Lo studio delle proprietà del fluido incrementa il potenziale dell’energia geotermica
In grande profondità, proprio sotto ai nostri piedi, è presente una fonte naturale di energia. Le centrali geotermiche utilizzano i fluidi caldi provenienti da serbatoi sotterranei profondi. Il fluido, dopo essere stato pompato in superficie, può essere impiegato direttamente per fare ruotare una turbina oppure può attraversare uno scambiatore di calore, dove rilascia il calore a un fluido termovettore che poi gira una turbina. Quest’ultima è collegata a un generatore che produce elettricità. «Al mutare della pressione e della temperatura, il fluido proveniente dal serbatoio è soggetto a processi chimici o fisici che ne alterano la composizione o le caratteristiche. Ciò può provocare la precipitazione dei minerali e, quindi, l’intasamento dei tubi, la corrosione delle parti dell’impianto o il degasaggio, che influisce negativamente sul funzionamento della centrale e sull’economia complessiva del progetto», spiega Simona Regenspurg, coordinatrice del progetto REFLECT, finanziato dall’UE. Gli attuali modelli di previsione risentono di numerose incertezze poiché l’esecuzione di campionamenti in situ e misurazioni del fluido in condizioni estreme, ovvero in presenza di fluidi estremamente caldi o salini, mettono decisamente alla prova le apparecchiature e le procedure di analisi.
Raccogliere la sfida dell’estrazione dell’energia geotermica
REFLECT ha deciso di affrontare il problema alla radice mediante la raccolta di dati chimici, fisici e microbiologici di alta qualità a livelli estremi di salinità, pressione e temperatura da misurazioni sul campo. Gli esperimenti in laboratorio e i modelli predittivi hanno permesso di approfondire le conoscenze relative ai processi di precipitazione, corrosione e degasaggio. «I partner del progetto hanno raccolto dati da oltre 3 000 campioni di fluido ricavati da siti geotermici all’interno dei propri paesi o da ricerche bibliografiche provenienti da fonti liberamente accessibili. Inoltre, abbiamo raccolto 80 campioni di fluido da siti selezionati nell’arco del progetto», osserva Katrin Kieling, responsabile del progetto. L’insieme dei dati raccolti è approdato nell’atlante europeo del fluido geotermico, una banca dati che riunisce i dati geotermici, tra cui le proprietà geografiche, geologiche, fisiche, chimiche, microbiche e di profondità dei fluidi. I dati sono stati inoltre inseriti in modelli predittivi che possono fungere da guida sul funzionamento ottimale dei sistemi geotermici. La foto in alto illustra il processo di filtraggio del fluido geotermico per l’analisi microbiologica durante il campionamento presso il sito geotermico di Bad Blumau, in Austria. «L’atlante del fluido geotermico è la prima raccolta di dati chimici e fisici del fluido di pozzi geotermici in tutta Europa, una banca dati che agevola la selezione di nuovi potenziali siti geotermici e permette di progettare e configurare efficacemente nuove centrali geotermiche», osserva Regenspurg.
Dati migliori grazie a esperimenti e innovazione
I ricercatori coinvolti nel progetto REFLECT hanno condotto un’analisi approfondita dei composti organici e della vita microbica nei fluidi geotermici profondi. I dati potrebbero contribuire a una migliore previsione di come l’attività microbica condiziona il funzionamento della centrale. Ad esempio, i microbi potrebbero indurre la precipitazione dei minerali, peggiorando le prestazioni della centrale. I ricercatori hanno inoltre sviluppato il pacchetto software porousMedia4Foam open source per la simulazione dei processi idro-geochimici su scale diverse. La parte geochimica è gestita da PHREEQC e associata al solutore di flusso e trasporto di OpenFOAM®. Il pacchetto è stato messo a punto per modellare la natura del flusso del fluido in pozzi di produzione dell’energia geotermica. Inoltre, sono stati condotti numerosi esperimenti in laboratorio, come ad esempio, esperimenti di degasaggio della CO2 per stabilire la pressione del punto di bolla e la velocità di formazione delle bolle a varie salinità e temperature. La conoscenza di tali parametri risulta fondamentale per prevenire l’intasamento dei percorsi nei serbatoi geotermici. Al fine di migliorare ulteriormente la futura raccolta dei dati, i ricercatori hanno elaborato una tecnica di campionamento a fondo pozzo, che amplierà notevolmente l’intervallo delle condizioni di temperatura e pressione per il campionamento di pozzi caldi e supercaldi, consentendo così una configurazione più sostenibile degli impianti per i sistemi geotermici supercaldi.
Alcune raccomandazioni per prevenire i problemi prima che sorgano
«I risultati ottenuti da REFLECT avranno un impatto rilevante sull’efficienza operativa, sull’economia dei progetti e sulla fattibilità delle centrali geotermiche», sottolinea Regenspurg. «Grazie alla ridefinizione delle proprietà del fluido geotermico e delle rispettive costanti di reazione geochimica nell’ambito di una vasta gamma di livelli di salinità e temperature, sarà possibile colmare una forte lacuna di conoscenze, conducendo a previsioni più affidabili delle prestazioni delle centrali geotermiche.»
Parole chiave
REFLECT, centrale geotermica, fluido termovettore, energia geotermica, precipitazione, degasaggio, corrosione, OpenFOAM®, geotermico, geochimico
