La nuova geotermia: meno rischio, meno impatti, nuove prospettive

La nuova geotermia: meno rischio, meno impatti, nuove prospettive. Articolo di Alberto Mazzoldi e Andrea Borgia.

1. I limiti storici della geotermia convenzionale

La geotermia rappresenta, come l’idroelettrico, una delle poche fonti energetiche rinnovabili programmabili, in grado di fornire energia continua indipendentemente dalle condizioni meteorologiche. Nonostante questo enorme potenziale, il suo sviluppo su larga scala è rimasto storicamente confinato a poche aree favorevoli dal punto di vista geologico, caratterizzate dalla presenza di reservoir naturali ad alta temperatura e fluidi profondi facilmente accessibili.

La geotermia convenzionale dipende infatti dalla presenza simultanea di alcune condizioni geologiche specifiche: una sorgente di calore sufficientemente superficiale, rocce permeabili e fluidi naturali. La ricerca di tali sistemi comporta attività esplorative complesse e costose, fondate su campagne geofisiche, perforazioni profonde e modellazioni geologiche che non garantiscono necessariamente il successo del progetto.

Storicamente, il rischio esplorativo ha costituito uno dei principali limiti economici alla diffusione della geotermia. Una quota significativa dei pozzi perforati nel mondo non raggiunge infatti produttività sufficienti per la generazione elettrica o termica, con conseguenti perdite economiche e aumento del rischio finanziario per gli operatori. A differenza di altre fonti rinnovabili, la geotermia convenzionale richiede dunque elevati investimenti iniziali prima ancora di poter dimostrare la reale produttività della risorsa. Inoltre, non si presta facilmente a modalità operative discontinue (“stop-and-go”), poiché l’estrazione e reiniezione dei fluidi geotermici richiedono il mantenimento di condizioni dinamiche relativamente stabili all’interno del reservoir.

Accanto agli aspetti economici, i sistemi geotermici convenzionali possono inoltre presentare problematiche ambientali e territoriali non trascurabili. La produzione e reiniezione di fluidi profondi modifica gli equilibri idrogeologici e geomeccanici del sottosuolo, contribuendo a fenomeni di subsidenza, sismicità indotta e interferenze con gli acquiferi superficiali (Borgia et al., 2021). Nel caso del Monte Amiata, ad esempio, diversi studi hanno evidenziato la possibile connessione tra le strutture geotermiche profonde e gli acquiferi vulcanici superficiali, attraverso sistemi di faglie e strutture permeabili (Borgia et al., 2014).

Anche la gestione dei fluidi geotermici rappresenta un elemento critico. Nei sistemi “flash” tradizionali, parte dei fluidi estratti viene inevitabilmente dispersa in atmosfera, con emissioni tossico-nocive e climalteranti, e necessità di reiniezione continua o drenaggio degli acquiferi superficiali per mantenere la pressione del reservoir. In alcuni contesti, la forte depressurizzazione dei campi geotermici può inoltre alterare nel tempo lo stato di sforzo delle faglie presenti nell’area, contribuendo all’attivazione di micro-sismicità (Mazzoldi et al., 2015).

Questi elementi — rischio esplorativo, complessità geologica, gestione dei fluidi, impatti ambientali significativi e non scalabilità della risorsa — hanno storicamente limitato la diffusione della geotermia convenzionale, contribuendo a mantenere questa tecnologia confinata a poche aree favorevoli dal punto di vista geologico e sociale.

2. La rivoluzione del closed-loop e delle nuove tecnologie di perforazione

Negli ultimi anni, l’evoluzione delle tecnologie di perforazione profonda e lo sviluppo dei sistemi geotermici a circuito chiuso (“closed-loop geothermal exploitation”) stanno aprendo scenari completamente nuovi per lo sfruttamento del calore terrestre. In questo nuovo paradigma, la produzione energetica non dipende più dalla presenza di fluidi geotermici naturali o di reservoir altamente permeabili, ma dalla semplice disponibilità di rocce sufficientemente calde in profondità.

