Riceviamo e pubblichiamo

In Italia sono ancora ampi i margini di sviluppo per la geotermia

Una risorsa rinnovabile con benefici (e impatti) ancora poco conosciuti: criticità e proposte per migliorare

[3 Dicembre 2020]

La geotermia è l’energia generata per mezzo di fonti geologiche di calore, ovvero si utilizza il calore termico  naturale della Terra rilasciato dai processi di decadimento nucleare di alcuni elementi radioattivi situati nel nucleo, nel mantello e nella crosta terrestre come, ad esempio, l’uranio, il torio e il potassio. Il calore e l’energia che si accumula nel sottosuolo viene resa disponibile dalla fuoriuscita di acqua o vapore dalla superficie terrestre in modo spontaneo, come i geyser o le sorgenti termali, o in modo artificiale tramite le perforazioni meccaniche.

Il funzionamento di un impianto geotermico è alquanto semplice: il flusso di vapore che proviene dal sottosuolo alimenta una turbina che trasforma l’energia meccanica in energia elettrica e, con l’immissione di acqua fredda in profondità, si ottiene un flusso costante del vapore.

A seconda del tipo di geotermia, l’energia può essere impiegata nelle terme, per le pompe di calore, per il riscaldamento domestico e per la produzione di elettricità.

La risorsa geotermica può essere infatti adoperata ad alta, media e bassa entalpia. L’entalpia esprime la quantità di energia termica di un sistema termodinamico, come di una data massa di fluido, ed è espressa dalla somma dell’energia interna e dal prodotto della pressione e volume.

L’alta entalpia ha temperatura di oltre 150 °C e genera energia elettrica, la media ha temperature comprese tra 90 e 150 °C e viene adoperata per usi termici diretti,mentre la bassa ha temperature comprese tra 13 e 90°C e viene adoperata per usi termici diretti, l’acqua sanitaria e il geoscambio (condizionamento, climatizzazione e flussi energetici di processo).

La geotermia a bassa entalpia adopera il sottosuolo come serbatoio termico per riscaldare, prelevando calore in inverno, e per raffrescare, cedendolo in estate. Tale forma energetica non richiede l’utilizzo di sonde a grande profondità ed è praticamente sfruttabile ovunque.

I benefici ambientali derivanti dalla geotermia a bassa entalpia sono la riduzione delle emissioni di gas serra, l’assenza in loco dei prodotti della combustione e la totale sicurezza.

Gli impatti ambientali determinati dall’utilizzo dell’energia geotermica a media e alta entalpia, sebbene siano stati considerati trascurabili fino agli anni ‘60, sono diventati oggetto di studi più approfonditi.

Le emissioni degli impianti geotermoelettrici tradizionali che non prevedono la re-immissione integrale dei gas nel serbatoio sono costituite da vapori rilasciati attraverso le torri di raffreddamento, mentre i condensati sono re-iniettati in profondità ed i fanghi smaltiti in discarica.

Nel dettaglio, i fluidi in fase liquida o vapore dei sistemi geotermici ad alta temperatura contengono una frazione gassosa non condensabile composta prelevamente da anidride carbonica, idrogeno solforato e metano, e, in misura minore, da ammoniaca, azoto, idrogeno, acido borico, radon, gas rari ed elementi in traccia volatili e disciolti (ad es. mercurio, arsenico, antimonio, ecc).

Tali sostanze disciolte sono emesse in atmosfera come aerosol (drift) e, conseguentemente, possono depositarsi al suolo o essere dilavate dalle piogge.

Tuttavia, occorre evidenziare che il grado di dispersione dei contaminanti gassosi e il conseguente impatto ambientale dipendono dalla tipologia dell’impianto geotermico, dalle condizioni meteo-climatiche locali, dalle caratteristiche geologiche e morfologiche dell’area, dalle caratteristiche del punto di emissione, o più specificatamente dall’altezza dal suolo, e dalle proprietà chimico-fisiche del contaminante.

Per valutare gli impatti ambientali derivanti dalle centrali è necessario tenere in debita considerazione che le emissioni nelle aree geotermiche derivano sia dagli impianti stessi, nonché dalle fonti naturali (vulcani, sorgenti termali, fumarole, geyser, ecc). Per stimare correttamente i quantitativi di sostanze emesse occorre controllare la qualità dell’aria e monitorare le emissioni prima del funzionamento dell’impianto geotermico nel sito e in un’area circostante, al fine di definire la situazione prima che l’impianto vada in esercizio.

