Brief sulle politiche: Innovazione dell'energia terrestre  

Sostenere la ricerca, lo sviluppo, la dimostrazione e la diffusione (RDD&D) dell'energia geotermica di nuova generazione 

Introduzione 

Le innovazioni nella geotermia di nuova generazione hanno il potenziale per trasformare l'accesso della nazione all'energia pulita e stabile. Una di queste tecnologie, energia superhot rock (SHR), deriva la sua energia dal calore profondo della Terra, che è inesauribile e disponibile in ogni momento. Sfruttando questa risorsa si potrebbe fornire energia elettrica pulita e costante alla scala necessaria per decarbonizzare l'economia globale. Grazie alla sua alta densità energetica, ai bassi requisiti del terreno, alla fornitura illimitata e alla disponibilità globale, energia superhot rock ha il potenziale per soddisfare la domanda a lungo termine di energia rinnovabile 24 ore su 24, 7 giorni su 7, a costi competitivi. Tuttavia, nonostante il suo immenso potenziale, il sito energia superhot rock è quasi del tutto misconosciuto nelle politiche di decarbonizzazione. Anche altri tipi di energia geotermica innovativa di nuova generazione, come i sistemi geotermici potenziati e i sistemi geotermici a circuito chiuso (CLGS), non ricevono il sostegno necessario per raggiungere il loro pieno potenziale.  

Per comprendere le barriere all'innovazione geotermica e come superarle, Clean Air Task Force (CATF) ha intrapreso una serie di sessioni di ascolto. Da ottobre 2022 a gennaio 2023, CATF ha condotto 24 conversazioni con i rappresentanti di 21 organizzazioni attivamente impegnate nell'innovazione geotermica. Si trattava di partner industriali (sviluppatori, società di perforazione e società di servizi), laboratori nazionali e universitari e altro ancora. L'obiettivo di queste sessioni di ascolto è stato quello di identificare le lacune politiche e le esigenze del settore relative alla ricerca, allo sviluppo e alla dimostrazione dell'energia geotermica di prossima generazione. 

Campagna d'ascolto Superhot Rock in evidenza

Ottobre 2022 - Gennaio 2023

Di conseguenza, CATF ha identificato le principali barriere all'innovazione dell'energia geotermica e allo sviluppo di energia superhot rock negli Stati Uniti e ha delineato tre aree chiave di opportunità per la leadership politica federale:  

1. Stabilire un quadro di riferimento: Creare un quadro istituzionale che fornisca le risorse necessarie per concentrarsi sulle tecnologie geotermiche di trasformazione e che faciliti la scalabilità necessaria affinché la geotermia raggiunga il suo pieno potenziale. 

2. Promuovere l'accelerazione tecnologica: Sostenere la ricerca e lo sviluppo (R&S) sia nel settore pubblico che in quello privato.  

3. Agevolare una tabella di marcia: Agevolare una serie di studi delle agenzie federali che si concentrino sulla creazione di una tabella di marcia ben informata per il passaggio degli Stati Uniti a un'energia pulita, 24 ore su 24 e 7 giorni su 7, derivata da fonti geotermiche di nuova generazione. 

Perché promuovere politiche che favoriscano energia superhot rock (SHR)?: I progetti dimostrativi suggeriscono che l'acqua che entra in contatto con il calore profondo della Terra potrebbe fornire un'energia fino a dieci volte superiore rispetto al vapore proveniente dalle risorse geotermiche convenzionali. Grazie alla sua alta densità energetica, al basso fabbisogno di terreno, alla fornitura inesauribile e alla disponibilità quasi universale, energia superhot rock ha il potenziale per soddisfare la domanda a lungo termine di energia a zero emissioni di carbonio e sempre disponibile. Tuttavia, per ottenere la diffusione dell'energia SHR nei prossimi anni, la ricerca e lo sviluppo di operazioni in condizioni di temperatura e pressione molto elevate devono iniziare ora. Il mondo non può permettersi di aspettare un altro decennio per continuare lo sviluppo di questa fonte energetica trasformativa. 

Perché dobbiamo continuare a promuovere un'innovazione geotermica più ampia: Sebbene la geotermia abbia un futuro promettente, vi è un bisogno immediato di tecnologie pronte ad essere utilizzate oggi. Solo lo 0,1% del calore sotto i nostri piedi può coprire il fabbisogno energetico totale del pianeta per i prossimi 2 milioni di anni - e questo calore si rigenera continuamente. Le tecnologie geotermiche che migliorano la capacità di accedere a questa fornitura illimitata di calore fanno avanzare la possibilità per gli Stati Uniti di diventare indipendenti dal punto di vista energetico con una fonte di energia pulita, robusta e disponibile 24 ore su 24, 7 giorni su 7. 

