Sistemi geotermici potenziati (EGS): ecco il futuro dell’energia sostenibile

I vantaggi della geotermia sono innegabili: energia 24 ore su 24, sette giorni su 7, senza dispersione di gas inquinanti o a effetto serra nell’atmosfera e un uso del suolo relativamente limitato.

I sistemi geotermici potenziati (Egs) potrebbero facilitare lo sviluppo geotermico al di là delle tradizionali regioni idrotermali, estendendo così la produzione di energia geotermica. I progressi dell’EGS sono in corso di dimostrazione in tutto il mondo, sia nel settore pubblico che in quello privato. Ma presentano criticità da valutare con grande attenzione, dopo aver sollevato reazioni emotive dei residenti, in seguito alla riattivazione di fratture preesistenti. E soprattutto serve una licenza sociale di operare per contrastare il fenomeno Nimby.

Il progetto di geotermia profonda: il caso di Basilea

Verso la fine del pomeriggio dell’8 dicembre 2006 i telefoni della polizia e dei
pompieri della quieta città di Basilea hanno cominciato a squillare con insolita frequenza a causa di un sisma di 3,4 sulla scala Richter, piuttosto debole ma già nettamente percepibile, e comunque poco frequente in Svizzera.

Le vibrazioni del terreno erano collegate ad un progetto di geotermia profonda: il Deep Heat Mining. Il progetto prevedeva di sfruttare il calore del sottosuolo al fine di generare elettricità pompando acqua in profondità dopo aver reso possibile la circolazione del fluido grazie alla riapertura delle fratture nelle rocce, tecnica nota con il nome di Sistema Geotermico Potenziato (EGS o Enhanced Geothermal System).

In realtà l’iniezione di acqua era già stata sospesa da qualche giorno, a causa di piccole scosse che avevano allertato il servizio sismico. La regione di Basilea è una delle poche zone sismiche della Svizzera, una regione a sismicità moderata. Tuttavia, nel 1356 ha subito un potente terremoto che, congiuntamente al successivo incendio, ha distrutto gran parte della città nonché causato danni nelle aree circostanti.

I “piccoli” terremoti del 2006, in particolare quello di magnitudo 3,4, hanno fatto temere ai ricercatori che si potesse riattivare la faglia all’origine del terremoto storico. Questo, insieme alle proteste della popolazione e alle indagini delle autorità, ha portato a bloccare definitivamente il progetto.

Una storia simile, con molta paura, ma senza danni troppo gravi, si è svolta a
Strasburgo nel 2020.

L’episodio della Corea del Sud

Le cose sono state molto più serie in Corea nel novembre 2017, quando il secondo più grande terremoto registrato in Corea, è stato associato alle attività di una centrale geotermica potenziata.

Il terremoto di magnitudo 5,5 sulla scala Richter ha causato una cinquantina di feriti, l’evacuazione di 1700 persone, decine di milioni di euro di danni e lunghe cause legali tra i cittadini e lo stato coreano, responsabile del progetto, nonché la chiusura della centrale.

Questi episodi hanno in comune due cose, lo sfruttamento di energia geotermica con sistemi potenziati e le forti reazioni dei residenti. I promotori dei progetti in questione si sono dunque scontrati con due sistemi che potremmo definire complessi e comunque difficili da predire: il comportamento del sottosuolo a seguito della riattivazione di fratture preesistenti e le reazioni emotive dei residenti.

Cosa sono i sistemi geotermici potenziati

Il sottosuolo è un sistema complesso il cui studio, come il clima, richiede una grande quantità di dati pertinenti e un estremo rigore scientifico.

Mentre negli ultimi anni si sono fatti grandi passi nella simulazione climatica e nelle previsioni meteorologiche, la previsione dei terremoti sfugge ancora ai ricercatori del mondo intero.

Il sottosuolo è decisamente molto più difficile da osservare e la comunità dei
sismologi in generale non pone molte speranze nel poter un giorno riuscire a prevedere con precisione i terremoti.

I cantieri di Basilea, Strasburgo e Ponhang rientrano nello spettro dei sistemi geotermici potenziati (EGS).

Un sistema geotermico naturale, noto come sistema idrotermale, richiede tre elementi chiave per generare elettricità: calore, fluidi e permeabilità delle rocce nel sottosuolo (quando l’acqua può muoversi liberamente attraverso la roccia).