Per i motivi sopra menzionati, la stima reale delle emissioni è complicata e, inoltre, per gli impianti installati nel passato non esiste un’adeguata baseline delle emissioni naturali in condizioni indisturbate.

Inoltre in una stessa area geotermica, generalmente, insistono più centrali con estensioni areali diverse (i.e. Toscana) e, conseguentemente, l’influenza dei campi geotermici sulla qualità dell’aria riguarda aree vaste che devono essere adeguatamente monitorate.

Infine, gli impianti geotermici possono determinare fenomeni di subsidenza, di sismicità indotta, di inquinamento delle falde acquifere, di inquinamento olfattivo per le popolazioni che abitano nei pressi della centrale, di inquinamento acustico per i lavoratori degli impianti e di deturpazione del paesaggio.

Per quanto concerne la sismicità indotta si evidenzia lo studio tedesco pubblicato sul Geophysical Research Letters. L’obiettivo del lavoro era l’analisi dell’evoluzione temporale della sismicità per una serie di progetti geotermici. I risultati hanno illustrato che per la maggior parte delle stimolazioni indotte si rivela un legame tra il volume di fluido iniettato e i momenti sismici. Tale evidenza suggerisce che la sismicità deriva da un processo di rottura stabile e controllato della pressione, almeno per un periodo di iniezione prolungato. La sismicità e i terremoti indotti, quindi, potrebbero essere gestiti attuando periodici cambiamenti nella strategia di iniezione dell’acqua.

La ricerca ha sottolineato, inoltre, che l’evoluzione della sismicità indotta è principalmente controllata dalla tettonica regionale e, quindi, un monitoraggio attento dell’evoluzione del momento sismico in relazione al fluido iniettato potrebbe aiutare a identificare sia le stimolazioni controllate che i cambiamenti critici del sistema, agevolando una reazione immediata nella strategia di iniezione al fine di evitare terremoti indotti.

Infine si ritiene utile sottolineare che per gli impianti a totale re-inieizione del fluido geotermico non sono previsti effetti ambientali sulla componente atmosferica.

La situazione in Italia

L’energia geotermica, rispetto all’eolico e al solare, non è ancora pienamente sviluppata. L’energia prodotta con la geotermia, rispetto alle altre rinnovabili, ha un valore aggiunto che condivide soltanto con l’idroelettrico: la continuità di erogazione indipendentemente dalle condizioni meteo-climatiche. Per tale motivo la geotermia costituirebbe un importante sostegno nei momenti di scarsa produzione delle altre fonti di energia rinnovabili.

Le principali regioni italiane in cui è possibile adoperare l’energia geotermica ad alta entalpia sono la Toscana, il Lazio e la Sardegna. Altre regioni rilevanti sono la Sicilia e alcune zone del Veneto, dell’Emilia-Romagna, della Campania e della Lombardia.

Attualmente, in Italia l’unico produttore di energia elettrica da fonte geotermica è l’Enel green power e la Toscana è l’unica regione con la presenza di impianti in funzione.

In Toscana gli impianti sono distribuiti nell’area del Monte Amiata, in provincia di Grosseto, e nelle sub aree Larderello, Radicondoli-Chiusdino e Lago, situate a cavallo tra le province di Pisa, Siena e Grosseto.

In tali aree la qualità dell’aria è monitorata dall’Enel Green Power attraverso un sistema di 18 stazioniche misurano costantemente la concentrazione di idrogeno solforato. I valori misurati sono validati dall’Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente (ARPAT). Tale Agenzia, inoltre, gestisce la stazione fissa ubicata vicino a Larderello facente parte della Rete regionale delle stazioni di qualità dell’aria e che monitora l’acido solforico, l’ozono, il particolato atmosferico (PM₁₀) e il protossido di azoto.

I serbatoi geotermici utilizzati nelle aree della Toscana sono due: un serbatoio superficiale all’interno di livelli cataclastici delle rocce carbonatiche-evaporitiche delle unità toscane che produce un vapore surriscaldato, e un serbatoio ubicato ad una profondità maggiore di 2 km, molto più esteso, caratterizzato da un sistema di rocce metamorfiche fratturate.

