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Facendo riferimento alla teoria della “tettonica a zolle” (secondo cui la crosta terrestre si divide in una ventina di macro-aree, dette appunto “zolle”, che ogni anno si spostano mediamente di una misura che va da zero a 18 centimetri) le aree geotermiche più calde del globo, si trovano, generalmente, lungo i margini di rottura o di collisione delle zolle.La rottura di una zolla determina lunghe fessure nella crosta terrestre, da cui il magma sale in superficie (il Rift islandese, il Sistema Mar Rosso/Rift Valley, il Lago Baikal).La collisione di due zolle provoca la compressione e il corrugamento dei margini: nel caso di zolle oceaniche, si formano archi insulari come le Antille o l’arcipelago Giapponese; nel caso di una zolla oceanica e una continentale, si formano cordigliere continentali come le Ande.Se le zolle sono entrambe continentali, il corrugamento dei margini porta alla formazione di catene montuose come le Alpi e l’Himalaya.Importanti aree geotermiche sono anche i “punti caldi” come le Hawaii, le Galapagos, le Canarie e il cosiddetto “bombamento etrusco”, tra la Toscana e l’Alto Lazio.Nelle zolle continentali, invece, sono racchiusi grandi bacini sedimentari con risorse geotermiche a bassa temperatura come quelli di Francia, Ungheria e Cina.L’Italia è il Paese “geotermicamente” più caldo d’Europa, anche se, finora, lo sfruttamento delle sue risorse geotermiche si è sviluppato solo nell’area centro-settentrionale

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Per geotermia si intende la disciplina delle scienze della Terra che studia l'insieme dei fenomeni naturali coinvolti nella produzione e nel trasferimento di calore proveniente dall'interno della Terra. In senso lato il concetto può essere esteso anche nello studio degli altri pianeti. I suoi principi sono sfruttati a livello tecnologico nella produzione di energia elettrica e nella cogenerazione attraverso le centrali geotermiche a partire dall'energia geotermica associata.

Descrizione

L'origine del calore terrestre

Il calore del nucleo terrestre originariamente si è generato durante l'accrezione del pianeta sviluppatasi grazie alla forza di attrazione gravitazionale. In seguito il calore ha continuato ad essere generato grazie a processi di decadimento nucleare naturale di elementi quali l'uranio, il torio e il potassio.

Il calore terrestre dall'interno viene trasferito verso la superficie terrestre attraverso il mantello terrestre mediante convezione prodotta dal movimento del magma o di acque profonde: da qui nasce la maggior parte dei fenomeni come le eruzioni vulcaniche, e gli altri fenomeni geotermali associati e ben evidenti sulla superficie terrestre, come le sorgenti termali, i geyser, e le fumarole.

Questo calore naturale può essere sfruttato per ottenere energia, nello specifico chiamata energia geotermica. Il termine geotermia viene spesso utilizzato per indicare proprio lo sfruttamento dell'energia geotermica.

Il flusso di calore proveniente dall'interno della Terra è solo 1/20.000 del calore che la Terra riceve dal Sole.

Gradiente termico

In base al flusso di calore e alla conduttività termica, variabile in base al tipo di terreno o roccia, si osserva un diverso gradiente termico (variazione della temperatura in funzione della profondità). Questo gradiente può variare da 1 °C ogni 30 m della parte superficiale della crosta terrestre a 1 °C ogni 10 - 15 m dei fondali marini in prossimità delle dorsali oceaniche. Il gradiente geotermico a sua volta viene fortemente influenzato dalla circolazione di fluidi interni terrestri.

Misurazione della temperatura e del gradiente termico

La misura viene effettuata con opportuni strumenti calati all'interno di pozzi. La misura precisa della temperatura (la cui precisione è funzione del tipo di strumento utilizzato e delle finalità dell'indagine) è complessa ed è disturbata dal calore dovuto alla perforazione e dalla presenza di fluidi (acqua, umidità, aria) eventualmente presente nel terreno.

