EGS, il miraggio a stelle e strisce dell'efficienza energetica?

EGS, ovvero Enhanced geothermal systems, Sistemi geotermici migliorati. I primi esperimenti sono iniziati negli anni 70' con una serie di progetti al Fenton Hill, New Mexico. Ma impianti EGS sperimentali sono stati realizzati in tutto il mondo. L'unione Europea è stata a lungo coinvolta nella ricerca e sviluppo di queste tecnologie. Francia e Germania hanno creato impianti pilota, mentre Islanda e Svizzera sono membri della IPGT, International Partnership for Geothermal Technology (di cui sono membri anche Stati Uniti e Australia), organizzazione che sta lavorando all'identificazione di nuove metodologie per l'effettivo sviluppo degli EGS.

Ma cosa sono esattamente gli EGS?

Come i classici impianti geotermici le tecnologie EGS utilizzano il calore della crosta terrestre per generare elettricità. Mentre i primi sfruttano le risorse idrotermali tradizionali, situate in prossimità della superficie, gli EGS riproducono artificialmente le condizioni di tali serbatoi, perforando dai 3 ai 10 km di profondità gli strati rocciosi ad alte temperature, impermeabili a causa della compressione esercitata dalla massa delle rocce sovrastanti. Dai cosiddetti pozzi di iniezione viene pompata acqua altamente pressurizzata, che, circolando attraverso le rocce rese artificialmente porose grazie alla tecnica della stimolazione, si riscalda a contatto con quest'ultime e ritorna in superficie sotto forma di vapore attraverso i pozzi di produzione, azionando una turbina che genera energia. L'acqua viene poi raffreddata e riconvogliata nel sistema per ripetere il ciclo. All'aumentare della temperatura l'acqua stimola fratture che si estendono attraverso le formazioni geologiche, creando serbatoi idrotermali. La stimolazione può essere favorita da trattamenti che comportano l'immissione di acidi, la cui funzione è di corrodere i frammenti di roccia accumulati.

Schema descrittivo di un impianto EGS. 1:Reservoir 2:Zona di pompaggio 3:Scambiatore di calore 4:Zona turbina 5:Pozzo di produzione 6:pozzo d'iniezione 7:Acqua calda presso zona di riscaldamento 8:Roccia porosa 9:Pozzo 10:Basamento


Schema descrittivo di un impianto EGS.
1:Reservoir 2:Zona di pompaggio 3:Scambiatore di calore 4:Zona turbina 5:Pozzo di produzione
6:Pozzo d'iniezione 7:Acqua calda presso zona di riscaldamento 8:Roccia porosa 9:Pozzo 10:Basamento

Nel novembre 2006 il celebre Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha pubblicato uno studio sul futuro dell'energia geotermica (The Future of Geothermal Energy), con l'obbiettivo di stabilire se negli Stati Uniti il geotermico possa risultare competitivo rispetto ad altre fonti di energia, e determinare l'entità degli investimenti da fornire alla ricerca al fine di renderlo tale. Un'analisi che si delinea come superamento degli studi compiuti nei 30 anni precedenti, basata su una dettagliata valutazione delle risorse geotermiche e delle possibili evoluzioni del mercato degli EGS. La ricerca, iniziata nel settembre del 2005 e condotta da una commissione formata da 18 ricercatori, si è concentrata su tre punti salienti:

  • dimensioni e distribuzione delle risorse EGS; 
  • requisiti indispensabili per rendere gli EGS realizzabili su scala commerciale; 
  • previsioni riguardanti l'impatto degli EGS sull'approvvigionamento di energia entro il 2050.

Tenendo conto di quanto calore possa essere effettivamente ricavato dalle riserve EGS, è stato calcolato che il quantitativo di energia ottenibile supera i 200.000 EJ, ovvero circa 2.000 volte il consumo annuo di energia primaria degli Stati Uniti nel 2005. Per mezzo di miglioramenti tecnologici il quantitativo di energia utilizzabile potrebbe essere ulteriormente aumentato, facendo in modo che gli EGS siano sostenibili per secoli.

