Dai giacimenti petroliferi alle energie rinnovabili: scalare la geotermia

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Questo articolo è sponsorizzato da KAUST.

L'energia geotermica è pronta per una grande svolta. Sebbene la tecnologia sia in circolazione da un po 'di tempo – si potrebbe obiettare, se si guardano alle terme riscaldate naturalmente dei romani e alle sorgenti in Islanda, davvero da molto tempo – non è mai stata vista come una parte scalabile del mix energetico nel allo stesso modo dell'energia solare ed eolica.

I prossimi anni saranno critici in termini di sviluppo. L'Agenzia internazionale dell'energia prevede una crescita della capacità geotermica da 3.600 a 4.500 megawatt a livello globale fino al 2023. E un rapporto del 2019 del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti prevede che la quota di elettricità prodotta da impianti geotermici potrebbe aumentare di ventisei volte entro il 2050, fino al punto in cui sarebbe responsabile di 8.5. per cento di tutta la produzione di elettricità nel paese.

Con lo sviluppo dei perfezionamenti nei sistemi di energia geotermica e con la maggiore dipendenza dalle fonti di energia rinnovabile che evidenzia la necessità di una produzione continua, l'energia geotermica è pronta per il prossimo balzo in avanti. In particolare, ciò che è noto come "geotermia intermedia" ha enormi promesse ed è stato sottosviluppato. L'attenzione si è concentrata su progetti superficiali limitati a singole case o su una produzione di energia su larga scala a profondità più profonde, ma difficili da individuare e sviluppare.

La promessa dell'intermedio

Esistono diversi tipi di energia geotermica. La geotermia superficiale si trova solitamente nelle singole case e comporta il risparmio di energia per il riscaldamento e il raffreddamento attingendo a temperature stabili a pochi metri sotto la superficie terrestre. I progetti poco profondi possono anche comportare il semplice utilizzo diretto del calore che fuoriesce dalla superficie nelle sorgenti calde e nelle prese d'aria vulcaniche. Questi sono facili da costruire ma difficili da scalare.

La produzione diretta di energia avviene a livelli molto più profondi o in aree di vulcanismo attivo (o attività vulcanica), dove le temperature sono superiori a 200 gradi Celsius. In sostanza, un tale sistema perfora nella roccia solida; inietta acqua attraverso un pozzo, intercettando fratture naturali o sistemi di pori o inducendo fratture per lasciar passare l'acqua; e poi raccoglie l'acqua riscaldata attraverso un altro pozzo. È una fonte di energia efficiente e costante, ma tecnicamente complessa, costosa. Molte cose devono unirsi per creare l'ambiente giusto per la produzione di energia.

I sistemi geotermici su scala intermedia attingono alla roccia a temperature comprese tra 80 e 150 gradi Celsius. Questo non è abbastanza caldo per la generazione diretta di energia elettrica, ma è abbastanza caldo per utilizzare direttamente il calore per il teleriscaldamento (come nella città di Monaco) o per far funzionare uno scambiatore di calore per produrre aria fredda. Questo può essere cruciale nelle regioni del mondo in cui il raffreddamento è uno dei principali costi e consumi energetici.

I sistemi geotermici intermedi che utilizzano acque sotterranee sono scalabili, il che significa che possono essere utilizzati per grandi infrastrutture (edifici per uffici, comunità, città, ecc.) Sebbene non siano abbastanza potenti da generare elettricità, possono anche essere utilizzati per generare in modo efficiente acqua desalinizzata utilizzando Multi Effect Tecnologie di dissalazione e desalinizzazione ad adsorbimento (MEDAD).

I recenti progressi, inclusa la ricerca di KAUST e di altre università, hanno aperto nuove possibilità in questo campo che potrebbero portare alla generazione di elettricità. Questo metodo sostituisce il mezzo acquoso per il trasporto del calore alla superficie con CO2 supercritica (liquida) che è stata sequestrata nel sottosuolo. Se realizzata, questa tecnologia non solo fornirebbe una fonte di energia rinnovabile basata su processi geotermici, ma offrirebbe anche un modo per mitigare il cambiamento climatico facilitando la rimozione economica di grandi quantità di gas serra CO2 dall'atmosfera.

La geotermia può colmare le lacune nelle reti energetiche alternative

Ci sono una serie di ragioni per cui la geotermia è stata lenta a raggiungere l'avanguardia delle fonti di energia rinnovabile, come l'energia solare ed eolica. In primo luogo, è richiesto un investimento iniziale maggiore rispetto ad altre tecnologie. Coinvolge anche la perforazione e la posizione è importante: deve esserci abbastanza energia nel sottosuolo che può essere raggiunta dai pozzi per rendere utilizzabile un progetto.

Tuttavia, il potenziale c'è: come osserva l'Union of Concerned Scientists, la quantità di calore entro circa 33.000 piedi dalla superficie terrestre contiene 50.000 volte più energia di tutte le risorse di petrolio e gas naturale nel mondo.

I sistemi geotermici meritano di essere una parte più importante del mix di energie rinnovabili perché possono aiutare a colmare il "divario energetico". Per tutti i vantaggi degli altri tipi di fonti di energia rinnovabile, i pannelli solari non possono produrre quando il sole non splende e le turbine eoliche non generano quando il vento è fermo. Un vantaggio delle centrali elettriche a combustibili fossili è che sono "dispacciabili", nel senso che possono essere accese e spente a seconda della domanda, ma anche essere gestite 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Il solare e l'eolico, almeno fino a quando non verranno sviluppati sistemi di archiviazione più affidabili e convenienti, non possono farlo. La geotermia può bilanciare questo: nel caso della geotermia intermedia, può integrare il fabbisogno energetico per coprire la domanda di rete.

Il momento è adesso

Gli Stati Uniti sono in realtà il più grande produttore di energia geotermica al mondo, ma la maggior parte dei progetti qui sono di dimensioni inferiori. Poiché regioni come la California lottano con l'aumento delle temperature e la carenza d'acqua a causa dei cambiamenti climatici, la geotermia intermedia rappresenta un modo ecologico per raffreddare gli edifici e produrre acqua attraverso la desalinizzazione.

Il più grande potenziale della geotermia potrebbe risiedere in una coincidenza profondamente ironica: le industrie del petrolio e del gas hanno esattamente il tipo di esperienza e tecnologia di perforazione necessarie per attingere al tipo di progetti geotermici che renderanno le cose sostenibili e scalabili.

Una serie di fattori che convergono in questo momento favoriscono la geotermia: le industrie dei combustibili fossili vacillano dalla pandemia COVID-19; giacimenti petroliferi in California, Texas e Louisiana che potrebbero rappresentare proprietà immobiliari privilegiate per iniziative geotermiche su larga scala; progressi nella tecnologia che rendono questi progetti più fattibili; e una maggiore domanda per diversificare il mix di energie rinnovabili.

Ci sono sfide ingegneristiche ancora da risolvere, ma si stanno compiendo progressi – anche in KAUST – nella raffinazione delle tecnologie per l'energia geotermica, in particolare per quanto riguarda la gamma intermedia.

Siamo a un punto critico per diversificare il nostro approvvigionamento energetico. L'energia geotermica, se aggiunta alle risorse eolica e solare, può aiutare a creare un mix di energia rinnovabile più affidabile e sostenibile. La risorsa c'è: lo studio GeoVision del Dipartimento dell'Energia stima una risorsa geotermica totale degli Stati Uniti di almeno 5.157 gigawatt, sufficienti a sostenere il nostro fabbisogno energetico per gli anni a venire. Dobbiamo solo attingere ad esso.