Cos'è l'energia geotermica?
Scopri in che modo questa risorsa di energia pulita e rinnovabile può contribuire a ridurre la dipendenza del mondo dei combustibili fossili.
Cos'è l'energia geotermica?
Amano a mano che persone, organizzazioni e Paesi cercano modi per ridurre le emissioni di carbonio, gli enti pubblici e le aziende hanno fatto un passo avanti con importanti riduzioni delle emissioni di carbonio. Per raggiungere questi obiettivi, è fondamentale trovare alternative alle emissioni di combustibili fossili, tra cui il carbone, il gas naturale e il petrolio. A tale scopo, le fonti di rinnovabili più pulite , come quella solare, idroelettrica, eolica e geotermica, stanno diventando sempre più importanti.
Oggi l'energia geotermica è considerata uno dei tipi di energia più efficienti e sostenibile perché è una risorsa pulita, affidabile e rinnovabile. L’energia geotermica utilizza il calore immagazzinato all'interno della superficie terrestre per generare elettricità e fornire riscaldamento e raffreddamento geotermici per case e aziende. Le risorse geotermiche sono usate in America del Nord da più di 10.000 anni, perché I Paleoindiani americani utilizzavano le sorgenti calde geotermiche per riscaldarsi, cucinare e fare il bagno.
La geografia svolge un ruolo fondamentale nella capacità di un'area di sfruttare l'energia geotermica. Le migliori risorse geotermiche si trovano in genere vicino ai confini delle zolle tettoniche. L'attività dei pianeti e i terremoti sono concentrati vicino a questi confini a causa del movimento nella croste terrestre. Ad esempio, l'Anello di fuoco intorno ai bordi dell'Oceano Pacifico è una stringa di vulcani con attività sismica, causata principalmente dalla tettonica delle zolle. Di conseguenza, questa area ha le aree geotermiche più attive al mondo.
Attualmente, gli Stati Uniti sono il leader mondiale nella produzione di energia geotermica, anche se l'energia geotermica è solo una piccola percentuale del consumo energetico degli Stati Uniti. Poiché l'energia geotermica si trova di solito vicino ai confini delle zolle tettoniche, la maggior parte delle centrali geotermiche degli Stati Uniti si trova negli stati occidentali. La California ha la maggiore quantità di capacità di generazione elettrica geotermica con 40 impianti geotermici operativi.
Anche l'Islanda, le Filippine e El Salvador sono leader del mondo geotermico, con l'energia geotermica che rappresenta oltre il 25% del consumo energetico totale di ogni paese.
Leggi questo articolo per esplorare l'energia geotermica, valutarne i vantaggi e gli svantaggi e individuare esempi di energia geotermica. Verranno inoltre fornite informazioni sul futuro dell'energia geotermica e su come la tecnologia può contribuire ad accelerare l'innovazione dell'energia geotermica.
Tipi di energia geotermica
L'energia geotermica viene ottenuta dal calore generato all'interno della terra. Il termine “geotermico” deriva dalla parola “geo,” ovvero terra e “termo,” che significa caldo. Sotto la crosta terrestre, costituita da rocce e acqua, si trova uno livello di roccia fuso caldo chiamato magma. Il magma raggiunge temperature da 1.300°F a 2.400°F e può riversarsi bollente sulla superficie della terra come lava. Il magma inoltre riscalda le rocce e gli strati inferiori di acqua, che possono essere rilasciati tramite geyser, sorgenti termale e sorgenti di vapore, tutti esempi di energia geotermica.
Tuttavia, la maggior parte dell'energia geotermica terrestre rimane sottoterra come tasche di vapore e acqua calda e viene raccolta con vari metodi:
Energia geotermica a bassa temperatura
- Il calore ottenuto dal fluido geotermico vicino alla superficie terrestre aumenta autonomamente o è accessibile tramite un pozzetto.
- È possibile accedervi da quasi qualunque luogo nel mondo.
- Applicazioni geotermiche per uso diretto, tra cui riscaldamento di case, serre, agricoltura e alcuni processi industriali.
Energia geotermica co-prodotta
- Usa l'acqua riscaldata come prodotto secondario proveniente da pozzi petroliferi e di gas.
