Dossier Geotermia

Ecofuturo lancia Dossier, una nuova serie di approfondimenti su rinnovabili, sostenibilità e innovazione tecnologica. Ogni Dossier affianca un testo di analisi a una selezione di articoli e video per orientarsi nei temi chiave della transizione energetica.

Si parte dalla geotermia: fonte rinnovabile programmabile e continua, oggi marginale nel mix energetico globale, ma con un potenziale secondo solo al solare, secondo la IEA. L’Italia, pioniera con Larderello, è scivolata all’ottavo posto mondiale per un quadro autorizzativo bloccato da vent’anni.

In questo primo Dossier: bassa e alta entalpia, scenario internazionale, situazione italiana, frontiere tecnologiche e raccomandazioni di policy. A seguire, una selezione di articoli e video per approfondire.

Geotermia a bassa entalpia

La geotermia a bassa entalpia sfrutta un basso gradiente termico del sottosuolo per la generazione di energia termica.

Si tratta della geotermia più diffusa sul pianeta, detta anche a bassa temperatura, che è poi la temperatura del sottosuolo terrestre intorno ai 10°, con una leggera variazione di qualche grado in più o in meno a seconda delle latitudini. Tale temperatura resta uguale tutti i mesi dell’anno al di sotto dei tre metri di profondità ed è alla base del funzionamento delle pompe di calore geotermiche, che, grazie alla costanza della temperatura del sottosuolo da cui viene estratto il calore, riescono ad avere una elevata efficienza di conversione dell’energia elettrica in energia termica (efficienza che si misura con il COP che corrisponde al rapporto tra l’energia termica prodotta e quella elettrica utilizzata).

La geotermia può, nel caso della bassa entalpia, anche essere intesa come geoidrotermia, che prevede lo scambio termico in acqua nei bacini, nei laghi, nei fiumi e nel mare per le città costiere. La geoidrotermia può anche essere realizzata con sistemi di teleriscaldamento freddi, che utilizzano come scambio termico l’acqua degli acquedotti. In tal caso, resta del tutto salvaguardata la funzione potabile degli acquedotti dato che il semplice scambio termico non comporta consumo di acqua e neppure la modifica della temperatura media delle reti, se non in frazioni di grado centigrado. Esistono anche in Italia prime sperimentazioni di geoidrotermia, realizzate tramite la rete degli acquedotti.

Il potenziale della geotermia a bassa entalpia è enorme e si scontra soltanto con la necessità di avere reti di teleriscaldamento capillari e interrate che implicano interventi infrastrutturali rilevanti all’interno dei centri abitati.

Geotermia ad alta entalpia

La geotermia ad alta entalpia sfrutta invece un gradiente termico più elevato per la generazione di energia elettrica.

L’evoluzione tecnologica della geotermia per la produzione di energia elettrica può essere descritta come un progressivo ampliamento sia delle risorse sfruttabili sia del livello tecnologico e di controllo ambientale del processo.

La fase storicamente più consolidata è rappresentata dalle centrali a ciclo flash, sviluppate per valorizzare risorse geotermiche ad alta entalpia. In questi impianti il fluido geotermico, costituito da acqua e vapore ad alta temperatura e pressione, viene portato in superficie e sottoposto a una riduzione di pressione che provoca l’evaporazione istantanea di una parte dell’acqua. Il vapore così prodotto alimenta direttamente la turbina. Questa tecnologia, semplice e robusta, ha consentito lo sviluppo dei grandi campi geotermici tradizionali (es. Lardarello – Toscana), garantendo produzione continua e programmabile, ma è limitata alle aree con risorse naturalmente molto calde a basse profondità e permeabili.

Dal punto di vista delle criticità, il ciclo flash può comportare il rilascio in atmosfera di gas non condensabili naturalmente presenti nel fluido geotermico, quali CO₂ e idrogeno solforato, sebbene in quantità generalmente inferiori rispetto alle fonti fossili e mitigabili con sistemi di abbattimento. Inoltre, la sostenibilità del giacimento richiede una corretta gestione della reiniezione per evitare fenomeni di subsidenza o cali di pressione nel lungo periodo.

Un’evoluzione significativa, dal punto di vista tecnologico, è rappresentata dagli Enhanced Geothermal Systems (EGS), che mirano a superare il vincolo della presenza di serbatoi naturali ad elevata permeabilità. Attraverso tecniche di stimolazione e perforazioni avanzate, si crea o si migliora artificialmente la circolazione del fluido in rocce calde ma poco permeabili, ampliando in modo sostanziale il potenziale geografico della geotermia. Gli EGS consentono quindi di accedere a risorse più diffuse e profonde, aprendo prospettive di crescita su scala molto più ampia rispetto ai soli campi convenzionali.

Le principali controindicazioni degli EGS riguardano il rischio geologico e tecnico legato alla fase di stimolazione, con possibili fenomeni di micro-sismicità indotta che richiedono sistemi di monitoraggio e gestione accurati. A ciò si aggiungono costi iniziali elevati e un maggiore rischio esplorativo rispetto agli impianti convenzionali, elementi che rendono necessario un adeguato quadro di de-risking finanziario.