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Per geotermia si intende la disciplina delle scienze della Terra che studia l'insieme dei fenomeni naturali coinvolti nella produzione e nel trasferimento di calore proveniente dall'interno della Terra. In senso lato il concetto può essere esteso anche nello studio degli altri pianeti. I suoi principi sono sfruttati a livello tecnologico nella produzione di energia elettrica e nella cogenerazione attraverso le centrali geotermiche a partire dall'energia geotermica associata.

Descrizione

L'origine del calore terrestre

Il calore del nucleo terrestre originariamente si è generato durante l'accrezione del pianeta sviluppatasi grazie alla forza di attrazione gravitazionale. In seguito il calore ha continuato ad essere generato grazie a processi di decadimento nucleare naturale di elementi quali l'uranio, il torio e il potassio.

Il calore terrestre dall'interno viene trasferito verso la superficie terrestre attraverso il mantello terrestre mediante convezione prodotta dal movimento del magma o di acque profonde: da qui nasce la maggior parte dei fenomeni come le eruzioni vulcaniche, e gli altri fenomeni geotermali associati e ben evidenti sulla superficie terrestre, come le sorgenti termali, i geyser, e le fumarole.

Questo calore naturale può essere sfruttato per ottenere energia, nello specifico chiamata energia geotermica. Il termine geotermia viene spesso utilizzato per indicare proprio lo sfruttamento dell'energia geotermica.

Il flusso di calore proveniente dall'interno della Terra è solo 1/20.000 del calore che la Terra riceve dal Sole.

Gradiente termico

In base al flusso di calore e alla conduttività termica, variabile in base al tipo di terreno o roccia, si osserva un diverso gradiente termico (variazione della temperatura in funzione della profondità). Questo gradiente può variare da 1 °C ogni 30 m della parte superficiale della crosta terrestre a 1 °C ogni 10 - 15 m dei fondali marini in prossimità delle dorsali oceaniche. Il gradiente geotermico a sua volta viene fortemente influenzato dalla circolazione di fluidi interni terrestri.

Misurazione della temperatura e del gradiente termico

La misura viene effettuata con opportuni strumenti calati all'interno di pozzi. La misura precisa della temperatura (la cui precisione è funzione del tipo di strumento utilizzato e delle finalità dell'indagine) è complessa ed è disturbata dal calore dovuto alla perforazione e dalla presenza di fluidi (acqua, umidità, aria) eventualmente presente nel terreno.

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La Geotermia in Italia ha una lunga storia di sfruttamento del calore naturale terrestre, a causa dell'elevato gradiente geotermico, che caratterizza parte della penisola, in diversi luoghi la presenza di sorgenti naturali ad acqua calda è stata ed è sfruttata dall'uomo e diverse province della penisola sono potenzialmente sfruttabili in maggior misura rispetto al loro attuale utilizzo.

L'area di Larderello, in Toscana vicino Pisa, è la regione dove è avvenuta la più antica utilizzazione al mondo, da parte dell'uomo dell'energia geotermica che ha sfruttato le sorgenti naturali almeno dal tempo degli etruschi. Sempre nella medesima area è avvenuta la prima trasformazione di energia geotermica in energia elettrica, trasformazione che avviene tuttora, per quanto la sua produzione copre una frazione della richiesta energetica nazionale. L'energia geotermica, un tempo sfruttata da sorgenti naturali di acqua calda e vapore (110-150 °C), i cosiddetti lagoni, ora è sfruttata tramite il vapore captato con pozzi perforati fino alle rocce calcaree triassiche sottostanti e ignee del sottosuolo. Il calore alle rocce proviene dall'intrusione magmatica del Monte Amiata.

Altre aree geotermali si trovano nei Colli Euganei, in Veneto, vicino Padova, nell'area di Grado in Friuli dove sono stati perforati pozzi per riscaldamento di edifici, a Casaglia nel ferrarese dove nel sottosuolo si sviluppa un sistema di falde chiamato dorsale ferrarese, nei campi Flegrei e l'isola d'Ischia nell'area napoletana, adAlcamo e Sciacca nella Sicilia occidentale, le isole Eolie e l'isola di Pantelleria.

