“Drill, baby, drill”, questo appassionato invito a trivellare il suolo per estrarne gas e petrolio, com’è noto è lo slogan che sintetizza la politica energetica del Presidente Usa Donald Trump, che crede che l’unico modo di alimentare una nazione moderna sia quello di bruciare combustibili fossili, tanto per lui il cambiamento climatico è solo un’invenzione cinese.
Secondo Jesse Jenkins e Wilson Ricks, due ingegneri ambientali della Princenton University, però, il “Drill, baby, drill” potrebbe trasformarsi in qualcosa di assolutamente inaspettato: l’estrazione dal sottosuolo di enormi quantità di energia pulita, in grado, entro 40 anni, di fornire agli Usa almeno il 20% della sua elettricità, senza immettere in aria neanche un grammo di CO2.
I due ricercatori hanno dimostrato questo loro assunto con una ricerca apparsa su Joule, in cui si spiega come i recenti sviluppi nelle tecnologie della geotermia “amplificata” (enhanced), possano ragionevolmente portare a una sua applicazione su scala nazionale, grazie al crollo dei suoi costi.
Con “Enhanced Geothermal Systems” (EGS), si intendono quelle tecnologie che portano a sfruttare per la produzione elettrica non solo il vapore formatosi naturalmente in certe aree del pianeta (come Larderello in Toscana o The Geysers in California), ma anche il calore di tutte le rocce che si trovino a temperature di alcune centinaia di gradi nel sottosuolo, anche prive di vapore.
“Questa condizione di calore sotterraneo ad alta temperatura, è in realtà presente ovunque sul pianeta: in media ogni 1.000 metri il calore terrestre sale di 25 °C, per cui quasi ovunque a 4.000 metri di profondità siamo alla temperatura di ebollizione dell’acqua, e in teoria da lì in poi inizia la possibilità di sfruttamento dell’energia”, spiega Jenkins.
“In pratica, però, la temperatura deve essere dai 200 °C in su per avere rendimenti termodinamici accettabili, e questo richiederebbe, in media, di scendere a circa a 8.000 metri di profondità, effettuando perforazioni enormemente complesse e costose, che renderebbero antieconomica questa fonte”.
Per questo la geotermia si concentra in aree vulcaniche o ex vulcaniche del pianeta dove le rocce calde sono molto più vicine alla superficie: a Larderello, per esempio, si superano i 300 °C già a 3.000 metri di profondità. Ma neanche quello è sufficiente, perché la conducibilità termica delle rocce è molto bassa, e scavando un semplice pozzo in esse, l’estrazione di calore non avverrebbe a una velocità adeguata per produrre quantità di energia tali da riprendere l’investimento.
“Finora, la geotermia si è concentrata nelle rare aree del pianeta, dove le rocce calde non sono solo superficiali, ma anche fratturate da continui deboli sismi; in quelle fratture circola acqua in pressione, che, una volta estratta, diventa vapore surriscaldato, pronto per essere trasformato in elettricità”, dice il ricercatore americano.
La tecnologia EGS, invece, promette di trasformare tutte le rocce calde in giacimenti geotermici, ma nonostante sia stata ideata nei primi anni ’70, solo ora sta iniziando a essere conveniente.
Nell’EGS si inietta acqua ad altissima pressione, oltre 900 atm, nei pozzi perforati nelle rocce calde per fratturarle, diventando permeabili all’acqua. Una volta fratturate, l’acqua viene iniettata nel pozzo a circa 400 atm, così da circolare nelle fratture e scaldarsi a centinaia di gradi, per essere poi estratta da altri pozzi, inviata in turbina, ricondensata, e infine iniettata nuovamente nel sottosuolo.
“In passato l’EGS non aveva prodotto prototipi commerciali, perché le tecniche di iniezione dell’acqua in pressione e di perforazione di pozzi ramificati e orizzontali, necessari per aumentare la superficie di scambio, erano complesse e molto costose. Ma queste tecniche sono state poi adottate in un campo molto più redditizio, l’estrazione del metano tramite fracking, e così negli ultimi venti anni, sono state perfezionate e sono scese verticalmente di costo“, ricorda Jenkins.
Negli Usa da poche settimane è entrata in funzione la prima centrale EGS, il progetto Red della Fervo Energy in Nevada, che sta immettendo in rete 3,5 MW di elettricità.