In molte aree, tuttavia, la roccia sotterranea è calda, ma la permeabilità naturale non è sufficiente. In questi casi, è possibile utilizzare un sistema geotermico potenziato per creare un serbatoio artificiale che permetta di sfruttare il calore per ottenere energia.

L’EGS riprende una tecnologia sviluppata dall’industria petrolifera per aumentare la quantità di petrolio recuperabile o per estrarre le forme più dense di idrocarburi presenti nel sottosuolo, difficilmente estraibili a causa della debole permeabilità delle rocce in cui si trovano.

In un EGS, un fluido, in generale acqua, a volte associato a prodotti acidificanti secondo le rocce in questione, viene iniettato ad alta pressione in profondità nel sottosuolo in condizioni attentamente controllate, riaprendo delle fratture
preesistenti nella roccia calda. In tal modo si aumenta la permeabilità della roccia e si consente al fluido di circolare e scaldarsi al contatto della roccia calda ora sufficientemente fratturata.

Gli operatori poi pompano l’acqua calda fino a riportarla in superficie per generare elettricità per la rete o per sfruttare direttamente il calore.

I benefici dell’EGS

Merita speciale menzione il progetto Utah FORGE, laboratorio internazionale gestito dall’Energy & Geoscience Institute dell’Università dello Utah e sponsorizzato dallo US Department of Energy con l’obiettivo di
stabilire soluzioni rigorose e riproducibili che rendano possibile l’energia geotermica ovunque nel mondo.

Esiste una differenza fra la tecnica di stimolazione di fratture preesistenti, oggetto di quest’articolo con l’acronimo EGS, e quella in cui le fratture sono indotte artificialmente in rocce compatte che non presentano una fratturazione naturale.

Quest’ultima tecnica, che non esploriamo ulteriormente in quest’articolo, è anche nota con il nome di “Hot Dry Rock” (Roccia Calda Secca) e in effetti, allo stato attuale delle conoscenze, potrebbe presentare rischi molto elevati.

Le tecniche EGS non solo permettono di aumentare notevolmente la capacità di produzione, ma aprono anche altre possibilità.

Fervo Energy, per esempio, negli USA, propone sistemi in grado di immagazzinare energia per periodi prolungati. Pompando l’acqua nei pozzi senza rilasciarla, l’azienda ha scoperto di poter aumentare la pressione nel sistema, immagazzinando così dell’energia che può essere utilizzata quando è più necessaria, proprio come una batteria.

Tale tecnica potrebbe rendere questo tipo di impianti ancora più preziosi per gli operatori di rete che devono gestire sistemi elettrici sempre più irregolari e dinamici.

Negli Stati Uniti, per accelerare l’EGS, è stato messo in piedi un programma
aggressivo che promette un considerevole aumento dell’energia geotermica nel Paese.

Rischi legati ai sistemi geotermici potenziati

I principali rischi connessi all’EGS sono legati alla sismicità indotta e alla contaminazione dell’acqua.

Per quel che riguarda la contaminazione dell’acqua i rischi sono bassi perché i “giacimenti” EGS sono generalmente molto profondi, il che significa che sono scollegati dal punto di vista idrologico dalle acque sotterranee o dalle forniture di acqua potabile vicine alla superficie, sia attraverso la geologia naturale sia attraverso il rivestimento dei pozzi.

Inoltre le centrali geotermiche non rilasciano alcuna acqua in superficie in quanto tutta l’acqua viene ciclicamente re-iniettata nello stesso giacimento
sotterraneo da cui è stata prelevata.

Per quel che riguarda la sismicità, la situazione è più complessa. Negli Stati Uniti, i promotori dell’EGS Shot, sulla base di un circostanziato e voluminoso rapporto del National Research Council concludono, forse troppo sommariamente, che i rischi di sismicità indotta per l’EGS sono minimi e trascurabili.

In UK invece, le tecniche di fratturazione delle rocce sono state bandite dal 2019, una decisione confermata dal governo Sunak, dopo la brevissima sospensione del bando durante il fugace episodio del governo di Liz Truss.

Il bando, inizialmente diretto all’uso nell’ambito dell’estrazione di petrolio, si applica anche alle tecniche di EGS, tuttavia la normativa sembra lasciare
delle zone grigie.