Inoltre lungo l'arco alpino e le prealpi sono presenti diverse sorgenti ad acqua calda, in alcuni casi utilizzate per bagni termali.

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L’energia geotermica, ovvero l’energia prodotta sfruttando il calore naturale presente all’interno della Terra, è tra le fonti rinnovabili più consistenti e potrebbe rivelarsi una buona risorsa se adeguatamente sfruttata dalle politiche economiche e governative.  I costi elevatissimi per poter scavare in profondità rappresentano però uno dei maggiori ostacoli che continuano a frenare gli investimenti.

Tuttavia nuovi e positivi risultati arrivano dagli USA a seguito di una ricerca finanziata da Google e condotta dai laboratori di geotermia della Southern Methodist University, in Texas. A quanto pare sfruttando tutte le risorse geotermiche disponibili nel territorio degli USA si potrebbe ottenere un’energia dieci volte superiore a quella prodotta dalle centrali a carbone americane. Il coordinatore della ricerca, Maria Richards, ha affermato che sono stati individuati nuovi 35.000 siti finora inesplorati dai quali si potrebbero ottenre oltre 3 milioni di megawatt di energia. Finora gli investimenti si erano fermati unicamente alla zona occidentale.

Dall’analisi del terreno è emersa una mappa sorprendente sulle potenzialità geotermiche americane, tanto che anche il West Virginia si è rivelata un’ottima fonte di energia. Le zone orientali, pur non avendo lo stesso livello di temperatura delle zone occidentali, possono rivelarsi utili mediante le nuove tecnologie capaci di estrapolare energia anche a livelli moderati. Con le nuove tecniche di Low Temperature Hydrothermal è possibile infatti sfruttare fluidi geotermici anche al di sotto dei 300° e lavorando su profondità inferiori ai 6,5 km.

Su Google Earth ogni cittadino può analizzare le mappe di 43 Stati americani, individuando temperature e profondità delle risorse geotermiche. Un modo semplice per coinvolgere sempre più l’attenzione pubblica a tematiche green, promuovendo l’importanza di una cultura volta al rinnovabile.

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L’Islanda è un Paese unico nel panorama internazionale, più del 50% della sua energia proviene dalla geotermia rinnovabile. In Islanda si adopera l’energia geotermica per vari servizi, inclusa la produzione di elettricità, il riscaldamento delle case, delle piscine, ecc..Più del 90% della popolazione urbana islandese fornisce calore alle case con energia geotermica. Tutto ciò comporta ovviamente un risparmio notevole. Nel 2006 quasi il 27% dell’energia elettrica proveniva da risorse geotermiche. Tale energia cominciò ad essere utilizzata per il calore nel 1930, quando una Scuola di Reykjavik ricevette acqua calda dai pozzi vicini a vecchie sorgenti termali. Subito dopo un grande Ospedale e settanta case private vennero riscaldate in quel modo. Verso la fine del 1944 quasi tremila case a Reykjavik ebbero il riscaldamento. Negli anni Settanta il governo iniziò a distribuire questa forma di energia a tutto il Paese. Attualmente, in Islanda, il 30% dell’elettricità viene prodotta tramite i vapori del sottosuolo e buona parte della popolazione riceve il riscaldamento con acque provenienti da fonti geotermiche. Molte strade a Reykjavik sono provviste di sistemi sotterranei, che utilizzano l’acqua molto calda per sciogliere la neve.

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La centrale geotermoelettrica è un tipo particolare di centrale elettrica che produce energia utilizzando come fonte di energia primaria l'energia geotermica ovvero il calore proveniente dalle profondità terrestri secondo i principi fisici della geotermia.