Nei sistemi “closed-loop”, infatti, il fluido di lavoro circola all’interno di un circuito completamente chiuso e sigillato, senza entrare in contatto diretto con le rocce permeabili o con gli acquiferi circostanti. Il calore viene trasferito per conduzione dalle rocce profonde al fluido che scorre all’interno del sistema. Il fluido (caldo) può quindi essere riportato in superficie tramite il principio del termo-sifone per la produzione di elettricità o per lo sfruttamento diretto del calore.

Le geometrie dei pozzi risultano profondamente diverse rispetto alla geotermia convenzionale. I moderni sistemi closed-loop prevedono infatti pozzi multilaterali orizzontali e sub-orizzontali che si diramano in profondità aumentando enormemente la superficie di scambio termico con le rocce calde. Nei “rami” profondi, il circuito viene isolato e sigillato mediante materiali cementanti bicomponenti ad alta resistenza, assicurando impermeabilità del sistema, assenza di perdite di fluido e isolamento idraulico rispetto agli acquiferi circostanti.

Questa configurazione consente di superare gran parte delle criticità storicamente associate alla geotermia convenzionale. Non essendo necessario estrarre fluidi naturali tossico-nocivi dal sottosuolo, vengono drasticamente ridotti i rischi di contaminazione delle falde acquifere idropotabili e dell’atmosfera. Anche il rischio di sismicità indotta si riduce in modo sostanziale, poiché non sono indotte grandi variazioni di pressione nei reservoir geotermici naturali.

Uno degli aspetti più innovativi di queste tecnologie riguarda inoltre la drastica riduzione del rischio esplorativo. Nei sistemi geotermici convenzionali, infatti, la produttività di un pozzo dipende dalla presenza di permeabilità naturali e fluidi profondi economicamente sfruttabili. Nei sistemi closed-loop, invece, la produzione energetica dipende principalmente dal gradiente geotermico e dalle proprietà termiche delle rocce, parametri generalmente molto più prevedibili su scala regionale. Ne consegue una maggiore prevedibilità tecnica ed economica dei progetti, con potenziale riduzione dei costi finanziari, particolarmente quelli legati alle fasi iniziali di sviluppo – in teoria, quindi tali impianti possono generalmente essere realizzati quasi ovunque vi sia consumo di elettricità e calore.

Parallelamente, il rapido progresso delle tecnologie di perforazione profonda sta contribuendo ad ampliare ulteriormente le prospettive della geotermia. Sistemi di perforazione direzionale avanzata, tecniche mutuate dall’industria oil & gas, e nuove tecnologie sperimentali ad altissima energia — come quelle sviluppate recentemente nell’ambito del “superhot geothermal” — potrebbero permettere in futuro di raggiungere profondità e temperature oggi considerate economicamente proibitive. Progetti come “Eavor” in Germania e Canada, la Rodatherm Energy negli USA o il “Project Obsidian” della Quaise Energy negli Stati Uniti stanno già dimostrando come la geotermia possa progressivamente trasformarsi da risorsa limitata a specifici contesti geologici a tecnologia energetica potenzialmente diffusa su scala globale.

In questo contesto, la geotermia a circuito chiuso potrebbe rappresentare per il settore geotermico un cambiamento analogo a quello che il fotovoltaico ha rappresentato per l’energia solare: il passaggio da una risorsa geograficamente limitata a una tecnologia energetica potenzialmente distribuibile in vaste aree del pianeta.

3. Verso un nuovo paradigma autorizzativo per la geotermia

L’introduzione delle tecnologie geotermiche a circuito chiuso potrebbe avere implicazioni non soltanto tecnologiche ed economiche, ma anche sul piano autorizzativo e regolatorio. Gran parte delle normative oggi applicate alla geotermia sono infatti nate in un contesto storico e tecnico profondamente diverso da quello attuale, caratterizzato dalla necessità di individuare e sfruttare reservoir geotermici naturali attraverso attività esplorative con alto rischio geologico e finanziario.