Infatti per la centrale geotermica di United Down in Cornovaglia, che dovrebbe entrare in produzione entro la fine del 2024, c’è chi parla di EGS in quanto è stata utilizzata la stimolazione idraulica.

Notiamo che la sismicità indotta attribuita a una serie di attività umane, tra cui la creazione di grandi bacini artificiali dietro le dighe, le esplosioni controllate (legate all’estrazione mineraria, alla costruzione di tunnel eccetera) è documentata almeno dagli anni ’20 e, secondo il già citato rapporto del National Research Council del 2013, è stata in genere di modesta entità.

Linee guida per la gestione dei rischi

Lo studio di fattibilità preliminare di un progetto EGS deve necessariamente
prendere in conto anche i rischi naturali associati, al di là del potenziale geotermico, di considerazioni di ordine economico-finanziario ed di altri fattori di cui discuteremo in parte in seguito.

Rapporti come quello pubblicato in Francia nel 2017 dall’Institut National de l’Environnement Industriel et des Risques (Ineris) sullo stato delle conoscenze dei rischi, degli impatti e dei potenziali associati alla geotermia profonda, forniscono preziose linee guida per la gestione dei rischi, linee
guida basate anche su un repertorio di studio di casi, sia dove il rischio è stato
sottostimato, come negli esempi da noi riportati, sia laddove l’EGS rappresenta un successo, come a Soultz-sous-Forêts in Alsazia.

Sindrome Nimby: le potenzialità della licenza sociale di operare

Il fenomeno del Nimby (Not In My BackYard, “non nel mio giardino”) si riferisce
all’opposizione delle popolazioni locali all’installazione di infrastrutture nelle loro vicinanze.

Il Nimby non si oppone per principio alle tecnologie in questione, ma semplicemente rifiuta di pagare personalmente le conseguenze negative di un progetto che può avere un notevole beneficio comune.

Il problema di come distribuire equamente le conseguenze di politiche di interesse comune, in particolare quelle energetiche, è legittimo ed è destinato a crescere.

Eventi come quelli di Basilea, Strasburgo e Pohan provocando disturbi, inquietudini e a volte danni economici e umani seri, hanno come risultato di minare la fiducia delle popolazioni locali nella scienza, nella tecnologia e nelle autorità, in un momento in cui l’urgenza climatica richiederebbe invece di moltiplicare i progetti e le iniziative che permettano la produzione di energia senza l’uso di combustibili fossili.

Un’attenzione particolare deve quindi essere portata da parte degli operatori per
ottenere e mantenere la “licenza sociale di operare”.

William Ellsworth, co-direttore del Centro per lo studio della sismicità indotta e provocata dell’università di Stanford, a seguito del sisma in Corea, ha dichiarato (Josie Garthwaite 2019): “In generale, le autorità civili di tutto il mondo non vogliono che le trivellazioni e le iniezioni causino terremoti abbastanza forti da disturbare la popolazione. In pratica, le autorità e i trivellatori tendono a concentrarsi maggiormente sulla prevenzione di piccoli terremoti che possono essere avvertiti, piuttosto che sull’evitare l’evento, molto meno probabile, di un terremoto abbastanza forte da causare gravi danni”.

Quando poi un tale terremoto accade, la credibilità delle autorità crolla e il fenomeno Nimby aumenta.

La licenza sociale di operare

Ottenere una licenza sociale è molto più complesso e delicato che ottenere una licenza amministrative. Richiede una sincera intenzione di implicarsi con le comunità locali e una notevole dose di trasparenza sui rischi, guadagni e benefici.

Soprattutto, un tale sforzo non può essere limitato alla parte progettuale. La licenza sociale, una volta ottenuta, va mantenuta continuando un rapporto onesto e sincero con le popolazioni locali. Questo approccio è simile a quello preconizzato dal progetto europeo INFACT sul futuro dell’esplorazione mineraria in Europa.

Infact raccomanda di integrare agli aspetti tecnici, gli aspetti ecologici, sociali e di governo sin dalla fase iniziale degli studi regionali miranti a selezionare l’area di intervento.

Ottenere la licenza di operare, una volta che si è già deciso dove implementare il progetto, senza aver già preso in conto tutti i diversi aspetti, può risultare difficile. Perché tali approcci funzionino bisogna avere il coraggio di accettare
che le popolazioni locali possano alla fine rifiutare il progetto. Idealmente si potrebbe addirittura adottare il metodo della ciambella, implicando le popolazioni locali tramite le assemblee cittadine che Volt promuove da tempo.
Può sembrare lungo e costoso. Ma il vantaggio è che, una volta il progetto accettato, il rischio sociale è fortemente diminuito e questo incoraggia anche gli investitori.