DESCRIZIONE

A profondità particolarmente elevata, gli strati della crosta terrestre sono molto caldi, presumibilmente a causa del decadimento radioattivo delle rocce. Leacque piovane, giungendo in profondità, si riscaldano e vengono quindi vaporizzate; tali vapori, utilizzando le fenditure degli strati rocciosi createsi per gli assestamenti della superficie terrestre o in seguito ad eruzioni vulcaniche, salgono fino a livelli in cui possono essere utilizzati come fonte di calore per produrre energia elettrica. Attraverso trivellazioni più o meno profonde, il vapore viene portato in superficie e convogliato in tubazioni, chiamate vapordotti.

FUNZIONAMENTO

Attraverso queste tubazioni, il vapore viene indirizzato ad una turbina, che lo usa per far girare un albero motore (trasformazione in energia meccanica) che a sua volta lo trasforma in energia elettrica attraverso un alternatore.

DIFFERENZE RISPETTO A UNA CENTRALE TRADIZIONALE

Una centrale termoelettrica tradizionale ha, come elementi fondamentali, il generatore di vapore, la turbina, l'alternatore (per la generazione di energia elettrica) ed il condensatore (per la condensazione del vapore esausto). In una centrale geotermoelettrica, oltre a questi, troviamo gli strumenti per il trattamento delvapore del sottosuolo e per l'estrazione dei gas incondensabili (soprattutto CO2).

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Le Fonti utilizzate per produrre energia geotermica

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Le Fonti utilizzate per produrre energia geotermica

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L'energia geotermica è l'energia generata per mezzo di fonti geologiche di calore e può essere considerata una forma di energia rinnovabile. Si basa sulla produzione di calore naturale della Terra (geotermia) alimentata dall'energia termica rilasciata in processi di decadimento nucleare di elementi radioattivi quali l'uranio, il torio e il potassio, contenuti naturalmente all'interno della terra. Penetrando in profondità, la temperatura diventa gradualmente più elevata, aumentando di circa 30 °C per km nella crosta terrestre.Lo sfruttamento di questa fonte consiste nel convogliare i vapori provenienti dalle sorgenti d'acqua del sottosuolo verso apposite turbine adibite alla produzione di energia elettrica. E nel riutilizzare il vapore acqueo per il riscaldamento urbano, le coltivazioni in serra e il termalismo. Allo scopo di aumentare l'efficienza, si ricorre spesso all'immissione di acqua fredda in profondità attraverso pozzi, in modo da recuperare in superficie un flusso costante di vapore. La prima dimostrazione di utilizzo dell'energia geotermica avvenne il 4 luglio 1904 in Italia per merito del principe Piero Ginori Conti che sperimentò il primo generatore geotermico a Larderello. L'Islanda è uno dei paesi a maggiore sfruttamento di energia geotermica. L'energia geotermica rappresenta oggi meno dell'1% della produzione mondiale di energia. È inoltre una fonte di energia non omogeneamente distribuita geograficamente.

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Vantaggi e svantaggi dell'energia geotermica.

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Vantaggi e svantaggi dell'energia geotermica.

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Vantaggi e svantaggi

Dal punto di vista della generazione di energia elettrica, la geotermia consente di trarre dalle forze naturali una grande quantità di energia rinnovabile e pulita. Queste centrali inoltre non comportano un danno all'ambiente, poiché considerate non inquinanti. Un ulteriore vantaggio è il possibile riciclaggio degli scarti, favorendo il risparmio. La trivellazione è il costo maggiore; nel 2005 l'energia geotermica costava fra i 50 e i 150 euro per MWh, ma pare che tale costo sia sceso a 50-100 euro per MWh nel 2010 e si prevede che scenderà a 40-80 euro per MWh nel 2020.

Anche per quanto riguarda la generazione di energia termica la geotermia (a bassa entalpia) presenta numerosi vantaggi: economia, ambiente, sicurezza, disponibilità e architettura.

