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Geotermico, come sfruttare il calore della terra.

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Iniziamo la panoramica sulle energie rinnovabili trattando una tra le meno conosciute; l’energia geotermica.

La Terra è costituita da gusci concentrici, di spessore e composizioni variabili, generalmente conosciuti come nucleo, mantello e crosta. Il calore geotermico ha origine nel mantello, grazie al decadimento degli elementi radioattivi in esso naturalmente presenti (Uranio 235 e 238, Torio 232, Potassio 40).

Procedendo dalla crosta verso il mantello, si registra un normale aumento do temperatura, detto gradiente termico, dell’ordine di circa 3 °C ogni 100 m. Il gradiente può variare anche sensibilmente, a seconda delle caratteristiche del sottosuolo, dello spessore della crosta terrestre ecc.

L’energia geotermica (ovvero il calore naturalmente presente nel sottosuolo nel nostro pianeta) può essere sfruttata in numerosi modi. La principale suddivisione è tra sistemi ad alta temperatura e bassa temperatura.

Lo sfruttamento della geotermia ad alta temperatura necessita della disponibilità di giacimenti geotermici facilmente raggiungibili, e questo è uno dei principali limiti di questa tecnologia: molti serbatoi geotermici, infatti, si trovano a profondità tali da renderli irraggiungibili (o tali da non rendere economicamente vantaggioso il loro utilizzo). Per lo sfruttamento dell’energia geotermica ad alta temperatura vengono utilizzate le cosiddette centrali geotermiche, che sfruttano il calore del sottosuolo per produrre vapore con cui azionare apposite turbine che, collegate ad un alternatore, consentono di produrre energia elettrica. I giacimenti geotermici non sono davvero del tutto rinnovabili, non nello stesso modo del solare o dell’eolico: bisogna infatti fare attenzione alla velocità con cui si estrae il calore dal sottosuolo e il fluido di trasporto del calore stesso. Per garantire la rinnovabilità del geotermico l’acqua che viene estratta del suolo deve essere rimpiazzata in qualche modo: in alcuni casi ciò può essere fatto naturalmente dalla ricarica della falda, mentre in altri è opportuno che l’acqua prelevata venga poi reiniettata nel sottosuolo.

La geotermia a bassa temperatura, o bassa entalpia, si basa sullo sfruttamento del calore delle zone poco profonde del sottosuolo. In effetti il terreno, a una profondità superiore a circa 20 m, presenta una temperatura abbastanza costante, in quanto non risente delle variazioni atmosferiche della superficie (variazioni di temperatura giornaliere e stagionali). Qui la temperatura, mantendendosi in genere tra i 12 e i 17 °C, presente un valore inferiore alla media estiva e superiore a quella invernale. Di conseguenza, i sistemi che sfruttano l’energia geotermica a bassa temperatura, possono essere utilizzati per il riscaldamento invernale e il raffrescamento estivo. Tali sistemi si basano sull’utilizzo di pompe di calore, che sono in grado di trasferire il calore da/a una sorgente esterna, grazie all’utilizzo di un fluido termoconvettore (solitamente acqua). I sistemi a bassa temperatura sono utilizzati principalmente negli ambienti domestici, sia per il riscaldamento / condizionamento degli ambienti che per la produzione di acqua calda sanitaria. Esistono diverse tecnologie che possono essere adottate a tale scopo.

Sonde geotermiche: scambiatori di calore verticali inseriti nella sorgente geotermica, con lo scopo di assorbire o cedere calore alla stessa (possono essere installate a profondità che variano tra i 50 e i 200 m).

Serpentine: scambiatori di calore che sfruttano il calore dello strato più superficiale del terreno, sono collocati a una profondità di 1 – 2 m.

Pozzi di estrazione: a differenza di sonde e serpentine, che utilizzano il fluido presente nello scambiatore di calore, questi sistemi estraggono e reimmettono direttamente l’acqua presente nel sottosuolo utilizzandola come fluido per il trasporto del calore.

Pali energetici: scambiatori di calore integrati negli elementi di fondazione della casa stessa.

Questi sistemi comportano ovviamente un consumo di energia elettrica, legata al funzionamento dello scambiatore. Il consumo di energia elettrica ammonta a circa il 25 – 35 % dell’energia totale prodotta sotto forma di calore, e il bilancio complessivo del sistema risulta quindi positivo.

Sono molti i paesi al mondo che sfruttano l’energia geotermica: USA, Messico, Giappone, Islanda e Nuova Zelanda (particolarmente avvantaggiate dalla presenza di numerosi giacimenti geologici), Svizzera e anche Italia. A livello mondiale il geotermico soddisfa circa lo 0,5 % del fabbisogno energetico.

Tra i vantaggi dello sfruttamento dell’energia geotermica, oltre ovviamente al fatto che si tratta di una fonte rinnovabile, elenchiamo: la possibilità di produrre direttamente energia elettrica (facilmente trasportabile), l’assenza di emissioni di anidride carbonica e di prodotti di scarto inquinanti, e inoltre i vari altri vantaggi legati allo fruttamento dei sistemi a bassa temperatura per il riscaldamento domestico, come la silenziosità, la scarsa necessità di manutenzione e la molteplicità delle applicazioni possibili.

Come altro lato della medaglia citiamo: la limitata possibilità di sfruttare questo tipo di fonte di energia, la possibilità di fuoriuscita di odori sgradevoli contestuale all’uscita di vapore (solo nei casi dei sistemi ad alta temperatura, a causa della presenza nel vapore acque di idrogeno solforato H2S, composto dal caratteristico odore di uova marce), l’impatto visivo delle centrali geotermiche e possibili fenomeni di subsidenza del terreno legati alla consistente estrazione del fluido geotermico dal giacimento.

Nel prossimo articolo vedremo come l’Italia sia stata uno delle nazioni pioniere nello sfruttamento dell’energia geotermica.

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