L’energia geotermica è in corsa per diventare un attore importante nel futuro dell’energia pulita a livello mondiale

Gli accordi sull’energia nucleare da parte dei giganti della tecnologia Amazon, Microsoft e Google hanno suscitato l’attenzione dei media di tutto il mondo negli ultimi mesi. Ma diverse aziende, tra cui Meta e Google, stanno investendo anche in un’altra fonte di energia a basse emissioni di carbonio: la geotermia di prossima generazione. Gli accordi mostrano che questa tecnologia è “all’apice” di un diffuso successo commerciale, afferma Lauren Boyd, una geologa che dirige l’Ufficio per le tecnologie geotermiche presso il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DoE) a Washington, DC.

Il 17 ottobre Fervo Energy, una start-up con sede a Houston, in Texas, ha ottenuto un forte impulso quando il governo degli Stati Uniti ha dato il via libera all’espansione di un impianto geotermico che Fervo sta costruendo nella contea di Beaver, nello Utah. Il progetto potrebbe eventualmente generare fino a 2.000 megawatt, una capacità paragonabile a quella di due grandi reattori nucleari. Anche se arrivare a quel punto potrebbe richiedere del tempo, l’impianto ha già 400 MW di capacità in cantiere e sarà pronto a fornire energia 24 ore su 24 ai data center assetati di energia di Google e ad altri clienti entro il 2028. Ad agosto, un’altra start-up, Sage Geosystems, ha annunciato una partnership con Meta, la società madre di Facebook, per fornire fino a 150 MW di energia geotermica ai data center di Meta entro il 2027.

Non l’impianto geotermico di tua nonna

Sage, Fervo e altre aziende in tutto il mondo stanno facendo a gara per sfruttare il calore che scorre costantemente dalle profondità della Terra. A differenza dell’energia geotermica convenzionale, che esiste da quasi un secolo, questi progetti non si basano su sorgenti termali naturali; invece, ne creano uno proprio.

Il processo prevede la perforazione di un pozzo profondo diversi chilometri, dove le rocce hanno una temperatura di circa 200 °C, e l’iniezione di acqua e sabbia ad alta pressione. Ciò provoca fratture nelle rocce, aumentandone la permeabilità e creando un serbatoio di acqua riscaldata che può essere estratta continuamente attraverso un secondo pozzo. L’acqua calda e pressurizzata viene poi utilizzata per generare elettricità (vedi ‘Geotermia potenziata’).

Questo approccio – noto come sistemi geotermici avanzati (EGS) – è stato tentato fin dagli anni ’70, ma la maggior parte dei progetti non è riuscita a estrarre notevoli quantità di energia.

I miglioramenti negli ultimi dieci anni sono derivati ​​dall’adozione di tecniche utilizzate nell’industria del petrolio e del gas, compresi modi migliori per fratturare la roccia e perforare orizzontalmente. I ricercatori hanno dovuto adattare questi metodi alla perforazione della roccia ad alte temperature o trovare le proprie soluzioni. Boyd è stata direttamente coinvolta in Utah FORGE, un progetto DoE per promuovere la tecnologia EGS, che secondo lei ha introdotto una serie di innovazioni che hanno quasi dimezzato i costi di perforazione.

Tunneling laterale

La perforazione orizzontale, in particolare, è stata cruciale per il successo dell’EGS, afferma Joseph Moore, geologo dell’Università dello Utah a Salt Lake City, perché le crepe create dal fracking “tendono ad andare verticalmente”. Un pozzo orizzontale attraverserà molte fratture e inietterà acqua – o la estrarrà da – un grande volume di roccia, afferma Moore, che dirige Utah FORGE.

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Sebbene Utah FORGE abbia ampliato i confini dell’EGS e abbia sviluppato tecniche per perforare rocce più profonde e calde di quanto fosse stato possibile in precedenza, il vicino stabilimento Fervo nello Utah e due precedenti progetti pilota hanno dimostrato che il concetto EGS può funzionare utilizzando strumenti standardizzati strumenti, afferma Emma McConville, geologa senior di Fervo, che ha sede a Reno, Nevada, “Possiamo fornire enormi quantità di energia geotermica al mercato a ritmi estremamente rapidi”, afferma.

I dirigenti delle società geotermiche di prossima generazione affermano che la vasta forza lavoro composta da persone esperte nella trivellazione di petrolio e gas è una risorsa prontamente disponibile che dovrebbe aiutare le loro attività a crescere rapidamente. Anche per quanto riguarda le attrezzature c’è una sostanziale sovrapposizione con l’industria del petrolio e del gas: le torri alte 30 metri per perforare i pozzi sono le stesse che altrimenti verrebbero utilizzate per l’estrazione di idrocarburi, spiega McConville. “Essere in grado di farli andare avanti, ma lavorare per un’energia priva di emissioni di carbonio, è uno degli aspetti che preferisco di questo settore”.