Di seguito sono elencati i principali risultati delle sessioni di ascolto.

9 ostacoli alla promozione dell'energia geotermica  

Barriera 1: incapacità di implementare i progetti 

Le autorizzazioni sono un ostacolo critico per molti degli stakeholder intervistati. Lo sviluppo di impianti geotermici richiede un lungo processo di autorizzazione. Nel gennaio 2022, gli Idaho National Labs hanno modellato un ipotetico scenario di permessi per un progetto negli Stati Uniti occidentali, prevedendo ritardi tra i 6 e i 13 anni per un singolo progetto geotermico. La gestione del territorio pubblico è una considerazione fondamentale per comprendere questo problema di diffusione: il 67% della capacità di generazione di elettricità geotermica negli Stati Uniti si trova solo su terreni gestiti dal Bureau of Land Management (BLM) (BLM, 2022). Numerosi stakeholder hanno indicato che il personale delle agenzie di autorizzazione sul campo, come il BLM, ha a che fare con risorse inadeguate per comprendere le tecnologie geotermiche e gli approcci con cui non si interfaccia spesso.  

Di conseguenza, i permessi per la geotermia sono messi in secondo piano rispetto ai permessi per tecnologie più conosciute. La lentezza e l'incertezza delle tempistiche di rilascio dei permessi inducono gli investitori a non investire nelle tecnologie geotermiche di nuova generazione, tra cui l'SHR, e rallentano drasticamente il processo di sperimentazione e sviluppo di queste tecnologie. Per compensare questo rischio, gli sviluppatori sono attratti da località che si prevede abbiano obblighi di autorizzazione ridotti, piuttosto che da luoghi dove l'energia è richiesta o dove la tecnologia può essere ottimizzata. 

Barriera 2: Gli Stati Uniti sono in ritardo rispetto ai partner internazionali nell'innovazione di energia superhot rock .  

Paesi come il Giappone, la Nuova Zelanda e l'Italia sono stati sede di progetti di ricerca di primo piano nel settore dell'energia da fonti rinnovabili. I gruppi di ricerca nazionali hanno sempre sottolineato la necessità di collaborare con partner internazionali nel campo dell'energia da cogenerazione e hanno lamentato l'inefficienza di un lavoro a sé stante. Attraverso le iniziative Horizon 2020, come DEEPEN e DESCRAMBLE, l'UE ha promosso un'ampia ricerca e lo sviluppo di energia superhot rock. È indispensabile che i gruppi di ricerca negli Stati Uniti abbiano le risorse necessarie per collaborare con i gruppi di ricerca internazionali. 

Barriera 3: Risorse inefficaci per la condivisione dei dati 

Diverse parti interessate, intervistate da CATF , si sono dette interessate a condividere i dati di caratterizzazione dei giacimenti e di perforazione. I dati sono una risorsa preziosa per lo sviluppo geotermico e l'accesso ai dati del sottosuolo è fondamentale per aiutare le aziende a rilevare il calore e a ridurre il rischio di fallimento dei pozzi attraverso programmi di perforazione ben informati. Sebbene esistano archivi di dati sia a livello federale che statale, è necessario organizzarli, centralizzarli e renderli più accessibili. Il database esistente che deriva dalla ricerca finanziata a livello federale, il Geothermal Data Repository, è stato criticato da alcuni intervistati perché "funziona male" o "inaccessibile".  

Barriera 4: mancanza di attenzione da parte delle agenzie federali  

Numerosi stakeholder hanno espresso il timore che gli uffici del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) esitino a destinare risorse sostanziali alle tecnologie geotermiche nascenti, tra cui i sistemi SHR, perché queste tecnologie hanno costi iniziali più elevati e tempi lunghi per dimostrarne il successo. È molto più facile per un'agenzia finanziare una tecnologia matura che ha maggiori possibilità di essere costruita, anche se può avere un potenziale di decarbonizzazione inferiore. 

