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Geotermia, sistemi a ciclo organico per ridurne l'impatto ambientale

Geotermia, sistemi a ciclo organico per ridurne l'impatto ambientale

Una possibile soluzione per ridurre l'impatto delle centrali geotermiche è quella di utilizzare i cicli binari a fluido organico, accoppiati alla reiniezione dei gas non condensabili

Dopo aver firmato l'Accordo di Parigi di dicembre 2015, con il quale è stato fissato l'obiettivo di mantenere l'aumento della temperatura globale al di sotto dei 2°C e in particolare di restare attorno a un valore di 1,5°C, l'Europa si è anche posta l'ambizioso obiettivo di raggiungere le zero emissioni nette entro il 2050.

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Per questo motivo la diffusione delle rinnovabili è uno degli obiettivi principali della politica internazionale per i prossimi anni. Data la sua indipendenza dalle condizioni meteorologiche, tra le rinnovabili l'energia geotermica è quella che presenta la più alta disponibilità della risorsa.

L'energia geotermica viene generata o accumulata nella massa della Terra in forma di calore. Per il momento il suo utilizzo è limitati ai soli sistemi idrotermali, anche se sono in fase di sviluppo nuovi sistemi per sfruttare al meglio il calore presente nelle "rocce calde secche".

I sistemi idrotermali sono caratterizzati dalla presenza di un'intrusione magmatica, che funge da sorgente termica, da una buona quantità di acqua sotterranea, che generalmente è costituita da acqua piovana infiltrata in profondità nel corso degli anni e che funge da fluido termovettore, da una "roccia serbatoio", che contiene questa quantità d'acqua e generalmente è più o meno porosa, e da uno strato di roccia impermeabile che invece ne impedisce la dispersione.

L'acqua calda, poi, che spesso si trova ad alte pressioni data l'elevata profondità, viene estratta e da questa viene poi generata energia elettrica o calore. La geotermia, in particolare, viene classificata in base alla profondità a cui viene estratta l'acqua, per questo si parla di geotermia "superficiale" o "profonda".

La geotermia superficiale sfrutta fonti di calore a bassa temperatura presenti più in superficie, infatti in genere i pozzi presentano una profondità di 250 metri, e viene utilizzata per generare calore a basse temperature. La geotermia profonda, invece, prevede l'utilizzo di pozzi molto più profondi, in genere da 1 a 5 km all'interno della Terra, ma ultimamente, grazie a diverse tecnologie innovative di perforazione, si riescono a scavare pozzi anche più profondi.

Grazie alla geotermia profonda si riescono a raggiungere temperature molto più alte, che consentono la conversione del calore geotermico in elettricità attraverso processi termodinamici, con rendimenti piuttosto interessanti. Si parla infatti del 15-25%, che va inteso come il rapporto tra la potenza prodotta e il flusso di calore prelevato dalla risorsa.

Le centrali geotermiche, poi, possono essere classificate anche in base al livello di temperatura, infatti si parla di temperature basse, medie e alte. Le risorse a temperature medie o alte sono quelle che vengono sfruttate maggiormente ed hanno quasi raggiunto il loro potenziale massimo, mentre i campi a temperature basse o moderate non sono stati ancora pienamente utilizzati.

Le centrali che sfruttano le temperature medie e alte sono le centrali a flash singolo, doppio e triplo, nel caso di serbatoi ad acqua dominante, e le centrali a vapore diretto, per i serbatoi invece a vapore dominante. Queste centrali presentano numerosi vantaggi, tra cui:

  • alti rendimenti di conversione;
  • numerosi anni di operatività, che hanno quindi contribuito ad aumentare il know-how del settore;
  • misure di sicurezza ben note e non critiche, soprattutto grazie alle basse pressioni e temperature coinvolte;
  • elevata attrattività per gli investitori.

In queste centrali il costo di produzione dell'elettricità arriva a valori compresi tra i 4 e gli 8 c€/kWh, rendendo questa tecnologia estremamente competitiva nel settore delle rinnovabili e soprattutto nel confronto con altre fonti fossili.

Tuttavia le centrali a flash o a vapore diretto presentano anche degli svantaggi in termini di sostenibilità ambientale. Infatti da alcune ricerche è emerso che durante i vari processi vi è il rilascio di notevoli quantità di gas non condensabili, come la CO2, e di concentrazioni minori di sostanze inquinanti, a seconda della risorsa utilizzata.

Attualmente in Italia viene utilizzata una strategia che sembra ridurre effettivamente l'impatto ambientale della geotermia, ossia la tecnologia AMIS, sviluppata da Enel GP. Attraverso questa tecnologia viene ridotta la concentrazione di Hg e H2S all'interno del flusso di gas non condensabili, comportando così una riduzione dell'impatto che le centrali hanno sull'ambiente.

Fino ad oggi sono stati effettuati diversi studi sulla sostenibilità ambientale dei diversi sistemi di conversione dell'energia geotermica, soprattutto attraverso l'applicazione dell'analisi del ciclo di vita, denominata LCA (Life Cycle Analysis). In Basosi et al., 2020, viene analizzato il confronto tra un impianto da 20 MW a singolo flash con altri impianti di dimensione simile ma operanti con il solare e l'eolico.

Dal risultato delle analisi si evince che l'impatto ambientale delle centrali geotermiche, compresa la tecnologia AMIS, è pari a quello delle altre due energie rinnovabili. L'impronta ambientale risulta leggermente più alta per quanto riguarda il riscaldamento globale, ma tutte le rinnovabili risultano comunque competitive rispetto al mix energetico che viene attualmente utilizzato in Italia, che è ancora basato per oltre il 60% su fonti fossili.

Una possibile soluzione per ridurre l'impatto delle centrali geotermiche è quella di utilizzare i cicli binari. Questi, infatti, che vengono realizzati attraverso impianti a fluido organico, se accoppiati alla reiniezione dei gas non condensabili, possono essere decisivi nel miglioramento della sostenibilità ambientale delle centrali geotermiche, in particolare nella fase operativa.

Se effettivamente i vari gas possano essere reiniettati nei diversi contesti geologici e geotermici, è ancora da dimostrare, ma grazie allo sviluppo della tecnologia CCS, ossia Carbon Capture and Sequestration, ora questa può essere applicata anche agli impianti idrotermali, dove la miscela di acqua e CO2 può favorire la penetrazione e cattura nelle rocce porose.

Un altro settore che aiuta in questo ambito è quello dell'oil & gas, dove la CO2 viene iniettata nei pozzi già da diverso tempo, grazie all'utilizzo di tecnologie avanzate, in modo da favorire l'estrazione di gas e petrolio.

©RIPRODUZIONE RISERVATA

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