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Forme di energia geotermica

A seconda della profondità e del calore utilizzato si distingue tra due forme di geotermia: la geotermia profonda e la geotermia di superficie (fino a 400 metri). Il Servizio Sismico Svizzero (SED) si occupa esclusivamente della geotermia profonda. Infatti quest’ultima, secondo le conoscenze attuali, è l’unica forma che può causare terremoti indotti. Gli altri interventi nel sottosuolo che possono innescare terremoti indotti sono disponibili qui.

Le seguenti spiegazioni hanno lo scopo di illustrare in breve i concetti centrali del tema geotermia e sono tratte da varie fonti di riferimento referenziate.

Geotermia profonda

La geotermia profonda accede a strutture rocciose che si trovano ad almeno 400 metri di profondità nel terreno. A seconda delle temperature del sottosuolo sono possibili diversi utilizzi.

Le falde acquifere che si trovano a una profondità di 400–2000 metri rappresentano temperature dai 20 ai 70 °C. L’acqua termale qui presente è adatta non solo per i bagni, ma anche per l’estrazione di calore. Lo stesso è possibile con i sistemi che sfruttano il drenaggio di tunnel (UFE, Nutzung der Erdwärme - Überblick, Technologie, Visionen).

A una profondità di 4000 metri sotto de la Svizzera le temperature sono comprese tra i 150 e i 200 °C. I progetti geotermici, che accedono a questi strati di roccia, di solito usano una parte dell’energia estratta direttamente per la produzione di elettricità. Il resto può essere immesso in una rete di teleriscaldamento.

Si distingue tra due sistemi per la generazione di energia a grandi profondità: petrotermale e idrotermale.

Nei sistemi petrotermali, nell’arco di diversi giorni vengono iniettati nel terreno decine di migliaia di metri cubi di liquido (1 metro cubo = 1000 litri), solitamente acqua ad alta pressione e tipicamente nel basamento cristallino. L’obiettivo è quello di riattivare i molti sistemi di frattura esistenti nel futuro serbatoio. Mediante microterremoti di varia intensità viene aumentata in modo permanente la permeabilità della roccia per la circolazione dell’acqua. Viene così creato un sistema di fratture ottimizzato (in inglese Enhanced Geothernal System [EGS]) per lo sfruttamento geotermico che funge da serbatoio interrato in cui il liquido circola e si riscalda. I microterremoti associati a questo processo sono sottoposti a monitoraggio intensivo. Da un lato per controllare la sismicità indotta nel modo migliore possibile (vedi Misure per arginare la sismicità indotta), dall’altro per trarre conclusioni sullo stato e sull’estensione spaziale del serbatoio in espansione. Successivamente viene creato un circuito artificiale attraverso un secondo pozzo che veicola in superficie il liquido riscaldato con il calore terrestre. Il liquido circola in un circuito parzialmente chiuso in cui la pressione del serbatoio e il flusso del liquido sono controllati dai ritmi equilibrati di alimentazione e produzione.

La procedura per aumentare la permeabilità, chiamata stimolazione, provoca continuamente terremoti minori. I terremoti non sono quindi un effetto collaterale indesiderato, ma lo strumento con cui viene lavorato nel sottosuolo. La maggioranza di questi terremoti è così piccola che non viene nemmeno percepita dall’uomo. L’arte della stimolazione è quella di creare un sistema di fratture che consenta lo scorrimento uniforme del maggior volume possibile senza creare «scorciatoie». Queste scorciatoie si verificano quando l’acqua scorre da un pozzo all’altro troppo velocemente e senza riscaldarsi abbastanza. Allo stesso tempo è importante evitare terremoti maggiori che causano danni. Scienziati e rappresentanti dell’industria stanno ricercando intensamente in tutto il mondo come ottenere al meglio questo equilibrio. Le informazioni di base sono disponibili in Roadmaps for Deep Geothermal Energy in Switerzland (in inglese) del Centro svizzero di competenza per la ricerca energeti ca – distribuzione dell’energia (SCCER-SoE).

Il sistema petrotermale, denominato in precedenza anche processo hot dry rock o deep heat mining è stato utilizzato fra l’altro a Basilea. I sistemi petrotermali possono essere realizzati sostanzialmente in tutta la Svizzera. Un sistema petrotermale commerciale dovrebbe fornire circa dai 50 ai 200 litri di acqua al secondo a una temperatura tra i 150 e i 180 °C per essere economicamente interessante. Inoltre, la temperatura dell’acqua dovrebbe ridursi solo lentamente nei circa trent’anni di funzionamento.

I sistemi idrotermali sfruttano in principio strati di rocce acquifere esistenti (falde acquifere) nei sedimenti per portare in superficie l’acqua calda presente naturalmente. Per ottenere una generazione elettrica proficua, sono necessarie falde acquifere con acqua dalla temperatura maggiore o uguale a 100 °C (di solito le sorgenti termali non raggiungono tali temperature). Dopo lo sfruttamento del calore, l’acqua raffreddata viene talvolta ripompata nel terreno attraverso un secondo foro. Presupposto che sia presente un flusso di acqua sufficiente in profondità, in questo sistema in genere è necessaria solo una lieve stimolazione della roccia. Ciò significa che, rispetto ad altri sistemi petrotermali, non necessariamente si verificano microterremoti.

Il progetto geotermico di San Gallo si basava su un sistema idrotermale. I sistemi idrotermali dipendono da falde acquifere esistenti con fratture sufficienti e temperature sufficientemente elevate, per questo motivo possono essere realizzati solo in determinati siti. Un’elaborata preindagine sismica è quindi spesso la condizione per individuare il sito adatto.

Geotermia di superficie

La geotermia di superficie include sonde geotermiche o campi di sonde geotermiche, sfruttamento del calore delle acque sotterranee, pali energetici e geostrutture. La geotermia di superficie penetra al massimo fino a 400 metri di profondità nel sottosuolo (BMU Opuscolo "Tiefe Geothermie - Nutzungsmöglichkeiten in Deutschland") e si muove negli strati con temperature dagli 8 ai 20 °C (UFE Opuscolo "L’utilisation de la chaleur terrestre").

Solitamente le sonde geotermiche vengono impiegate per azionare le pompe di calore. Attingono calore dal terreno, dall’aria o dall’acqua. La geotermia di superficie con sonde geotermiche può essere utilizzata per il riscaldamento degli ambienti e la preparazione dell’acqua calda. Tali pompe richiedono però energia elettrica supplementare. Una pompa di calore si basa sul principio del frigorifero invertito, ovvero ha anche bisogno di energia indotta (una descrizione più accurata è disponibile sul sito web dell’Associazione professionale svizzera delle pompe di calore). Se non viene superata la profondità di circa 200 metri, in estate le sonde geotermiche possono essere utilizzate anche per il raffreddamento degli ambienti (St. Galler Stadtwerke "Ökologische Energie aus der Tiefe").

Nel caso della geotermia di superficie non sono da temere terremoti indotti, viste le basse profondità e i sistemi chiusi.