- Genera elettricità usata da impianti o venduta alla rete.
Riscaldamento e raffreddamento geotermici
- Le termopompe geotermiche vengono sottoposte a drill-down da 10 a 300 piedi nella superficie terrestre.
- Riscaldamento di case ed edifici in inverno e loro raffreddamento in estate.
Centrali geotermiche
- Attinge a riserve geotermali con una profondità di circa due chilometri nella terra.
- Genera elettricità.
Vantaggi e svantaggi dell'energia geotermica
Anche se l'energia geotermica è una risorsa energetica rinnovabile e pulita, vi sono svantaggi, tra cui gli alti costi iniziali e il potenziale di causare terremoti e subsidenze e il graduale sprofondamento di un'area di terreno.
Vantaggi dell'energia geotermica:
- rispettosa dell’ambiente: le centrali geotermiche hanno un'impronta di carbonio minima e l'impatto ambientale associato è molto basso. Il riscaldamento e il raffreddamento geotermici riducono le emissioni di gas a effetto serra.
- Rinnovabile: a differenza dei combustibili fossili, le riserve di energia geotermica rinnovabile all'interno della terra vengono rigenerate naturalmente e durano miliardi di anni.
- Affidabile e stabile: A differenza dell'energia solare ed eolica, l'energia geotermica è sempre disponibile e la sua disponibilità non cambia. La gestione può stimare accuratamente l'output di energia dalle centrali geotermiche, il che le rende ideali per soddisfare i requisiti di energia del carico di base.
Svantaggi dell'energia geotermica:
- Effetti collaterali ambientali: l'energia geotermica causa la fuga di alcuni gas a effetto serra sotto la superficie terrestre nell'atmosfera. Le centrali geotermale possono influire sulla stabilità del terreno e hanno attivato terremoti e causato subsidenza.
- Gestione obbligatoria: dopo essere stati sfruttati da una centrale geotermica, le riserve geotermiche devono essere gestite correttamente per garantire che non vengano esaurite.
- Gli impianti sono limitati a località specifiche: gli impianti geotermici possono essere creati solo in aree vicino ai limiti delle zolle tettoniche, in cui sono disponibili impianti geotermici.
Centrali geotermiche
Le centrali geotermiche usano risorse geotermiche ad alta temperatura che provengono da pozzi di vapore secco o di acqua calda. Come le trivellazioni per la ricerca del petrolio, le centrali geotermiche scavano pozzi in profondità nel terreno. Il vapore o l'acqua calda vengono pompati alla superficie, dove vengono usati per far ruotare le turbine che generano elettricità.
Esistono tre tipi di centrali geotermiche:
Centrali elettriche a vapore secco
Usa fonti naturali sotterranee di vapore. Il vapore risale fino alla superficie terrestre nel pozzo di produzione, trasferisce la sua energia alla turbina, si condensa e viene pompato nuovamente nella terra o rilasciato nell'atmosfera. Le centrali a vapore secco sono il tipo più antico di impianti geotermici e sono considerate le più semplici ed efficaci.
La centrale elettrica a vapore secco più vecchia si trova a Laredo, In Italia. Costruita nel 1911, continua a fornire elettricità a più di un milione di residenti. Un'altra importante centrale elettrica a vapore secco è Geysers Geothermal Resource Area a nord di San Francisco. Produce elettricità dagli anni '60 e fornisce circa un quinto dell'energia rinnovabile della California.
Centrali elettriche a vapore di flash
Converti l'acqua altamente pressurizzata che è più calda di 360°F dagli strati più profondi della Terra in vapore. Quando l'acqua calda raggiunge la superficie, viene inviata a un “serbatoio” che viene mantenuto a una pressione molto più bassa. La riduzione della pressione fa sì che una parte dell'acqua si trasformi in "flash", cioè evapori rapidamente in vapore per azionare le turbine. Il liquido residuo può essere nuovamente spostato in un secondo contenitore flash per estrarre più energia.