Infatti negli ultimi anni le problematiche di responsabilità sociale delle imprese e la loro licenza di operare sono considerate nelle primissime posizioni dell’inchiesta di Ernst&Young sui rischi del settore minerario, tutto sommato non troppo distante da quello della geotermia nell’immaginario collettivo.

Conclusioni

L’emergenza climatica incalza. L’Organizzazione Meteorologica Mondiale ha
recentemente annunciato che il 2023 è stato l’anno più caldo della storia. Profondi cambiamenti sociali saranno necessari. Ma non si può chiedere, in nome del bene comune, rischi e sacrifici solo a una parte della popolazione. Solo con delle politiche inclusive e trasparenti si possono evitare confusione e immobilismo.

Nel quadro della transizione energetica sarà sempre più importante confrontarsi con la complessità.

Come spiega bene Giorgio Parisi nel suo libro “Come un volo di storni”, ci vuole molta precauzione e attenzione per interagire con sistemi complessi. Per
quelli sociali poi, alcuni parlano di antro-complessità, è particolarmente difficile elaborare scenari di previsione.

Bisogna prima di tutto costantemente monitorare per identificare i “segnali deboli” forieri di eventi che possono provocare pesanti danni, che si tratti di sismica o di sensibilità sociale.

Inoltre, è necessario un grande lavoro di comunicazione e divulgazione, un’analisi dei rischi seria, un monitoraggio costante, preciso e trasparente delle operazioni, e un approccio inclusivo della governance dei progetti.

Può sembrare un peso eccessivo, ma è un approccio che rende i progetti più sicuri e interessanti per gli investitori. Tanto vale prendere la cosa come un’opportunità.
Nel 2020, con Lusval, abbiamo usato un’intelligenza artificiale per esplorare quali competenze particolari offrono maggiori opportunità di lavoro ai giovani laureati in scienze della terra nel contesto della transizione energetica. Abbiamo scoperto che spirito imprenditoriale, capacità di ascolto e di comunicazione, l’ingegneria geotecnica e la gestione dei rischi (monitoraggio, prevenzione e riduzione) sono le competenze più promettenti.

Questi risultati sono credibili alla luce di quanto abbiamo visto per l’EGS. E, in generale, per tutti gli usi del sottosuolo previsti dalle varie soluzioni di transizione energetica, come ad esempio lo stoccaggio di CO2.

Per quel che riguarda l’Italia, rimane comunque molto da fare nel campo della geotermia non potenziata.

Ringraziamenti

Siamo riconoscenti per le istruttive conversazioni e i suggerimenti, a Giovanni Sosio e Luca Masnaghetti, esperti di geotermia rispettivamente presso Celsius energy e SLB Geosolutions, a Andy Wood, consulente in geotermia e co-fondatore di Primeval Energy, e a Souad Sellami, sismologa presso il Servizio Sismologico Svizzero fino al 2011.

Bibliografia

• “DOE Analysis Highlights Opportunities to Expand Clean, Affordable Geothermal Power” Energy.Gov. January 25, 2023.
• “Enhanced Geothermal Shot” Energy.Gov.
• Elgot, Jessica, and Helena Horton. 2022. “Rishi Sunak Will Keep Ban on Fracking in UK, No 10 Confirms” (The Guardian, October 26, 2022, sec. Environment).
• Josie Garthwaite. 2019. “Lessons from Pohang: Solving Geothermal Energy’s Earthquake Problem | Stanford Doerr School of Sustainability” (May 23, 2019).
• Komac, Marko, C. MacCallum, and J. Russil. 2020. “Making ESG Considerations Relevant in Mineral Exploration Projects – Lessons Learned from INFACT Project.” 1st Geoscience & Engineering in Energy Transition Conference, Amsterdam 2020.
• NRC. 2013. “Induced Seismicity Potential in Energy Technologies” (National Research Council).
• Temple, James. 2023. “2023 Climate Tech Companies to Watch: Fervo Energy and Its Geothermal Power Plants”. MIT Technology Review (blog). October 4, 2023.