Nel modello convenzionale, la distinzione tra fase esplorativa e fase di sviluppo del campo geotermico rappresenta un elemento centrale dell’intero iter autorizzativo. Tale impostazione deriva dal fatto che, nella geotermia tradizionale, la reale esistenza e produttività della risorsa può essere verificata soltanto attraverso perforazioni profonde e test sul reservoir, con elevati margini di incertezza tecnica ed economica.

Nei sistemi closed-loop, tuttavia, la tradizionale distinzione tra fase esplorativa e fase di sviluppo tende progressivamente a perdere significato tecnico ed economico, poiché la produzione energetica non dipende dalla scoperta di un reservoir naturale ma da parametri geologici generalmente prevedibili, come il gradiente geotermico e le proprietà termiche delle rocce profonde. In questo nuovo contesto, la perforazione non rappresenta più principalmente un’attività di “ricerca” della risorsa, bensì la realizzazione stessa dell’infrastruttura energetica.

L’elevata prevedibilità del sistema, l’assenza di produzione di fluidi profondi e la forte riduzione dei principali geohazard tradizionalmente associati alla geotermia potrebbero quindi rendere opportuna una riflessione sui modelli autorizzativi applicati a questa tecnologia emergente. Procedure sviluppate per attività minerarie ad alto rischio esplorativo potrebbero infatti risultare eccessivamente complesse o poco coerenti rispetto a sistemi energetici caratterizzati da circuiti chiusi, assenza di scambio di fluidi con il sottosuolo e impatti ambientali effettivamente molto più limitati.

Una possibile evoluzione futura potrebbe consistere nell’adozione di percorsi autorizzativi maggiormente orientati alla realizzazione dell’opera impiantistica e meno alla tradizionale logica della “concessione mineraria” legata alla scoperta e coltivazione della risorsa naturale. In tale prospettiva, la semplificazione e l’integrazione delle procedure potrebbero contribuire ad accelerare significativamente lo sviluppo della geotermia a ciclo chiuso, mantenendo al tempo stesso elevati standard di monitoraggio ambientale e sicurezza.

In un contesto internazionale caratterizzato dalla crescente elettrificazione dei consumi energetici e dalla necessità di disporre di fonti rinnovabili programmabili, le tecnologie geotermiche a circuito chiuso rappresentano dunque una delle più interessanti opportunità per ampliare il contributo della geotermia alla transizione energetica. La possibilità di ridurre drasticamente il rischio esplorativo, limitare gli impatti ambientali, avere una produzione di energia scalabile e programmabile, oltre a rendere la produzione geotermica potenzialmente accessibile anche in aree prive di reservoir convenzionali, modifica infatti profondamente il ruolo della geotermia nella futura pianificazione dei sistemi energetici.

REFERENZE

• Borgia, A., Mazzoldi, A., Brunori, C.A., Allocca, C., Delcroix, C., Micheli, L., Vercellino, A., Grieco, G. (2014). Volcanic spreading forcing and feedback in geothermal reservoir development, Amiata Volcano, Italia. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 284, 16–31. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2014.07.018
• Borgia, A., Mazzoldi, A., Micheli, L., Grieco, G., Calcara, M., Balducci, C. (2021). The Geothermal Power Plants of Amiata Volcano, Italy: Impacts on Freshwater Aquifers, Seismicity and Air. In: Volcanology. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.100558
• Mazzoldi, A., Borgia, A., Ripepe, M., Marchetti, E., Ulivieri, G., Della Schiava, M., Allocca, C. (2015). Faults strengthening and seismicity induced by geothermal exploitation on a spreading volcano, Mt. Amiata, Italia. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 301, 159–168. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2015.05.015

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immagine articolo: Eavor-Loop™ Geretsried