Le centrali a vapore di flash sono i tipi più comuni di impianti geotermici attualmente in uso. L'Islanda, un'isola vulcanica, usa centrali geotermiche a vapore di flash per fornire quasi tutta l'elettricità necessaria al Paese. Le Filippine, che si trovano lungo l'Anello del fuoco, hanno la più grande centrale elettrica a vapore di flash del mondo.
Centrali a ciclo binario
Adotta un approccio diverso alla generazione di calore. Funzionano con acqua altamente pressurizzata a temperature inferiori, tra 225°F e 330°F. Questo metodo usa uno scambio di calore per trasferire il calore dall'acqua calda a un fluido secondario, che alimenta le turbine.
Poiché l'acqua a temperatura moderata è più ampiamente disponibile, si prevede che gli impianti a ciclo binario diventino il tipo più comune di centrali geotermiche in futuro.
Come viene usata l'energia geotermica?
I tre usi più comuni per l'energia geotermica sono l'uso diretto, la generazione di energia e riscaldamento e raffreddamento a terra.
Sistemi per uso diretto dell'energia geotermica
Sfrutta l'acqua sotterranea naturalmente calda che si trova da pochi metri a meno di due chilometri sotto la superficie terrestre. Vengono scavati pozzi per estrarre l'acqua sotterranea, che può avere una temperatura pari a 93°c o superiore. In alcuni casi è possibile che l'acqua calda o il vapore risalgano da soli in superficie, senza che sia necessario pompaggio attivo, e che possano essere usati direttamente o dopo avere attraversato uno scambiatore di calore.
L'acqua geotermica per uso diretto supporta molte applicazioni, tra cui il riscaldamento di aziende di itticoltura, lo scioglimento di ghiaccio e neve su marciapiedi e strade, il riscaldamento di piscine di grandi dimensioni, il riscaldamento di edifici e la fornitura di acqua calda. Benché i sistemi geotermici per uso diretto abbiano costi di capitale inferiori rispetto a sistemi geotermici più profondi, la tecnologia è limitata alle aree che hanno bacini naturali di acqua sotterranea calda vicino alla superficie o in superficie, ad esempio aree con attività vulcanica o tettonica.
Generazione di energia
I tre tipi di centrali geotermiche descritti in precedenza sfruttano le risorse geotermiche che si trovano nelle profondità della terra per produrre elettricità. La maggior parte ha sistemi idrici a ciclo chiuso, in cui l'acqua estratta viene pompata di nuovo direttamente nel serbatoio geotermico dopo l'uso. Poiché una quantità elevata di acqua è stata vaporizzata, gli impianti devono reiniettare quantità significative di acqua per mantenere un volume costante di acqua nel serbatoio. Anche se l'energia geotermica è una risorsa rinnovabile usata attualmente in circa 20 paesi, la maggior parte dei pozzi geotermici si raffredda nel tempo, in particolare se il calore viene estratto più rapidamente rispetto alla reintegrazione dell'acqua.
Riscaldamento e raffreddamento geotermici
Noto anche geotermia per il riscaldamento e il raffreddamento, questo è il modo più comune in cui viene attualmente usata l'energia geotermica. Per rispondere alla domanda "che cos'è la geotermia per il riscaldamento",’ è importante comprendere il funzionamento di una pompa di calore geotermica. Invece di generare calore, la pompa usa la terra come fonte di calore e sposta il calore tra la terra e la casa o l'edificio.
Per installare la pompa, si perfora il terreno fino a 3 - 90 metri di profondità e si connette la pompa a lunghe tubature che fanno circolare il liquido sottoterra e attraverso l'edificio. Durante l'inverno il liquido assorbe il calore del terreno e lo trasporta nell'edificio, in cui il riscaldamento geotermico rilascia il calore attraverso un sistema di condutture. Durante l'estate il liquido assorbe il calore nell'edificio e lo trasporta nel terreno per il raffreddamento.
Altri modi in cui viene usata l'energia geotermica
- L'agricoltura usa l'energia geotermica per mantenere le piante al caldo in inverno applicando il vapore al suolo.
- Alcuni centri benessere utilizzano bocchette geotermiche per riscaldare le vasche e i bagni.
- Le sorgenti termali sono note per la loro capacità terapeutica di migliorare la salute delle persone.