Sebbene sia importante sostenere l'innovazione geotermica in generale, senza un ufficio incaricato specificamente di perseguire lo sviluppo della tecnologia SHR, la ricerca a livello federale sul SHR rischia di ristagnare. Le tecnologie geotermiche mature sono spesso considerate una pietra miliare per il raggiungimento dell'SHR, ma non è necessariamente così. In molti casi, le attività di R&S delle tecnologie geotermiche mature non sono applicabili all'SHR perché richiedono l'uso di apparecchiature ad alta temperatura e alta pressione (HTHP). Per garantire lo stanziamento di fondi, la ricerca, la collaborazione e lo sviluppo di buone pratiche specifiche per il SHR, è necessario un sostegno istituzionale al SHR all'interno del Geothermal Technologies Office (GTO). Il GTO dovrebbe adoperarsi per promuovere l'innovazione del SHR oltre a quella delle tecnologie geotermiche a bassa temperatura.  

Barriera 5: sforzi di ricerca e sviluppo isolati 

La commercializzazione di energia superhot rock non richiederà un'unica grande scoperta scientifica, ma sarà piuttosto il prodotto di iterazioni ingegneristiche intenzionali in più discipline. Queste aree includono: 

• Sistemi di perforazione in grado di perforare rapidamente rocce più profonde, più calde e con pressioni più elevate rispetto alle condizioni che si incontrano nella perforazione di petrolio e gas o nella perforazione geotermica convenzionale; 
• Materiali più robusti progettati per resistere ai cicli termici in questo ambiente più difficile;  
• Miglioramento della circolazione dei fluidi attraverso la roccia secca ad alta pressione e ad alta temperatura; 
• Strumenti o meccanismi di raffreddamento in grado di misurare le condizioni di superhot downhole;  
• Apparecchiature di superficie progettate per resistere al vapore surriscaldato; 

• Conoscenza avanzata del monitoraggio e della mitigazione sismica; e altro ancora.  

Alcune di queste tecnologie sono state sviluppate ma non ancora testate sul campo. Tutti questi progressi tecnologici possono basarsi su lavori precedenti sviluppati per altre fonti energetiche, come l'energia geotermica convenzionale e le risorse di petrolio e gas non convenzionali. Ma a differenza dell'industria del petrolio e del gas, l'industria delle rocce superhot non è integrata verticalmente. Piuttosto, le aziende e i laboratori nazionali tendono a lavorare solo su una o due delle aree sopra citate. Questo perché ognuna di queste tecnologie/aree di lavoro è unica, con competenze tecniche specifiche necessarie per fare progressi. Le attività di ricerca e sviluppo in silos rendono più difficile lo sviluppo delle rocce superhot, creando una complessa rete di proprietà intellettuale. Per portare le rocce superhot su scala commerciale, le innovazioni sviluppate dovranno lavorare insieme. Se nessuna azienda ha accesso a tutte queste innovazioni, non è possibile testarle insieme, tanto meno utilizzarle insieme in un progetto dimostrativo. 

Barriera 6: accesso limitato ai test sul campo 

Le startup e i ricercatori di laboratorio hanno pochissime risorse per accedere ai test sul campo. Le aziende e i gruppi di ricerca del settore SHR con cui abbiamo parlato considerano la sperimentazione sul campo un'esigenza fondamentale, e molte di esse la considerano la necessità più critica e/o immediata. Tuttavia, la mancanza di partnership coordinate e di siti di sperimentazione condivisi ha rappresentato un ostacolo per consentire alle aziende e ai ricercatori di testare le loro innovazioni sul campo.  

Sia i laboratori nazionali che le aziende private svolgono ruoli importanti nel progresso tecnologico e un approccio collaborativo che sfrutti i punti di forza di entrambi può portare al massimo impatto. È necessario un programma che fornisca finanziamenti agli sviluppatori per testare le loro tecnologie sul campo presso i centri di sperimentazione autorizzati e per iterare queste tecnologie su scala di banco collaborando con un consorzio di laboratori nazionali. 

Un sito di test sul campo (il sito FORGE nello Utah) fornisce questo servizio per i sistemi geotermici potenziati a bassa temperatura. I nostri intervistati hanno riconosciuto il valore di FORGE come sito di test e alcuni hanno pianificato o voluto lavorare con FORGE. Tuttavia, alcuni intervistati hanno anche notato che il calore di questo sito non è ideale per testare le tecnologie delle rocce superhot. Alcuni intervistati hanno suggerito di replicare il modello FORGE in un ambiente a temperatura più elevata.

