ENERGIA DELLA TERRA STRUTTURA DELLA TERRA La Terra ha una struttura interna formata da tre strati concentrici di diverso spessore. Procedendo dall’esterno verso l’interno troviamo: • la crosta; • il mantello; • il nucleo, suddiviso in nucleo esterno e nucleo interno. È stato possibile conoscere la struttura interna della Terra grazie allo studio delle onde sismiche. La velocità di propagazione delle onde sismiche varia in base alla composizione, alla densità e alle proprietà meccaniche del tipo di roccia attraversato; esse inoltre modificano la loro direzione nel passaggio da un materiale a un altro poiché subiscono riflessioni e rifrazioni. STRUTTURA DELLA TERRA: LA CROSTA La crosta terrestre è un sottilissimo involucro di spessore irregolare. Si distinguono due tipi di crosta: • la crosta oceanica, più densa e sottile (7-10 km di profondità), che costituisce il pavimento dei fondali oceanici; • la crosta continentale, meno densa e più spessa (varia tra 25 e 70 km di profondità), che emerge in superficie e risulta più irregolare e complessa. STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA Il mantello è lo strato di maggiore spessore, estendendosi fino a 2900 km di profondità. È costituito principalmente da silicati e ossidi. Il mantello si divide in: o una porzione solida, che insieme alla crosta terrestre forma la litosfera (profonda fino a 100 km); o una porzione semifluida, più profonda, detta astenosfera, in cui avvengono i moti convettivi responsabili dei movimenti tettonici della litosfera. Il nucleo occupa la parte centrale della Terra, con un raggio di circa 3500 km. La temperatura sale da 3000 °C, in prossimità del mantello, a circa 4500 °C al centro della Terra. Il materiale del nucleo esterno ha pertanto le caratteristiche di un fluido, mentre il nucleo interno è allo stato solido a causa dell’enorme pressione (3,6 milioni di atmosfere). Si ritiene che il nucleo abbia composizione metallica, data da leghe di ferro con nichel e altri metalli. CALORE DELLA TERRA La Terra al suo interno è calda e la sua temperatura aumenta gradualmente con la profondità. Si definisce: GRADIENTE GEOTERMICO: l’aumento di temperatura in funzione della profondità GRADO GEOTERMICO: corrisponde all’intervallo di profondità per il quale si registra un aumento di temperatura di 1 °C; il valore del grado geotermico è in media di 33 m. FLUSSO DI CALORE: la quantità di energia termica che viene emessa dalla Terra per unità di superficie in una unità di tempo, e si misura in HFU (Heat Flow Unit, unità di flusso di calore). Il flusso termico non è omogeneo sulla superficie terrestre ed è maggiore nelle zone in cui avvengono intensi fenomeni vulcanici e sismici, che si accompagnano a processi tettonici. IL CALORE INTERNO DELLA TERRA • Il calore interno terrestre ha due fonti distinte: ‐ calore interno residuo (o calore fossile), accumulato durante la formazione del pianeta nella sua prima fase di vita, che risale a circa 4,6 miliardi di anni fa. Da allora la Terra si è raffreddata molto lentamente e conserva ancora una gran parte del calore iniziale. ‐ calore prodotto dal decadimento radioattivo di alcuni elementi chimici presenti nelle rocce. Le maggiori fonti di calore radioattivo si trovano alla base della crosta terrestre e nella parte alta del mantello. Oggi si ritiene che il calore radioattivo sia la causa principale del flusso termico. Il flusso di calore che si registra sulla superficie terrestre può essere il risultato di trasferimenti di calore da zone più calde a zone più fredde all’interno della Terra. Il trasferimento di calore avviene grazie ai moti convettivi del mantello. ENERGIA GEOTERMICA L’energia geotermica è l’energia derivata dal calore presente negli strati più profondi della crosta terrestre. Il calore della Terra può essere sfruttato per produrre energia elettrica oppure per il riscaldamento. SONDA GEOTERMICA: impianto che si ottiene scavando nel terreno un pozzo del diametro di 15 cm circa, in cui vengono inseriti due tubi. Si crea così un circuito chiuso in cui circola acqua che estrae energia termica dal sottosuolo e la trasporta nel locale caldaia. Tramite la pompa il calore viene trasferito all’abitazione. Il sistema funziona come un frigorifero, ma il processo è invertito. STRUTTURA E FUNZIONAMENTO DI UNA CENTRALE GEOTERMICA Il funzionamento di una centrale geotermica è molto semplice: il flusso di vapore proveniente dal sottosuolo, opportunamente canalizzato, fa girare una turbina alla quale è collegato un alternatore che produce corrente elettrica. Se il fluido non ha una temperatura tale da generare vapore, l’acqua calda può essere utilizzata per la produzione di calore, per esempio negli impianti di teleriscaldamento, a servizio di più unità abitative. STRUTTURA E FUNZIONAMENTO DI UNA CENTRALE GEOTERMICA Se il vapore è a una temperatura di 150-250 °C, viene fatto risalire in superficie con delle trivellazioni e, attraverso dei vapordotti, è inviato alla turbina. L’asse della turbina è collegato al rotore dell’alternatore che, ruotando, trasforma l’energia meccanica in energia elettrica alternata. Attraverso un trasformatore, per mitigare le perdite di carico, la tensione viene elevata a 400 000 V e trasportata in prossimità dei centri abitati, dove, con un altro trasformatore, si ottiene la tensione per gli usi domestici (220 V) e gli usi industriali (380 V). Il vapore uscente dalla turbina, tramite un condensatore, viene riportato allo stato liquido; i gas incondensabili vengono dispersi nell’atmosfera. Una torre di raffreddamento permette di raffreddare l’acqua che esce dal condensatore e di fornire acqua fredda. L’acqua viene poi reimmessa nel terreno, e il ciclo ricomincia. CENNI STORICI SULL’ENERGIA GEOTERMICA L’Italia è all’avanguardia per quanto riguarda lo sfruttamento dell’energia geotermica: il primo impianto geotermico del mondo è stato infatti costruito a Larderello (Pisa), nel 1904. Attualmente in Italia le centrali geotermiche sono concentrate solo in alcune zone. Nel mondo l’80% degli impianti geotermici si trova nella cintura di fuoco del Pacifico: è soprattutto ai confini di questo oceano che le placche tettoniche si sovrappongono, dando origine alle isole vulcaniche di Giappone, Indonesia, Filippine e Nuova Zelanda. Anche sotto gli Stati Uniti occidentali, El Salvador e Messico la crosta terrestre è così calda che la scelta geotermica diventa un’opzione importante per l’approvvigionamento energetico. BARRIERE ALLO SVILUPPO DEL GEOTERMICO L’energia geotermica è considerata un’«energia pulita». La sua produzione non genera, in teoria, polveri o sostanze tossiche da immettere nell’atmosfera e nemmeno rifiuti tossici da smaltire. L’unico sottoprodotto del processo energetico è il vapore acqueo che si libera dalle torri di raffreddamento. Gli impedimenti allo sviluppo del geotermico sono: 1) Nelle acque che circolano nel sottosuolo sono spesso presenti metalli pesanti o arsenico. Tali caratteristiche chimiche combinate con le alte temperature, queste acque sono aggressive e corrodono le tubature e le attrezzature con cui vengono a contatto, per cui si rende necessario l’utilizzo di materiali speciali, più costosi. 2) La qualità dei fluidi geotermici è tale per cui i gas e i fluidi di scarto devono subire necessariamente un trattamento opportuno prima di essere reimmessi in atmosfera o nel circuito delle acque superficiali. 3) Le grandi torri di raffreddamento di una centrale geotermica hanno un impatto ambientale abbastanza importante da un punto di vista estetico, anche se un «inquinamento» di questo tipo è preferibile a quello di una centrale termoelettrica a combustibili fossili. 4) Le turbine azionate dal vapore producono un inquinamento acustico importante, che si può comunque mitigare con opportuni sistemi di isolamento. PROSPETTIVE FUTURE La prerogativa dell’energia pulita, abbinata a un impatto ambientale minimo e a una disponibilità praticamente inesauribile, pone l’energia geotermica tra le fonti da sviluppare in futuro, anche nel caso di impianti di piccola entità, i cosiddetti impianti domestici. Come funziona un impianto geotermico domestico? IMPIANTI GEOTERMICI DOMESTICI Un impianto di geotermia domestica è composto da tre elementi principali: • sensori o sonde geotermiche: sono delle semplici tubazioni, contenenti un fluido termovettore a elevata conducibilità termica, inserite nel terreno, che assorbono calore dal sottosuolo; • pompa di calore o termopompa: è un generatore che utilizza il calore estratto dalle sonde per renderlo sfruttabile dall’impianto di distribuzione; • sistema interno di distribuzione del calore: impianto di riscaldamento dell’abitazione. TIPOLOGIE DI IMPIANTI Vediamo ora i diversi tipi di sonde geotermiche, che possono essere classificate in: • sonde verticali; • sonde orizzontali. Per utilizzare l’energia geotermica vera e propria si impiegano le sonde verticali. Per utilizzare l’energia assorbita dal terreno dall’irraggiamento solare, si utilizzano le sonde orizzontali. COSTI, RISPARMI E VANTAGGI COSTI RISPARMI VANTAGGI Per un’abitazione di 100 m2 il costo dell’impianto è di circa 15 000-25 000 €, a seconda delle condizioni geologiche e del tipo di impianto (nel caso dell’impianto con sonde verticali il costo è più elevato); quindi del tutto paragonabile a quello di un impianto tradizionale a gasolio, metano o GPL, a parità di superficie radiante installata. La pompa di calore costa poco più di una buona caldaia a condensazione e il costo maggiore è la realizzazione dell’impianto di distribuzione interno, necessario per ogni forma di riscaldamento. I risparmi energetici permettono di ammortizzare il costo iniziale in circa 5 anni. Per dare un’idea del risparmio possibile, basta osservare che il riscaldamento per un anno costa, per ogni m2 di superficie riscaldata, • dai 5 ai 7 € per un impianto geotermico, • dai 9 ai 14 € per uno a metano • dai 14 ai 22 € per un impianto a GPL. La produzione di acqua calda permette di risparmiare circa il 30% durante l’inverno. Durante l’estate la produzione è gratuita, in quanto l’acqua viene riscaldata a circa 60-70 °C utilizzando il calore sottratto all’aria per la climatizzazione. • all’interno delle singole abitazionI si crea un’aria più sana • non vi sono gas di scarico, fumi, polveri e non viene bruciato ossigeno, per cui l’aria risulta più pulita. • Nelle case dotate di questo tipo di riscaldamento non vi saranno problemi di depositi neri sulle pareti o sugli arredi. • Il riscaldamento a pannelli radianti a bassa temperatura è più salubre: permette di regolare meglio i flussi di calore rendendoli più uniformi negli ambienti ed evitando i picchi di caldo o di freddo. • Sono impianti molto sicuri in quanto non vi è combustione.