- I geyser naturali possono essere attrazioni turistiche di grande impatto. “OldDiscovery” nel Parco nazionale di Yellowstone è una meraviglia geotermica che erutta ogni 60-90 minuti e viene visitata da circa 4 milioni di persone ogni anno.
il futuro dell'energia geotermica
Fratturazione idraulica per l'energia geotermica
Nel settore del petrolio e del gas, la fratturazione è un modo comune per aumentare la produzione. La fratturazione inserisce fluidi ad alta pressione nelle formazioni di roccia per eliminarli e renderli permeabili. La fratturazione idraulica per l'energia geotermica adotta un approccio simile e viene definita “anche sistema” geotermico avanzato (ESG). Anche se si tratta di un processo simile al tipo di fratturazione usato dal settore del gas naturale, esistono alcune importanti differenze. La fratturazione geotermale crea sottosezioni più piccole e controllate e usa fluidi che causano un minor consumo di energia.
Il gruppo ESG produce il vapore estraendo energia da rocce sufficientemente calde, ma troppo asciutte, per produrre autonomamente il vapore. Gli sviluppatori perforano i "pozzi di iniezione" verticalmente a una profondità di circa 0,6-2,8 miglia nel terreno per raggiungere i serbatoi di roccia calda e secca. Usano quindi acqua ad alta pressione o esplosivi per fratturare le rocce e creare il serbatoio di fluido geotermico. Un pozzo di produzione pompa l'acqua calda fino alla superficie terrestre che, come negli impianti a ciclo binario, riscalda un fluido secondario che si trasforma in vapore. La centrale elettrica geotermica usa il vapore per azionare le turbine per creare elettricità.
Barriere alla crescita dell'energia geotermica
- Mancanza di risorse geotermiche naturali. Come illustrato all'inizio di questo articolo, la disponibilità delle risorse geotermiche è limitata alle posizioni vicine ai confini delle zolle tettoniche. La maggior parte dei Paesi con accesso all'energia geotermica sta già sfruttando la risorsa in una certa misura.
- Costi e rischi di esplorazione delle centrali geotermiche. Un programma iniziale di esplorazione e perforazione di tre-cinque pozzi geotermici costa dai 20 ai 30 milioni di USD. Questo, insieme al rischio di un'esplorazione infruttuosa, costituisce un ostacolo all'aumento dell'uso dell'energia geotermica a livello globale.
- Costo e rischio degli impianti di sistema geotermici avanzati. Sebbene ESG abbia la possibilità di espandere la disponibilità delle risorse geotermiche, il drill-down di pozzi geotermici è molto costoso rispetto alle trivellazioni per petrolio o gas. Un altro ostacolo è rappresentato dal fatto che, come i metodi tradizionali di "fratturazione", i pozzi ESG hanno causato terremoti. In particolare, se la fratturazione oleodinamica si verifica vicino a una faglia preesistente, esiste il rischio di grandi terremoti che potrebbero essere abbastanza forti da danneggiare gli edifici nelle vicinanze.
- Costo iniziale elevato dei sistemi di riscaldamento e raffreddamento geotermico. Le termopompe geotermiche costano da 3.500 a 7.500 USD per un'unità di base e modelli più costosi con opzioni come il riscaldamento con acqua calda costano ancora di più. Inoltre, i costi di scavo e di installazione possono portare il prezzo fino a un intervallo compreso tra 12.000 e 15.000 USD. Tuttavia, alcuni Paesi potrebbero offrire sconti o crediti d'imposta per compensare alcuni di questi costi. Questi sistemi offrono infine un ritorno sugli investimenti perché sono molto efficienti a livello energetico. Le persone che investono in sistemi di riscaldamento e raffreddamento geotermici possono prevedere un risparmio compreso tra il 30 e il 70% sulle fatture annuali per l'energia elettrica.
In che modo l'energia geotermica influisce sull'ambiente?
In quanto risorsa pulita e rinnovabile, l'energia geotermica viene sempre più considerata come un'alternativa ai combustibili fossili. Tuttavia, l'energia geotermica influisce sull'ambiente in diversi modi. Nel complesso, l'impatto positivo dell'energia geotermica supera quello negativo.
