L’Energia Geotermica o la Geotermia (dal Greco antico “geo”, terra, e “thermos”, calore) è, nella sua definizione più vasta, il calore naturale della Terra. L’energia geotermica proviene dalla formazione originaria  del pianeta, dal decadimento radioattivo di minerali e da energia solare assorbita in superficie. Il calore nel terreno può derivare quindi dall’attività interna del nostro pianeta e dal calore del Sole. Escludiamo per il momento l’energia solare conservata nel suolo. Una quantità immensa di energia termica è generata e conservata nel nucleo, nel mantello e nella crosta terrestri. Alla base della crosta continentale, si suppone che le temperature varino tra i 200 e i 1000°C; al centro della Terra esse si stima siano nell’intervallo di 3500-4000°C. Il calore è trasferito dall’interno verso la superficie prevalentemente per conduzione, determinando un aumento di temperatura dall’esterno verso l’interno della Terra di circa 25-30°C al Km. La quantità totale di calore contenuto nel nostro pianeta è calcolata essere di 12.6 x 10 alla 24 MJ mentre quello nella crosta terrestre è stimato sui 5,4 x 10 alla 21 MJ (Dickson e Fanelli, 2004): un valore enorme, 10 alla 8 volte (cioè cento milioni di volte) la generazione mondiale di elettricità nel 2005. L’applicazione della geotermia è stata però limitata a zone prossime a bordi di placche tettoniche o in aree vicine ai cosiddetti “hot sposts” (punti caldi). Oggi si è progressivamente caratterizzata da nuovi sviluppi tecnologici, che hanno permesso di ampliare enormemente le potenzialità di utilizzo, in alcuni casi in modo indipendente dal territorio geografico, soprattutto per sistemi di riscaldamento degli edifici (pompe di calore geotermiche). Circa 10 GW di produzione elettrica attraverso geotermia sono installati nel mondo dal 2007 e sono stimati altri 28 GW di riscaldamento geotermico diretto (teleriscaldamento, singoli edifici, terme, processi industriali, agricoltura).
 
 

•   Geotermia per il riscaldamento degli edifici

E' opinione comune che il geotermico sia legato a condizioni specifici del territorio, come i geyser o i campi geotermici di Lardarello e Travale in Toscana. In realtà la temperatura della terra aumenta con la profondità indipendentemente dal luogo. Si tratta di applicare un tipo di impianto adeguato per portare questo calore in superficie e sfruttarlo.

Gli impianti geotermici sono accorgimenti tecnici dell'ecoedilizia per trasformare le abitazioni in luoghi caldi in inverno e freschi d'estate senza ricorrere ai tradizionali impianti di riscaldamento o di climatizzazione. Circa settanta paesi nel mondo utilizzano 270 PJ all’anno di riscaldamento con geotermia. Più di una metà di questa energia è utilizzata per riscaldamento domestico e un terzo per piscine. Di questi, 88 PJ sono stimati derivino nel mondo dal funzionamento di circa un milione di pompe di calore geotermiche, con una potenza complessiva di circa 15GW.

• Utilizzo diretto della geotermia per riscaldamento

Nell’utilizzo diretto dell’energia geotermica si sfrutta il calore direttamente prodotto dal sottosuolo, attraverso i processi di cogenerazione geotermica (generazione congiunta di elettricità e calore) oppure l’acqua proveniente da aree dove il terreno è caldo (zone vulcaniche o termali). Si tratta in questo secondo caso di geotermia superficiale (“shallow”), presente in diverse parti del mondo, dall’Ovest degli Stati Uniti, all’Islanda, al Giappone, alla stessa Italia e altri “hot spots”. In queste aree acqua o vapore possono essere deviati da sorgenti naturali calde e portate direttamente in termosifoni, sistemi radianti oppure scambiatori di calore. Se il suolo è caldo e secco, è possibile utilizzare tubazioni e scambiatori interrati.

•   Pompe di calore geotermiche

La temperatura del terreno, già a pochi metri di profondità, si mantiene grossomodo costante durante l'arco dell'anno: è, questa, una caratteristica comune a qualsiasi località del Pianeta, fortemente correlata all'azione della radiazione solare sulla crosta terrestre, che la trattiene e immagazzina sotto forma di energia pulita e rinnovabile. Il terreno superficiale è quindi una sorta di enorme pila ricaricata dal Sole. Ideata da Lord Kelvin nel 1852 la tecnologia della pompa di calore trova il suo sviluppo dagli anni ’50 del secolo scorso, soprattutto negli Stati Uniti e in Svezia. Oggi circa 80.000 pompe di calore sono installate negli Stati Uniti e 30.000 nella sola Svezia; queste ultime equivalgono come numero a tutto il resto dell’Europa. Diversamente dal Nord Europa, come altri paesi che si affacciano sul Mediterraneo, l’Italia è un mercato emergente. Un sistema che si sta diffondendo sempre di più è quello di portare il calore accumulato nel terreno con una pompa di calore all'interno delle case, come riscaldamento. Una volta fatto l'impianto, si dispone di una fonte energetica inesauribile e a costo zero, a parte l'energia elettrica per attivare la pompa. Se poi si installa un impianto fotovoltaico per alimentare la pompa, si arriva a costo e emissioni zero.