Visti gli ottimi risultati di Red, Fervo Energy sta già lavorando al progetto Cape, una centrale da 400 MW in Utah, mentre altre società esplorano variazioni della stessa tecnica, compresa una, quella della Mazama Energy, che prevede di perforare rocce a quasi 400°C nel fianco di un vulcano in Oregon, con cui produrre vapore supercritico, con altissimo rendimento termodinamico.
“Visto lo stato dell’arte dell’EGS, abbiamo calcolato che, se seguirà il consueto andamento discendente dei prezzi che hanno le tecnologie sperimentali, entro il 2030 potremmo avere circa 45 GW di potenza geotermica installata negli Usa, che salirà nel 2050 a 250 GW, fornendo un quinto di tutta l’elettricità del paese, subito dopo sole e vento, facilitando molto l’ottenimento di un mix elettrico 100% rinnovabile”, dice l’ingegnere della Princeton University.
Infatti l’energia geotermica ha il grande vantaggio sulle altre due “colleghe“ rinnovabili di essere continua e programmabile: gli impianti geotermici hanno un fattore di capacità astronomico, potendo funzionare a piena potenza per 8.000 o più ore l’anno, assicurando una fornitura “base load” 100% rinnovabile, che può facilmente compensare i “capricci” di sole e vento, stabilizzando la rete.
“Naturalmente questa espansione dell’EGS negli Usa avverrà prima nel sudovest del paese, dove ci sono le risorse geotermiche migliori, cioè rocce molto calde vicine alla superficie, che consentono prezzi degli impianti fra 4.000 e 6.000 $/kWh, e prezzi del MWh già ora competitivi, sui 40-80$. Sulla costa Est queste cifre sarebbero invece fra 2 e 3 volte più alte. Ma con la prevista diminuzione dei costi dell’EGS, stimiamo che al 2050 l’elettricità prodotta con questa tecnologia oscillerà fra 25 e 40 $/MWh in tutto il territorio Usa. Se così avverrà, la tecnologia si imporrà già solo per la sua convenienza e programmabilità in tutti gli Usa”, prevede Jenkins.
E questo è lo scenario senza particolari politiche incentivanti statali: se vi fossero anche queste, gli Usa potrebbero diventare una “nazione geotermica”, con 500-850 GW di elettricità in arrivo dal calore del sottosuolo, da confrontare con i 1.200 GW della potenza totale installata oggi.
Tutto bene, quindi?
Purtroppo l’elefante nella stanza dell’ESG si chiama sismicità indotta. Si tratta delle scosse sismiche che accompagnano sia la fratturazione iniziale delle rocce, che l’immissione nel sottosuolo di acqua ad alta pressione, un problema che ha pesantemente riguardato anche il fracking per il metano, senza peraltro interromperne lo sviluppo. Ma, si sa, quando si tratta di rinnovabili il fucile puntato contro i loro “difetti” è molto più pronto a sparare.
“Nel progetto Cape, Fervo Energy sta monitorando accuratamente questo aspetto, con molte stazioni sismiche di misura e adottando, con il servizio geologico degli Usa, un protocollo per gestire le scosse. Fino a magnitudo 2, quando cominciano ad essere avvertite dalle persone, le scosse sono tollerate, fra 2 e 3 le operazioni vengono modificate in modo da ridurre la sismicità indotta, e se si supera 3, le operazioni vengono interrotte per 24 ore”, conclude Jenkins.
Nelle foto dei progetti EGS Usa, però, salta all’occhio che sono tutti installati in aree desertiche, dove ci sono intorno ben poche persone a protestare. Viene da chiedersi come sarebbero accolti progetti simili nella densamente abitata Europa: un indizio lo dà il caso dell’EGS sviluppato a Basilea nel 2009, che venne bruscamente interrotto dopo le prime scosse.
Nell’ancora più suscettibile Italia, temiamo che queste tecnologie “spacca rocce” farebbero poca strada: se vogliamo rilanciare la nostra arrugginita geotermia, che non riesce a superare il GW di potenza e il cui ultimo nuovo impianto risale al 2014, bisognerà inventare qualcosa di meno impattante, così da sfruttare le nostre grandi risorse di calore sotterraneo che, secondo i geologi, potrebbero garantire almeno il 10% dell’elettricità nazionale, anche usando tecniche tradizionali.