Ridurre i rischi di terremoti

Lo sviluppo dell’EGS è stato ritardato in parte perché i processi di fratturazione idraulica coinvolti possono causare attività sismica. Alcuni progetti, tra cui uno a Basilea, in Svizzera, e un altro a Pohang, in Corea del Sud, hanno dovuto chiudere perché il fracking era legato a una notevole attività sismica.

Utah FORGE, Fervo e altre società stanno seguendo le linee guida del DoE per limitare la sismicità indotta e monitorano continuamente i loro siti con sismografi. “Se superiamo una certa soglia, chiudiamo”, afferma McConville. Anche se il fracking produce terremoti, questi sono stati generalmente di magnitudo inferiore a 2, aggiunge. “Se stiamo attenti e non approfondiamo i difetti che potrebbero sfuggire, non dovremmo ottenere eventi che puoi sentire”, dice Moore.

Un’altra società ha adottato un approccio ancora più avverso al rischio. Eavor, con sede a Calgary, in Canada, definisce la sua tecnologia geotermica “avanzata” piuttosto che “potenziata” e rinuncia del tutto al fracking. L’azienda ha invece sviluppato un sofisticato sistema di guida magnetica, in cui le teste di perforazione dei due fori si guidano a vicenda e formano anelli chiusi nel sottosuolo. “Non c’è il GPS quando ci si trova a quattro chilometri e mezzo sotto terra”, afferma Matt Toews, responsabile tecnologico dell’azienda.

In un progetto Eavor, ciascun pozzo si dirama in una griglia di tubi orizzontali paralleli, che poi si riconnettono all’altro pozzo. Ciò significa anche che l’acqua non entra mai in contatto diretto con la roccia, ma deve assorbire calore attraverso gli involucri dei tubi. “Il vantaggio è che non dobbiamo fratturare”, afferma Carsten Reinhold, capo geologo della filiale tedesca di Eavor a Düsseldorf.

Eavor sta costruendo il suo primo impianto geotermico commerciale vicino a Geretsried, in Germania, e questo dovrebbe iniziare a sfruttare l’acqua a 160 °C da una profondità di 4.500 m l’anno prossimo. L’impianto fornirà principalmente il riscaldamento agli edifici della vicina città, ma genererà anche circa 8 MW di elettricità.

Mercati futuri

La perforazione a chilometri di profondità è un’attività molto costosa e la realizzazione di ogni pozzo può costare milioni. Anche se si prevede che i costi diminuiranno, si prevede che la geotermia di prossima generazione sarà ancora più costosa di molte altre forme di energia. Ma poiché può essere disponibile in qualsiasi momento, potrebbe integrare risorse a basse emissioni di carbonio che sono intrinsecamente variabili, come il solare e l’eolico. “Riempe una nicchia in cui in realtà non ci sono molte opzioni”, afferma Wilson Ricks, ricercatore di sistemi energetici presso l’Università di Princeton nel New Jersey. I suoi principali concorrenti sarebbero quindi altre fonti energetiche costose, come il nucleare, la biomassa e l’idrogeno.

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Se la geotermia sarà o meno una soluzione economica dipenderà, in gran parte, anche dalla geografia. In generale, più si perfora in profondità, più calda è la roccia, ma i capricci della geologia fanno sì che le profondità alle quali le rocce raggiungono temperature sufficientemente elevate da consentire la generazione di elettricità – intorno ai 200°C – variano notevolmente in tutto il mondo. Le alte temperature tendono a essere trovate più vicine alla superficie nelle regioni con vulcanismo attivo o dove la crosta continentale è più sottile della media. Uno studio del DoE, ad esempio, mostra che il lato occidentale degli Stati Uniti ha un potenziale molto maggiore rispetto al lato orientale per l’estrazione di questa energia con profitto (vedi ‘Potenziale irregolare’).

In uno studio pubblicato all’inizio di quest’anno in Energia della natura¹Ricks e collaboratori, tra cui il co-fondatore di Fervo Jack Norbeck, hanno simulato i mercati energetici statunitensi. Ricks dice di aver scoperto che il geotermico potrebbe essere più economico del nucleare in gran parte degli Stati Uniti occidentali. Ma un presupposto cruciale nello studio era che gli impianti possono aumentare e diminuire la produzione di elettricità in risposta alle oscillazioni della domanda. Se ciò potrà essere fatto senza causare un’eccessiva usura sarà un test importante per le strutture future.