L’energia geotermica, che sfrutta il calore naturale della Terra, ha il potenziale per diventare una fonte energetica rinnovabile pulita e affidabile. Tuttavia, le tecnologie geotermiche tradizionali sono limitate in termini di temperatura e profondità di accesso al calore.
Energia geotermica: la chiave per un futuro energetico sostenibile?
Trenton T. Cladouhos, uno scienziato geotermico con 16 anni di esperienza nel campo, ha recentemente presentato un articolo alla Stanford University in cui delinea le sfide e le opportunità della geotermia come fonte di energia rinnovabile.
Cladouhos sostiene che la geotermia ha il potenziale per alimentare il pianeta, ma che la ricerca e lo sviluppo in questo campo devono ancora colmare alcune lacune.
Le osservazioni dello scienziato si sono concentrate sulle sfide associate all’estrazione del calore dal sottosuolo, in particolare da rocce supercalde a temperature superiori a 375°C. In queste condizioni, l’acqua convogliata diventa supercritica, assumendo una fase simile al vapore con una capacità di trasporto energetico 5-10 volte superiore all’acqua calda normale.
L’estrazione di energia geotermica supercritica offre un enorme potenziale: basti pensare che il recupero di appena il 2% dell’energia termica immagazzinata nella roccia calda tra 3 e 10 km di profondità negli Stati Uniti equivarrebbe a 2.000 volte il consumo annuale di energia primaria del paese. Tuttavia, la tecnologia per sfruttare questa energia è ancora in fase di sviluppo.
Le sfide nell’estrazione di energia geotermica
Un ostacolo chiave allo sfruttamento dell’energia geotermica profonda è la tecnologia di perforazione. Le trivelle tradizionali utilizzate nell’industria petrolifera e del gas non sono progettate per resistere alle temperature e alle pressioni estreme che si incontrano a chilometri di profondità , dove si trova la fonte primaria.
I sistemi geotermici ingegnerizzati (EGS) sono una tecnologia promettente per sfruttare l’energia geotermica profonda. Questi sistemi, noti anche come radiatori o scambiatori di calore sotterranei, mirano a creare artificialmente serbatoi di acqua calda in profondità nella terra.
Diversi approcci sono stati sviluppati e utilizzati sul campo da aziende come Eavor e Fervo Energy. Tuttavia, nessuno di questi sistemi ha ancora dimostrato la sua efficacia a temperature superiori a circa 200°C.
La startup Quaise Energy sta sviluppando una soluzione innovativa a questo problema: la perforazione con onde millimetriche. Le onde millimetriche, simili alle microonde che usiamo in cucina, possono letteralmente sciogliere e vaporizzare la roccia, creando un tunnel per raggiungere le profondità desiderate.
Energia geotermica: colmare le lacune nella ricerca e sviluppo
Le sfide per lo sfruttamento dell’energia geotermica profonda richiedono innovazioni nei sistemi EGS esistenti o addirittura approcci completamente nuovi.
Nel suo discorso, Cladouhos ha identificato 14 lacune nella ricerca e nello sviluppo che devono essere colmate per raggiungere questo obiettivo. Le lacune sono raggruppate in tre categorie: scienza di base, strumenti e infrastrutture e tecnologia di stimolazione e serbatoio.
Una lacuna fondamentale è la necessità di maggiori dati sulla meccanica delle rocce a profondità e pressioni estreme. Tali dati a loro volta consentiranno agli scienziati geotermici di modellare meglio questi sistemi.
La progettazione della stimolazione è un aspetto critico per lo sfruttamento efficiente dell’energia geotermica profonda. L’obiettivo è creare un sistema economico per far circolare l’acqua attraverso rocce supercalde per estrarre il loro calore.
I sistemi geotermici poco profondi odierni utilizzano spesso la tecnica di fratturazione della roccia per aumentare la superficie di scambio termico. Tuttavia, la fratturazione a profondità e temperature estreme presenta sfide significative e rappresenta un’incognita, come sottolineato da Cladouhos.
Il completamento dei pozzi è un’altra area critica che richiede innovazione per lo sfruttamento dell’energia geotermica profonda. Si tratta di stabilizzare i pozzi geotermici contro le condizioni estreme di temperatura, pressione e corrosione presenti in profondità . I pozzi perforati in paesi come Islanda, Giappone, Stati Uniti e Italia hanno fallito nel tempo a causa di queste sfide.
Cladouhos ha sottolineato che il percorso per sfruttare l’energia geotermica supercritica sarà graduale e richiederà un impegno a lungo termine. Il primo progetto EGS di roccia supercalda colmerà molte lacune di conoscenza, ma ne rivelerà probabilmente anche di nuove. Il raggiungimento degli obiettivi commerciali richiederà un processo iterativo di sviluppo tecnologico e test sul campo.
Nonostante le sfide, Cladouhos e Callahan sono ottimisti sul successo di questa tecnologia.
Esistono già esempi di tecnologie che operano a temperature simili o superiori a quelle della roccia supercalda, come le centrali elettriche a carbone e nucleari.
Gli ingegneri e gli scienziati hanno le competenze per progettare sistemi in grado di accedere, contenere ed estrarre energia da questa risorsa globale. Tuttavia, per accelerare lo sviluppo sono necessari incentivi per gli investimenti e la ricerca.