Nel rapporto gli studiosi sottolineano che, per quanto la ricerca abbia ancora molto da fare, nessuna delle barriere economiche e tecniche, limitanti l'ampia diffusione degli EGS come risorsa di energia domestica, è considerata insormontabile. La commissione di esperti ha stabilito che la tecnologia EGS sarà in grado di fornire in modo competitivo 100.000 MW di energia entro il 2050 (il 10% dell'attuale capacità energetica della nazione), e che nell'arco di 15 anni saranno necessari da 300 a 400 milioni di dollari d'investimenti per rendere competitivi gli impianti EGS di ultima generazione nel mercato del rifornimento dell'energia elettrica statunitense.

Gli studiosi osservano che il geotermico garantirebbe una fonte di energia sicura a lungo termine, che aiuterebbe a salvaguardare l'America da instabilità economiche causate dalle fluttuazioni del prezzo del combustibile, da una eventuale sospensione dell'approvvigionamento, o ancora dal ritiro degli impianti nucleari. Una scelta che potrebbe cambiare il corso della storia. Nonostante questo enorme potenziale, si legge nel rapporto, tale opzione negli USA è stata largamente ignorata. A causa dell'insufficiente supporto finanziario alla ricerca per oltre un decennio non sono stati realizzati studi specifici. Inspiegabilmente. Un osservazione che dovrebbe far riflettere se si pensa che proprio in questo lasso di tempo, dal 1991 al 2006, si sono succedute le ben due guerre in Iraq, una delle quali definita dai movimenti di protesta "la guerra del petrolio".

Impatto ambientale 

L'impatto ambientale non solo è marcatamente inferiore rispetto a quello relativo agli impianti nucleari o ai convenzionali impianti a combustibile fossile, ma potrebbe esserlo addirittura rispetto ad altre fonti di energia rinnovabile come quella solare, eolica, e quella ottenuta con la biomassa.

  • La fonte è infatti sotterranea e l'apparecchiatura di conversione dell'energia è relativamente compatta, rendendo così esigua la superficie occupata dall'intero sistema.
  • Gli impianti geotermici EGS operano con una circolazione a loop chiuso che ha come effetto secondario emissioni minime di gas serra.
  • Questo tipo di tecnologia non richiede immagazzinamento di energia.
  • Non è necessario estrarre materiali o agire sulla crosta terrestre, come nel caso delle attività minerarie a cielo aperto (previo sbancamento) legate al carbone o all'uranio.
  • Diversamente dai biocarburanti e dai combustibili fossili, l'energia geotermica non è lavorata o trasportata su grandi distanze (un processo dispendioso dal punto di vista energetico e potenzialmente dannoso per l'ambiente).

Gli esperti del MIT, per quanto ottimisti, assumono tuttavia un atteggiamento prudente, sottolineando come vi siano ancora aspetti da approfondire e che dovranno essere considerati in prospettiva di sviluppi futuri.

Vantaggi e limiti

Il maggior vantaggio degli EGS deriva dalla possibilità di soddisfare una domanda costante di elettricità. Diversamente dall'energia rinnovabile non costante, come il vento e l'energia solare, un impianto EGS può infatti erogare energia quanto le centrali a carbone. I reservoir creati artificialmente conferiscono inoltre agli EGS maggiore flessibilità di ubicazione rispetto a quelli tradizionali, che presentano l'ulteriore svantaggio di dipendere dalla vicinanza all'utilizzatore finale dell'energia elettrica, e possono essere sviluppati soltanto in presenza di risorse idrotermali naturali.

L'ampia diffusione degli EGS, comunque, è legata sostanzialmente ai progressi nella tecnologia della trivellazione, difficoltosa a causa delle alte temperature, responsabili del deterioramento del pozzo (arrivando a causarne un eventuale collasso) e del suo rivestimento. Questi limiti si riferiscono soprattutto ai pozzi EGS, caratterizzati da maggiori profondità.

E' molto difficile valutare la spesa per un impianto su scala commerciale, i cui costi dipendono per lo più dalla creazione del reservoir, soggetto alle limitazioni derivanti dalle caratteristiche geologiche del luogo. Soltanto le spese per la trivellazione ammontano a più di un terzo del costo capitale dell'impianto. Inoltre queste stime non tengono conto del lavoro preventivo utile a determinare la fattibilità e la valutazione dei rischi nella realizzazione del progetto.