Parallelamente si è sviluppata la tecnologia a ciclo binario, particolarmente adatta a risorse a temperatura medio-bassa e oggi spesso integrata anche in impianti avanzati. In questo caso il fluido geotermico non alimenta direttamente la turbina, ma trasferisce il proprio calore a un fluido secondario con punto di ebollizione più basso, che aziona il gruppo turbina-generatore. Il sistema opera in circuito chiuso e consente la reiniezione totale del fluido geotermico, con emissioni in atmosfera estremamente ridotte. Il ciclo binario rappresenta quindi un’evoluzione verso maggiore flessibilità di impiego e minore impatto ambientale, rendendo sfruttabili anche risorse che in passato non sarebbero state economicamente valorizzabili.

Tra i possibili limiti del ciclo binario si segnalano un rendimento generalmente inferiore rispetto agli impianti flash su risorse ad alta entalpia e la maggiore complessità impiantistica, legata alla presenza di scambiatori e fluidi organici secondari che richiedono attenzione sotto il profilo della sicurezza e della manutenzione. Tuttavia, tali aspetti risultano normalmente gestibili con adeguati standard tecnici e oggi i cicli binari rappresentano i due terzi della geotermia installata nel mondo, che nel totale è arrivata a fine 2024 a 16.873 MWp di potenza installata.

Nel complesso, il percorso tecnologico della geotermia mostra una transizione da impianti tradizionali basati su risorse naturali ad alta entalpia verso soluzioni più sofisticate, in grado di ampliare il potenziale sfruttabile, migliorare la sostenibilità ambientale e integrare competenze avanzate di perforazione e ingegneria del sottosuolo

Scenario internazionale

Un rapporto della IEA del 2024 “The Future of Geothermal Energy”, dedicato al futuro della geotermia evidenzia come questa tecnologia, pur rappresentando oggi una quota ancora marginale del mix energetico globale, stia entrando in una fase di potenziale trasformazione strutturale. Attualmente la produzione elettrica geotermica mondiale si colloca intorno ai 100 TWh annui, con una capacità installata di circa 15 GW, concentrata in un numero limitato di Paesi caratterizzati da risorse naturali ad alta entalpia. Nonostante la dimensione ancora contenuta, la geotermia si distingue per l’elevato fattore di capacità e per la natura programmabile della produzione, elementi che le conferiscono un valore sistemico superiore rispetto ad altre fonti rinnovabili non programmabili.

Lo sviluppo attuale del settore non riflette però il reale potenziale della risorsa. Le stime tecniche elaborate dalla IEA indicano che il potenziale globale della geotermia di nuova generazione è estremamente ampio, potenzialmente secondo solo a quello solare tra le fonti rinnovabili. In particolare, le risorse profonde accessibili con tecnologie avanzate potrebbero, in linea teorica, coprire una quota molto significativa della futura domanda elettrica globale. Analogamente, il potenziale per la produzione di calore a media temperatura risulta particolarmente rilevante, con applicazioni strategiche per il teleriscaldamento e per la decarbonizzazione dei processi industriali. Già oggi la produzione termica della geotermia supera abbondantemente quella elettrica (si veda grafico di seguito).

Dal punto di vista economico, il principale fattore limitante rimane il costo iniziale, fortemente influenzato dalle attività di esplorazione e perforazione. Tuttavia, il trasferimento di competenze e tecnologie dal settore oil & gas – in particolare nelle perforazioni profonde e nelle tecniche di gestione del sottosuolo – potrà determinare una riduzione significativa dei costi nel prossimo decennio. In scenari di apprendimento tecnologico accelerato, il LCOE dell’energia geotermica si prevede possa diventare competitivo con altre fonti rinnovabili programmabili, aprendo la strada a una crescita sostanziale degli investimenti.

Situazione Italia

L’Italia rappresenta uno dei Paesi storicamente più avanzati nello sfruttamento della geotermia per la produzione di energia elettrica ed è tuttora il primo produttore dell’Unione europea in questo ambito. La potenza installata si colloca intorno a 900 – 1.000 MW, concentrata quasi interamente in Toscana, dove sono localizzati i principali campi geotermici nazionali (Larderello, Amiata e aree limitrofe).

La produzione annua di energia elettrica da fonte geotermica è pari a circa 5,7 – 6 TWh, valore che rappresenta approssimativamente l’1,5 – 2% della generazione elettrica complessiva nazionale. Pur trattandosi di una quota relativamente contenuta nel mix italiano, la geotermia svolge un ruolo strategico per la stabilità del sistema, in quanto fonte rinnovabile programmabile e continua, con fattori di capacità elevati rispetto alle altre rinnovabili.

Purtroppo, negli ultimi anni, lo sviluppo di nuova capacità è risultato estremamente limitato, frenato da una bassa propensione al rilascio delle autorizzazioni da parte degli organi competenti, anche nel caso di soluzioni tecnologiche innovative e a bassissimo impatto ambientale. Le prospettive di crescita dipendono quindi dall’evoluzione del quadro autorizzativo, dalla definizione di meccanismi incentivanti adeguati.