Barriera 7: C'è uno squilibrio tra finanziamenti e necessità 

I finanziamenti pubblici per i laboratori nazionali e i finanziamenti privati per la R&S dovrebbero essere indirizzati ad aree tecnologiche che non vengono altrimenti affrontate né in ambito pubblico né in ambito privato. Ciò è particolarmente importante per le aree di ricerca che non sarebbero altrimenti perseguite attraverso i meccanismi del mercato commerciale. Durante le nostre sessioni di ascolto, abbiamo sentito ripetutamente dall'industria che le lacune tecnologiche cruciali e realizzabili nel settore dell'energia da cogenerazione sono state ampiamente ignorate, mentre altre aree tecnologiche sono state al centro della R&S per decenni. La definizione di aree di ricerca mirate ha un impatto maggiore rispetto ai finanziamenti non mirati.  

Barriera 8: Gli sviluppatori sono preoccupati di mantenere i diritti di proprietà intellettuale. 

La proprietà intellettuale (PI) è stata indicata come un'area chiave di preoccupazione per molti degli stakeholder coinvolti nelle sessioni di ascolto. Sebbene non vi sia stato alcun caso in cui il governo degli Stati Uniti abbia utilizzato la legge Bayh-Dole - che gli consentirebbe di esercitare il diritto di prelazione per conservare la proprietà intellettuale generata da un progetto finanziato a livello federale - la possibilità che ciò accada è spesso fonte di preoccupazione per gli sviluppatori. Uno stakeholder ha dichiarato che l'industria spesso non è disposta a richiedere sovvenzioni federali per la R&S perché non comprende appieno le norme sulla proprietà intellettuale o le deroghe disponibili. Per questi stakeholder, è chiaro che la necessità di comprendere le protezioni della proprietà intellettuale prevale sul desiderio di ottenere finanziamenti federali, soffocando in ultima analisi la crescita e l'innovazione.  

L'estensione dei tempi di presentazione delle domande di sovvenzione e la pubblicazione di una FAQ sulle protezioni della proprietà intellettuale relative ai finanziamenti del DOE e sul processo di deroga potrebbero consentire agli sviluppatori di avere il tempo necessario per acquisire familiarità con le implicazioni dei termini e delle condizioni associate ai finanziamenti federali e garantire che possano proteggere adeguatamente la proprietà intellettuale associata all'impegno in un programma federale durante il processo di presentazione delle domande. 

Barriera 9: Mancanza di una roadmap intenzionale di sviluppo tecnologico 

È importante che lo sviluppo della tecnologia geotermica e la sua scalabilità siano intenzionali. Diverse parti interessate hanno rilevato la necessità di una maggiore consapevolezza e di un'analisi degli impatti sulla comunità, delle esigenze tecnologiche, degli impatti sul mercato, delle lacune della catena di approvvigionamento, degli impatti sulla forza lavoro, dei rischi e dei benefici associati all'innovazione della tecnologia SHR e della geotermia di nuova generazione. 

Perché è importante che la R&S pubblica integri lo sviluppo tecnologico privato? 

La R&S privata e quella pubblica svolgono ruoli complementari nello sviluppo tecnologico e il finanziamento di entrambe è importante. I laboratori nazionali sono adatti a rispondere a domande accademiche fondamentali che sono più ampiamente applicabili. Poiché non hanno fini di lucro, sono anche la sede migliore per generare ricerca e sviluppo in settori in cui i risultati dovrebbero essere condivisi apertamente tra le parti interessate. Infine, i laboratori nazionali possono sviluppare tecnologie che non hanno un mercato immediato su cui l'industria privata possa capitalizzare. Ad esempio, i sensori ad alta temperatura e ad alta pressione potrebbero non avere un caso d'uso immediato, al di là dell'esplorazione spaziale, fino a quando l'SHR non sarà commercialmente redditizio. Sebbene sia ragionevole prevedere che l'industria privata sarà alla fine redditizia in questo settore, non potrà farlo finché non esisterà il mercato.  

Anche il finanziamento della R&S privata svolge un ruolo fondamentale nel promuovere un cambiamento tecnologico rapido e d'impatto. L'industria privata può lavorare in modo rapido e agile, prendere decisioni efficaci dal punto di vista dei costi e investire denaro per generare proprietà intellettuale che abbia un valore finanziario senza un futuro sostegno da parte del governo. Questo è importante per generare una tecnologia che sia competitiva nel mercato commerciale.  

Quale ruolo può svolgere il governo federale nello sviluppo della tecnologia geotermica? 