• Ci sono tre sistemi per far lavorare la pompa di calore:

"Acqua-acqua": significa che la pompa di calore prende l'energia termica dall'acqua, come un lago, un fiume o una fonte sotterranea. Il secondo “acqua” indica che il calore viene distribuito in casa tramite l'acqua, nei radiatori o nel riscaldamento a pavimento.

"Aria-acqua": il primo, "aria", significa che l'energia termica viene presa dall'aria. Attenzione, l'aria contiene energia termica anche se la sua temperatura è sottozero, solo a – 272 gradi non dà più energia. Naturalmente se prende l'energia ad esempio a -10 gradi il rendimento della pompa di calore si abbassa e bisogna farla andare più veloce, con un maggior uso di energia elettrica, perché la pompa di calore funziona con l'elettricità.

"Terra-acqua": "terra" sta ad indicare che l'energia termica viene presa dalla terra, tramite una trivellazione che naturalmente ha un costo.

 

I sistemi geotermici QualityGeotherm sfruttano il fatto che la temperatura del terreno, già a pochi metri di profondità (5 metri), si mantiene grossomodo costante durante l'arco dell'anno: è, questa, una caratteristica comune a qualsiasi località del Pianeta, fortemente correlata all'azione della radiazione solare sulla crosta terrestre, che la trattiene e immagazzina sotto forma di energia pulita e rinnovabile. La costanza della temperatura del suolo comporta un duplice benefico effetto: durante l'inverno il terreno si trova a temperature relativamente più calde dell'aria esterna; durante l'estate la temperatura è più bassa di quella dell'aria. La pompa di calore sfrutta questo fenomeno fisico. Il concetto di base è particolarmente semplice ed è uno degli elementi cruciali di sopravvivenza nel Regno animale, che comprende animali come il Fennec del deserto e il Tasso, i quali trovano rifugio e protezione nel sottosuolo da condizioni climatiche avverse (alte o basse temperature).

• Impianti geotermici orizzontali.

Attraverso serpentine chiuse collocate nel terreno, in scavi o perforazioni, o posate sul fondo di stagni o laghi, i nostri sistemi estraggono o trasferiscono energia al suolo. Nel caso di sviluppo orizzontale, gli scambiatori vengono posati in scavi (in genere semplici trincee fino a 1,5m di larghezza), che vengono poi richiusi. Sono richiesti giardini di medie dimensioni. Nel mondo le applicazioni orizzontali rappresentano più della metà del totale e sono particolarmente efficienti alle nostre latitudini. I nostri sistemi non sono ad espansione diretta.

• Impianti geotermici orizzontali compatti.

Gli scambiatori compatti sono un brevetto esclusivo: per una casa di medie dimensioni ci bastano solo 50-70 metri quadri di giardino, senza alcun bisogno di costose perforazioni. Spesso essi vengono associati al nostro recuperatore di energia dall'aria viziata: il VBX o a sistemi solari. 

• Impianti geotermici verticali con sonde chiuse.

Gli scambiatori vengono inseriti in perforazioni, che poi vengono sigillate con prodotti specifici al fine di preservare le falde acquifere e massimizzare lo scambio termico. Si parla in questo caso di sonde geotermiche.

In questo caso il circuito è aperto; viene prelevata acqua di falda da un pozzo esistente o di nuova realizzazione  e re-iniettata in un altro dopo essere passata attraverso la pompa di calore oppure smaltita nel giardino con drenaggio superficiale.

• Impianti geotermici su lago, stagno.

I nostri scambiatori vengono posati sul fondo di stagni o laghi naturali o artificiali: si sfrutta in questo caso l'inerzia termica dell'acqua del lago. Anche in questo caso si utilizza un circuito chiuso con tubazioni o piastre specifiche in acciaio.

• Pompe di calore aria-acqua e aria-aria.

Anche l'aria esterna è un'ottima fonte di calore: un silenzioso box esterno permette di estrarre calore dall'aria, anche sotto zero. Il principio di funzionamento è lo stesso delle pompe di calore geotermiche; in questo caso non c'è nemmeno bisogno di perforazioni o scavi, semplicemente posiziona la nostra pompa di calore, accendila e comincia a risparmiare. Le pompe di calore aria-acqua producono acqua calda per riscaldamento e produzione sanitario; le pompe di calore aria-aria sono split inverter ottimizzati per il riscaldamento invernale ma possono anche raffrescare gli ambienti.