Lo stallo del mercato italiano è evidente anche dal fatto che negli ultimi 15 anni l’Italia è passata dal primo posto a livello di produzione mondiale all’8° di oggi.

Anche impianti di piccola potenza (500 kW – 1.000 kW), con pozzi tra i 100 e i 200 m (tutte le altre geotermie hanno pozzi minimi di 1,5 km fino a 5 km), avrebbero un elevato potenziale se realizzati nei campi geotermici molto diffusi in alcune zone d’Italia (Campi Flegrei, altre parti di Napoli, le isole vulcaniche, il Viterbese e i colli Euganei). Purtroppo, non vengono autorizzati per campagne di stampa allarmistiche e per la sorda opposizione burocratica delle regioni che, essendo responsabili dei procedimenti autorizzativi, non hanno rilasciato alcuna autorizzazione negli ultimi15 – 20 anni.

Per far capire il potenziale di questi impianti di piccole e medie dimensioni, ad Ischia, prima della II guerra mondiale, è stato operativo per più di 20 anni un pozzo geotermico di 400 kW di potenza elettrica. Oggi, quel pozzo sarebbe in grado di riscaldare le abitazioni dell’intera isola e ora è fermo a farsi fotografare dai turisti increduli.

In sintesi, la geotermia italiana costituisce una filiera industriale consolidata, tecnologicamente matura e capace di lavorare anche all’estero ma non riesce a trovare spazio in Italia a causa di un quadro normativo e autorizzativo attualmente non favorevole allo sviluppo di nuovi impianti.

Evoluzione Tecnologica

Una frontiera tecnologica è rappresentata dai sistemi geotermici a ciclo chiuso profondo, che sfruttano perforazioni molto profonde, anche con tratti orizzontali estesi, derivate dalle tecnologie dell’oil & gas. In questi sistemi il fluido (spesso acqua) circola in un circuito completamente sigillato all’interno di tubazioni calate nel sottosuolo, assorbendo calore dalla roccia senza entrare in contatto diretto con le formazioni geologiche. L’adozione di perforazioni orizzontali consente di aumentare in modo significativo la superficie di scambio termico, migliorando l’efficienza del sistema e rendendo sfruttabili aree prive di serbatoi geotermici convenzionali. Tali soluzioni riducono drasticamente il rischio di emissioni e di sismicità indotta, configurandosi come impianti a impatto ambientale molto contenuto.

Le principali sfide di questa nuova generazione riguardano oggi i costi di perforazione profonda, l’affidabilità dei materiali in condizioni di alta temperatura e pressione e la necessità di dimostrare la competitività economica su larga scala. Tuttavia, se tali barriere verranno superate, i cicli chiusi profondi con perforazioni orizzontali potrebbero ampliare enormemente il potenziale geografico della geotermia e trasformarla in una fonte programmabile e diffusa, con un ruolo rilevante per il percorso di decarbonizzazione.

In Germania esiste già un impianto industriale con perforazione profonda fino a circa 5 km, che sfrutta un gradiente termico di circa 150° e che, a completamento della realizzazione (previsti quattro circuiti di circolazione sotterranea di cui uno già operativo), avrà una potenza di circa 64 MWth e 8,2 MWe. La stessa società (Evour) ha in progetto un secondo impianto con perforazioni profonde fino a circa 15 km di profondità, in grado di sfruttare un gradiente termico di circa 500 C°, con l’obiettivo di produrre energia elettrica ad un costo stimato di 50 – 60 €/MWh a regime.

Raccomandazioni di policy

Alla luce dello stato attuale della geotermia elettrica in Italia – settore maturo ma sostanzialmente fermo in termini di nuova capacità – il rilancio richiede un insieme coerente di misure di policy che agiscano su rischio, tempi autorizzativi, quadro economico e accettabilità territoriale. In particolare:

• Occorre prevedere fondi di garanzia o schemi assicurativi pubbliciper la fase esplorativa.
• Aste con Contratti per differenza (CfD) di lungo termine adeguati ai costi reali e che tengano conto del riconoscimento del contributo della geotermia al bilanciamento e stabilità di rete.
• Ridurre i tempi autorizzativi con sportello unico nazionale per i grandi progetti e regionale per i piccoli.
• Standardizzare le procedure di VIA
• Agevolare l’autorizzazione degli impianti a cicli binari e con sistemi avanzati a ciclo chiuso.
• Finanziare progetti dimostrativi su EGS e perforazioni profonde.
• Favorire sinergie con il settore oil & gas per la messa a punto di tecniche di perforazione profonda.
• Creare poli tecnologici dedicati alla geotermia avanzata e profonda.
• Rafforzare il consenso territoriale verso le soluzioni tecnologiche a ciclo chiuso che hanno impatto ambientale praticamente nullo

Dossier redatto da Coordinamento FREE in collaborazione con il Gruppo Informale per la Geotermia e l’Ambiente (GIGA)

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