Sismicità

Già dagli anni 20' gli scienziati erano a conoscenza del fatto che l'immissione e l'estrazione di fluidi avrebbe potuto causare eventi sismici indotti, cioè causati dall'attività umana. In seguito al verificarsi di terremoti in zone in cui sono state impiegate tecnologie per l'iniezione e l'estrazione di fluidi attraverso la crosta terrestre, come quelli di Basilea, in Svizzera, tra il 2006 e il 2008, in Arkansas, Ohio e Texas, si è iniziato a ipotizzare che queste pratiche potessero essere causa di eventi sismici. Sebbene solo una minima parte delle attività d'iniezione ed estrazione, svolte presso centinaia di migliaia centri di produzione di energia negli Stati Uniti, abbia indotto fenomeni di sismicità a livelli sufficientemente apprezzabili da diventare noti al pubblico (magnitudo maggiore di 2.0), gli enti responsabili hanno iniziato a cercare di vederci chiaro con uno studio dal titolo Induced Seismicity Potential in Energy Technologies.

 

La pressione tra le fratture delle rocce dovuta ad esempio all'iniezione o estrazione di fluido dalla superficie terrestre può modificare il complesso di tensioni e sollecitazioni che agiscono sulla faglia attigua. L'azione riconducibile al fluido introdotto o rimosso sembra avere la maggior correlazione con gli eventi sismici indotti; motivo per il quale si rende necessario il mantenimento di un equilibrio tra il fluido iniettato e quello prelevato.

Mentre i meccanismi generali degli eventi sismici indotti sono ben compresi, gli scienziati attualmente non sono in grado di pronosticare l'entità e il verificarsi di questi fenomeni a causa della mancanza di dati esaurienti sul complesso sistema roccioso in particolari luoghi di produzione dell'energia. Previsioni di questo tipo in specifici siti di produzione dell'energia dipenderanno sia da modelli teorici sia da dati e misure eseguite sul campo.

Il primo EGS connesso alla rete (2013)

Nell'aprile del 2013 il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti annuncia l'operatività del primo impianto EGS commerciale della nazione. L'impianto da 1,7 MW, situato presso la Contea di Churchill, nel nord ovest del Nevada, è stato realizzato grazie ai finanziamenti pari a 5,4 milioni di dollari da parte del Dipartimento dell'Energia, e da 2,6 milioni di dollari provenienti da fondi privati. Il Desert Peak 2, come è stato definito, ha esteso la durata di precedenti pozzi geotermici improduttivi, aumentandone la potenza del 38%.

Dall'inizio del progetto nel 2008, il Dipartimento per l'Energia ha collaborato con Ormat Technologies, GeothermEx, la United States Geological Survey (USGS), il Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), e i Sandia National Laboratories per sviluppare al minor costo possibile innovative tecnologie di produzione basate sulle migliori pratiche di monitoraggio e salvaguardia dell'ambiente. E' attualmente uno dei progetti supportati dal Dipartimento dell'Energia messi a punto negli Stati Uniti, assieme al progetto dimostrativo Calpine presso il complesso "The Geysers" a Middletown, in California e il progetto AltaRock presso il Newberry Volcano vicino Bend, in Oregon, per dimostrare la realizzabilità degli EGS.

David Danielson, Vicesegretario dell' EERE (Office of Energy Efficiency and Renewable Energy), ha dichiarato che lo sfruttamento di queste risorse costituisce un importante risultato della strategia dell'Amministrazione del Presidente Obama, mirata a creare posti di lavoro e rafforzare la competitività globale della nazione, riducendo l'inquinamento e diversificando la gamma di fonti di energia.

Fonti:

http://www.c2es.org/technology/factsheet/EGS

Tester, Jefferson, The Future of Geothermal Energy: Impact of Enhanced Geothermal Systems (EGS) on the United States in the 21st Century. Massachusetts Institute of Technology.

National Academy of Sciences, Induced Seismicity Potential in Energy Technologies (Report in Brief). National Academy of Sciences 2012.

http://energy.gov/articles/nevada-deploys-first-us-commercial-grid-connected-enhanced-geothermal-system

AutoreStella Panosetti

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