La fonte geotermica riceve in particolar modo due critiche:

Dalle centrali geotermiche fuoriesce insieme al vapore anche il tipico odore sgradevole di uova marce delle zone termali causato dall'idrogeno solforato. Un problema generalmente tollerato nel caso dei siti termali ma particolarmente avverso alla popolazione residente nei pressi di una centrale geotermica. Il problema è risolvibile mediante l'installazione di particolari impianti di abbattimento.

L'impatto esteriore delle centrali geotermiche può recare qualche problema paesaggistico. La centrale si presenta, infatti, come un groviglio di tubature anti-estetiche. Un'immagine che non dista comunque da quella di molti altri siti industriali o fabbriche. Il problema paesaggistico può essere facilmente risolto unendo l'approccio funzionale dei progetti ingegneristici con quello di un'architettura rispettosa del paesaggio e del comune senso estetico.

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Storia

La più antica piscina conosciuta alimentata da una sorgente calda, costruita durante la dinastia Qin nel III secolo a.C.Le sorgenti calde sono state utilizzate per la balneazione almeno fin dal Paleolitico. Il centro termale più antico conosciuto è una piscina in pietra in Cina sulla montagna Lisan costruita durante la dinastia Qin nel III secolo a.C., nello stesso luogo in cui il palazzo Huaqing Chi fu poi costruito. Nel primo secolo d.C., i Romani conquistarono Aquae Sulis, ora Bath, nel Somerset in Inghilterra e utilizzarono le sue sorgenti calde per alimentare i bagni pubblici e il riscaldamento a pavimento. I costi di ammissione per questi bagni rappresentano probabilmente il primo utilizzo commerciale dell'energia geotermica. Il sistema più antico di riscaldamento geotermico per un quartiere è stato installato a Chaudes-Aigues, Francia ed è divenuto operativo nel XIV secolo. Il primo sfruttamento industriale è iniziato nel 1827 con l'uso del vapore di un geyser per estrarre l'acido borico da un vulcano di fango, presso Larderello, in Italia. Nel 1892, il primo sistema di teleriscaldamento statunitense a Boise, Idaho fu alimentato direttamente da energia geotermica ed è stato copiato a Klamath Falls, Oregon nel 1900. Un profondo pozzo geotermico è stato usato per riscaldare le serre in Boise nel 1926 e geyser sono stati utilizzati per riscaldare le serre inIslanda e in Toscana circa nello stesso periodo. Charlie Lieb sviluppò il primo scambiatore di calore in fondo ad un pozzo nel 1930 per riscaldare la propria casa. Il vapore e l'acqua calda dal geyser iniziarono ad essere utilizzati per il riscaldamento domestico in Islanda a partire dal 1943. Capacità elettrica geotermica mondiale. La linea rossa superiore è la capacità installata, la linea verde inferiore misura la produzione. Nel XX secolo, la domanda di energia elettrica ha portato a considerare la geotermia come fonte di generazione Il principe Piero Ginori Conti sperimentò il primo generatore geotermico il 4 luglio 1904, presso lo stesso campo di Larderello dove era iniziata l'estrazione degli acidi da geotermia. Questo esperimento portò all'accensione di quattro lampadine. Più tardi, nel 1911, in quel posto il primo impianto geotermico commerciale del mondo è stato costruito. Fino al 1958 questo è stato il primo impianto di produzione industriale al mondo di energia elettrica geotermica, fino a quando la Nuova Zelanda ne costruì uno nel 1958. Nel 2012 essa ha prodotto circa 594 megawatt. Lord Kelvin inventò la pompa di calore nel 1852 e Heinrich Zoelly brevettò, nel 1912, l'idea di usarla per estrarre calore dalla terra. Ma ciò non è stato realizzato fino alla fine del 1940 quando la pompa di calore geotermica è stata prodotta con successo. La prima era probabilmente di 2,2 kW sistema di scambio diretto fatto in casa di Robert C. Webber, ma le fonti non concordano timeline esatta della sua invenzione. J. Donald Kroeker progettò la prima pompa di calore geotermica commerciale per riscaldare l'edificio delCommonwealth (Portland, Oregon). Il professor Carl Nielsen, dell'Ohio State University, ha realizzato la prima versione ad anello aperto residenziale nella sua casa nel 1948. la tecnologia è diventato popolare inSvezia, a seguito della crisi petrolifera del 1973, ed è cresciuta lentamente in tutto il mondo da allora. Lo sviluppo del tubo di polibutilene, avvenuto nel 1979, aumentò notevolmente la redditività della pompa di calore. Nel 1960, la Pacific Gas and Electric mise in funzione la prima centrale geotermica elettrica di successo negli Stati Uniti, presso The Geysers in California. La turbina originale è durata per più di 30 anni e ha prodotto 11 MW di potenza netta. La centrale a ciclo binario è stata presentata per la prima volta nel 1967 in Unione Sovietica e successivamente fu introdotta negli Stati Uniti nel 1981. Questa tecnologia permette la generazione di energia elettrica da fonti a temperatura molto più bassa rispetto al passato. Nel 2006, un impianto a ciclo binario in Chena Hot Springs, Alaska, è divenuto operativo per la produzione di energia elettrica da una bassa temperatura del fluido record di 57 °C.