Impatto negativo
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Consumo di acqua
Le centrali geotermiche consumano molta acqua per il raffreddamento e per rigenerare le riserve geotermiche. Tra tutte le centrali elettriche rinnovabili e non rinnovabili, quelle geotermiche hanno il secondo maggior consumo di acqua. -
Emissioni di aria
Gli impianti a ciclo aperto per l'energia geotermica rilasciano nell'atmosfera idrogeno solforato, anidride carbonica, ammoniaca, metano e boro. Tuttavia, la maggior parte degli impianti di energia geotermica sono sistemi a ciclo chiuso che inseriscono i gas rimossi dalla terra con emissioni d'aria minime. -
Subsidenza
Quando le centrali geotermiche estraggono l'acqua calda dall'interno della terra, lasciano vuote tasche che possono cedere nel tempo se non vengono riempite. A livello di superficie, ciò può influire sia sull'ambiente che sugli edifici. -
Fratturazione ESG
La fratturazione ESG può causare i terremoti, particolare che costituisce una barriera all'adozione per gli impianti che si trovano vicino ad aree, aziende e case. Inoltre, molte persone ritengono che la fratturazione ESG possa avere effetti negativi simili alla fratturazione del gas, ad esempio perdite, fuoriuscite e contaminazione del suolo e delle falde acquifere.
Impatti positivi
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Basse emissioni di carbonio
Rispetto alla maggior parte delle fonti di energia, l’energia geotermica è rispettosa dell'ambiente. La centrale geotermica media rilascia un ottavo delle emissioni di carbonio rilasciate da una centrale a carbone media. -
Riduce la dipendenza da una energie alternative
L'energia geotermica ha il potenziale per fornire una fonte di elettricità affidabile e costante, che può aiutare gli Stati Uniti e altri Paesi ad abbandonare la dipendenza dai combustibili fossili e da altre energie termiche come il propano, il gas naturale e il petrolio. Inoltre, le centrali geotermiche non necessitano di combustibili fossili per funzionare. -
Riduce le impronte di carbonio
Il riscaldamento e il raffreddamento geotermici sono altamente efficienti a livello energetico. È un modo efficace per le persone di ridurre le impronte di carbonio delle case e degli edifici. Ad esempio, il riscaldamento e il raffreddamento geotermici possono ridurre le emissioni di gas a effetto serra di una casa del 75%. -
Le tecnologie contribuiscono al progresso della trasformazione energetica
Il mondo deve affrontare una sfida straordinaria per la stabilizzazione del clima creando un' economia a zero emissioni. Queste tecnologie innovative contribuiscono a supportare la transizione globale a un'energia più pulita:
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Domande frequenti
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Considerata uno dei tipi di energia più sostenibile ed efficiente, l'energia geotermica è una risorsa pulita, affidabile e rinnovabile. Utilizza il calore immagazzinato all'interno della superficie terrestre per generare elettricità e fornire riscaldamento e raffreddamento geotermici per case e aziende.
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L'energia geotermica offre tre vantaggi principali:
- È rispettosa dell'ambiente.
- È rinnovabile.
- È affidabile e stabile.
Questa risorsa di energia pulita e rinnovabile può contribuire a ridurre la dipendenza del mondo dei combustibili fossili.
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Rispetto ad altre fonti di energia, l'energia geotermica presenta tre svantaggi:
- Provoca la fuoriuscita nell'atmosfera dei gas serra presenti sotto la superficie terrestre e può avere un impatto sulla stabilità del terreno.
- I giacimenti geotermici devono essere gestiti per garantire che non si esauriscano.
- Gli impianti geotermici possono essere creati solo in aree vicino ai limiti delle zolle tettoniche, in cui sono disponibili impianti geotermici.
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L'energia geotermica viene usata per riscaldamento e raffreddamento di case, serre termiche, supporto dei processi industriali e generazione di elettricità.
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I quattro tipi di energia geotermica:
- Energia geotermica a bassa temperatura.
- Energia geotermica co-prodotta.
- Riscaldamento e raffreddamento geotermici.
- Centrali geotermiche.
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