La politica federale svolge un ruolo importante nel promuovere le tecnologie a zero emissioni di carbonio. Negli ultimi anni, gli investimenti privati nell'energia geotermica di nuova generazione hanno avuto uno slancio significativo e crescente. Tuttavia, il governo federale può svolgere un ruolo unico nello sviluppo e nella diffusione di questa tecnologia: 

• Assunzione del rischio: Gli investimenti pubblici non sono vincolati dalla necessità delle aziende private di raggiungere obiettivi finanziari a breve termine e quindi sono autorizzati a perseguire progetti di sviluppo energetico ad alto rischio e ad alto rendimento. Il settore pubblico ha anche l'obbligo, nei confronti dei suoi elettori, di mantenere l'accesso all'energia pulita e su richiesta su un orizzonte temporale altrettanto lungo. Non si tratta di un compito banale, vista la crescente domanda di energia elettrica. Sebbene le stime sulla futura domanda di energia elettrica varino in modo molto variabile, quasi tutti concordano sul fatto che continuerà a crescere, vista la tendenza all'elettrificazione dei sistemi di trasporto, le nuove tecniche di calcolo e di stoccaggio e il fiorente interesse per l'idrogeno a basse emissioni di carbonio. I politici federali si trovano in una posizione unica per intervenire durante le fasi iniziali e far progredire la tecnologia. I finanziamenti pubblici possono incentivare i progetti per far progredire e iterare le nuove tecnologie fino a quando le aziende private non saranno disposte a investire in modo significativo e a rendere la tecnologia competitiva sui mercati energetici. 
• Catalizzare la ricerca e lo sviluppo: Il governo federale svolge un ruolo fondamentale nell'accelerare la ricerca e lo sviluppo del SHR. I finanziamenti per la ricerca e lo sviluppo privati possono favorire una rapida accelerazione della tecnologia, mentre quelli per i laboratori nazionali e le università possono contribuire a fornire un supporto imparziale alla R&S e una tabella di marcia imparziale per l'adozione della tecnologia. Inoltre, gli investimenti pubblici su larga scala segnalano agli operatori del settore che ci si aspetta che l'industria svolga un ruolo significativo in futuro, innescando un circolo virtuoso di maggiori investimenti da parte del settore privato. 

• Stabilire standard e best practice: Le agenzie federali sono in una posizione unica per fornire una fonte comune per lo sviluppo delle migliori pratiche. Queste pratiche sono necessarie per garantire la diffusione della tecnologia, l'equità, la sicurezza e l'efficacia di tipi di energia nascenti come il CERE. 
• Promuovere la collaborazione: La commercializzazione di energia superhot rock sarà il risultato di una serie di innovazioni tecnologiche in numerosi settori, tra cui la perforazione, la stimolazione, il completamento dei pozzi, la produzione di energia e altro ancora. Il lavoro in questi ambiti si svolge tra una serie di soggetti diversi che rischiano di lavorare in silos. I programmi federali possono aiutare lo sviluppo dell'SHR incoraggiando la collaborazione tra le parti interessate a tutti i livelli, compresi gli alleati internazionali, le agenzie governative, le istituzioni accademiche e le aziende private.  
• Ampliare le dimensioni del premio: Gli Stati Uniti sono in ritardo rispetto ad altri Paesi per quanto riguarda gli investimenti nell'innovazione dell'energia geotermica. Tuttavia, le aziende produttrici di combustibili fossili con sede negli Stati Uniti detengono la quasi totalità della forza lavoro qualificata e delle catene di approvvigionamento necessarie per la produzione di energia geotermica di nuova generazione. A differenza di molti dei Paesi leader, gli Stati Uniti hanno l'opportunità unica di scalare rapidamente le tecnologie geotermiche sfruttando le catene di approvvigionamento esistenti e diventando leader nello sviluppo di energia elettrica pulita, 24 ore su 24, 7 giorni su 7.

energia superhot rock è promettente, ma il sostegno federale è fondamentale

Le tecnologie geotermiche di nuova generazione, come energia superhot rock, hanno il potenziale per rendere gli Stati Uniti leader nella transizione energetica globale. Sfruttare la fonte illimitata di energia termica della Terra potrebbe accelerare rapidamente la decarbonizzazione delle fonti energetiche statunitensi e garantire la sicurezza energetica e la prosperità economica negli Stati Uniti e oltre. Sebbene vi sia interesse da parte di diversi soggetti interessati a far progredire questa fonte di energia innovativa, disponibile 24 ore su 24 e 7 giorni su 7, il sostegno del governo federale è fondamentale per affrontare le sfide sopra descritte. Mentre lo slancio continua a crescere rapidamente intorno all'energia geotermica di prossima generazione, il governo federale ha la capacità unica di portare questa tecnologia dalla fase iniziale di maturità alla diffusione commerciale.