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L'energia geotermica è l'energia generata per mezzo di fonti geologiche di calore e può essere considerata una forma di energia alternativa e rinnovabile, se valutata in tempi brevi. Si basa sui principi dellageotermia ovvero sullo sfruttamento del calore naturale della Terra (gradiente geotermico) dovuto all'energia termica rilasciata dai processi di decadimento nucleare naturale degli elementi radioattivi quali l'uranio, iltorio e il potassio, contenuti naturalmente all'interno della Terra (nucleo, mantello e crosta terrestre).La prima utilizzazione dell'energia geotermica ,per la produzione di energia elettrica, avvenne il 4 luglio1904 in Italia per merito del principe Piero Ginori Conti che sperimentò il primo generatore geotermico aLarderello in Toscana preludio delle vere e proprie centrali geotermiche. Possibile e sfruttata anche lacogenerazione. L’energia geotermica, inoltre, viene usata anche per la produzione di energia termica (calore e acqua calda).L'energia geotermica costituisce oggi meno dell'1% della produzione mondiale di energia. Tuttavia, uno studio condotto dal Massachusetts Institute of Technology afferma che la potenziale energia geotermica contenuta sul nostro pianeta si aggira attorno ai 12.600.000 ZJ e che con le attuali tecnologie sarebbe possibile utilizzarne "solo" 2000 ZJ. Tuttavia, poiché il consumo mondiale di energia ammonta a un totale di 0,5 ZJ all'anno, con il solo geotermico, secondo lo studio del MIT, si potrebbe soddisfare il fabbisogno energico planetario con sola energia pulita per i prossimi 4000 anni rendendo quindi inutile qualsiasi altra fonte non rinnovabile attualmente utilizzata.

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L'area geotermica di Larderello dista meno di un'ora di auto dall'agriturismo La Torretta ed è particolarmente affascinante per le attività di sfruttamento della risorsa geotermica, una fonte di energia rinnovabile ed a basso impatto ambientale, che soddisfa un quarto del fabbisogno energetico della regione Toscana.
Così, accanto alle manifestazioni naturali come le putizze ed i lagoni, il territorio è caratterizzato dall'intreccio dei vapordotti che imbrigliano il vapore sprigionato dai soffioni e lo convogliano verso le centrali geotermoelettriche.
Lo spettacolo è suggestivo: bianche colonne di vapore si sprigionano da fessure nel terreno, dai soffioni dismessi e dalle torri delle centrali geotermoelettriche, ed il paesaggio asssume un aspetto infernale, tanto che da secoli la zona è chiamata "Valle del Diavolo".
Da non mancare la visita a due geomusei: il Museo della Geotermia di Larderello, che illustra la nascita di una esperienza unica al mondo, ed il nuovo Museo delle Energie del Territorio di Radicondoli, emblema del successivo sviluppo dell'energia geotermica.