Il serbatoio profondo del campo di Larderello-Radicondoli è a vapore dominante, mentre quello nell’area dell’Amiata è ad acqua dominante.

Negli impianti toscani il gas incondensabile più abbondante nei fluidi geotermici, l’anidride carbonica, viene separato dal vapore e immesso in atmosfera o utilizzato per i processi industriali e agroalimentari. In merito occorre evidenziare che i fenomeni di vulcanismo (Amiata) e magmatismo (Larderello) determinano emissioni naturali di anidride carbonica. Tuttavia, la velocità di rilascio dell’anidride carbonica dagli impianti geotermici è, generalmente, superiore rispetto a quella naturale.

Per quanto concerne la sismicità indotta, in Italia, gli eventi registrati nei decenni di produzione geotermica hanno solitamente magnitudo estremamente limitata.

Conclusioni: criticità e proposte

Prioritariamente si rileva che i limiti dei valori emissivi riportati nel D.Lgs n. 152 del 2006 per l’idrogeno solforato, l’arsenico e il mercurio sono riferiti alla sola componente disciolta nella condensa trascinata in emissione dalla torre di raffreddamento, che corrisponde indicativamente all’1% della concentrazione totale dell’inquinante.

Per tutti e tre gli inquinanti i valori emissivi sono espressi come media oraria su base mensile e in termini di flusso di massa e di concentrazione, ovvero, rispettivamente, come la massima quantità emessa nell’unità di tempo e di volume. Se il flusso di massa misurato è inferiore alla soglia di rilevanza, non è applicabile il limite di concentrazione,  mentre se il flusso di massa è uguale o superiore a tale soglia, il limite di concentrazione è applicabile.

Tutto ciò presuppone lo svolgimento di misurazioni in continuo, ma tale modalità non è fattibile tecnicamente in quanto negli impianti non sono situate apparecchiature in grado di effettuare tali rilevazioni. I controlli, quindi, vengono effettuati in modo puntuale e nelle condizioni di esercizio più gravose rappresentative dei massimi livelli emissivi in condizioni di normale funzionamento.

Secondariamente si evidenzia che le esternalità positive derivanti dall’utilizzo dell’energia geotermica per la produzione di elettricità e per gli usi termici, oltre che per il condizionamento degli edifici, sono conosciuti ancora in maniera limitata. La scarsa conoscenza ha determinato il sostanziale immobilismo dello sviluppo geotermico in Italia, una percezione negativa da parte delle popolazioni locali, un’attenzione particolare e una preoccupazione da parte dei decisori politici e dei potenziali investitori sui possibili impatti ambientali e sui rischi connessi allo sviluppo di progetti geotermici.

Tutto ciò premesso, si sottolinea l’opportunità di revisionare e aggiornare i regolamenti esistenti per il settore geotermico al fine di redigere una normativa chiara e univoca. Inoltre è imprescindibile prefissare dei valori limite per gli inquinanti al fine di regolamentare le emissioni totali prodotte dall’impianto.

Si ritiene utile predisporre una mappa di valutazione degli impatti e dei rischi ambientali derivanti dalla diffusione delle centrali geotermiche. In merito, sarebbe rilevante esaminare l’intero ciclo di vita del processo (LCA). È altresì opportuno sviluppare un database pubblico al fine di rendere fruibili alla popolazione, ai decisori politici e agli investitori le conoscenze acquisite in materia.

La mancanza di una incentivazione appropriata rappresenta un fattore importante per lo sviluppo della geotermia  in quanto le agevolazioni permettono lo sviluppo di progetti di ricerca e di tecnologie innovative volte a mitigare gli impatti e, conseguentemente, a tutelare l’ambiente.

Infine si rileva la necessità di redigere un Regolamento europeo di buone pratiche in grado di stabilire e dettagliare una sequenza di azioni volte alla valutazione, al monitoraggio e alla gestione dei rischi sismici potenzialmente connessi al settore geotermico. La predisposizione di tale regolamento è utile anche per l’industria mineraria, oil&gas, ecc.

di Ilaria Falconi*

*Tecnologo di ricerca III liv CREA presso il MIPAAF (Ministero delle politiche agricole alimentari, forestali e del turismo), Consigliere Nazionale SIGEA (Società Italiana di Geologia Ambientale), Consigliere SIGEA (Società Italiana di Geologia Ambientale) Sez. Lazio