di gas.
Impianti a ciclo binario per la produzione di elettricità e di teleriscaldamento di piante possono anche causare problemi minori, che possono essere superati semplicemente adottando sistemi a circuito chiuso che prevengono le emissioni gassose.
Lo scarico di acque reflue è anche una potenziale fonte di inquinamento chimico. I fluidi geotermici con elevate concentrazioni di sostanze chimiche, come boro, fluoro o arsenico, dovrebbero essere trattati e reiniettati nel serbatoio. Tuttavia, fluidi geotermici utilizzati nella maggior parte degli usi diretti, generalmente contengono piccole quantità di sostanze chimiche e lo scarico dei fluidi geotermici esausti è raramente un problema importante. Alcune di queste acque possono essere scaricate nelle acque superficiali dopo il raffreddamento (Lunis e Breckenridge, 1991). Le acque possono essere raffreddato in bacini di deposito speciali o serbatoi per evitare di modificare l’ecosistema dei corpi naturali di acque (fiumi, laghi e anche il mare).
L’estrazione di grandi quantità di fluido dal serbatoio geotermico può dar luogo a fenomeni di subsidenza, vale a dire un graduale abbassamento della superficie terrestre. Si tratta di un fenomeno irreversibile, ma non catastrofico, in quanto è un processo lento e distribuito su vaste aree. Oltre un certo numero di anni l’abbassamento della superficie può essere di livelli rilevabili, in alcuni casi, dell’ordine di poche decine di centimetri ed anche di metri, e deve essere monitorato sistematicamente, in quanto potrebbe danneggiare la stabilità degli edifici geotermici e qualsiasi abitazione privata del quartiere. In molti casi la subsidenza può essere prevenuta o ridotta con la re-iniezione delle acque reflue geotermiche.
Il rumore di funzionamento associato con impianti geotermici potrebbe essere un problema infatti durante la fase di produzione vi è il rumore più acuto del vapore nelle tubazioni e dello scarico occasionale. Queste sono generalmente accettabili. Presso la centrale elettrica l’inquinamento acustico sono i ventilatori delle torri di raffreddamento, gli eiettori del vapore ed il ‘rombo’ delle turbine (Brown, 2000). Il rumore generato nelle applicazioni dirette di calore è solitamente trascurabile.
PRESENTE E FUTURO
La quantità di energia termica esistente nel sottosuolo è enorme. Un gruppo di esperti ha stimato (vedi Tabella 4) il potenziale geotermico di ciascun continente in termini di risorse ad alta e bassa temperatura (Geothermal International Association, 2001).
Se è sfruttata correttamente, l’energia geotermica può certamente assumere un ruolo importante nel bilancio energetico di alcuni paesi. In alcune situazioni, anche risorse geotermiche su piccola scala sono in grado di risolvere numerosi problemi locali e di migliorare lo standard di vita di piccole comunità isolate.
I dati riportati da Fridleifson (2003) danno un’idea del ruolo svolto dall’energia geotermica rispetto ad altre fonti di energia rinnovabili: del totale di elettricità prodotta da fonti rinnovabili nel 1998, vale a dire 2.826 TWh, il 92% da energia idroelettrica, 5,5% biomasse, 1,6% dalla geotermia, lo 0,6% dal vento, 0,05% dal solare e 0,02% dalle maree. La biomassa rappresenta il 93% della produzione totale di calore diretto, la geotermia rappresenta il 5% e il riscaldamento solare del 2%.
