Il nostro lavoro
Superhot Rock Geothermal
Una rivoluzione energetica in continuo divenire
La geotermia da rocce super calde è una fonte energetica visionaria che merita di essere investita, ma che è quasi del tutto misconosciuta nel dibattito sulla decarbonizzazione. L'innovazione tecnologica ci permetterà di accedere a questa energia, che ha il potenziale per soddisfare la domanda a lungo termine di energia a zero emissioni di carbonio e sempre disponibile, e può generare idrogeno per i trasporti e altre applicazioni. Sbloccare il potenziale di questa fonte energetica potrebbe ampliare le nostre opzioni e potenzialmente aprire una strada per sostituire i combustibili fossili.
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La geotermia da rocce super-calde potrebbe favorire una rapida decarbonizzazione globale
Per affrontare l'immensa sfida climatica è chiaramente necessaria una rapida innovazione energetica. Per sostenere la domanda di accesso all'energia da parte della crescente popolazione mondiale, saranno necessarie enormi quantità di energia affidabile e dispacciabile (sempre disponibile) a zero emissioni di carbonio.
Noi di CATF immaginiamo un futuro in cui energia superhot rock potrebbe svolgere un ruolo importante nella trasformazione del sistema energetico come parte vitale di un'economia globale prospera e senza emissioni di carbonio.
Che cos'è l'energia geotermica delle rocce supercalde?
La geotermia da rocce calde è una fonte di energia visionaria che merita di essere investita, eppure quasi del tutto misconosciuta nel dibattito sulla decarbonizzazione.
Come funziona la geotermia da rocce calde?
In un sistema a roccia supercalda, l'acqua viene iniettata in profondità nella roccia calda, per essere poi riscaldata e restituita alla superficie terrestre come vapore che può essere utilizzato per produrre energia nelle turbine elettriche o per generare idrogeno utilizzando un processo ad alta temperatura.
La geotermia da roccia supercalda potrebbe presentare alcuni vantaggi distinti rispetto ad altre fonti energetiche. Si prevede che sia accessibile, che richieda una superficie ridotta per produrre grandi quantità di energia (alta densità energetica) grazie alla grande quantità di energia che può essere prodotta per pozzo. Si prevede che la roccia supercalda possa produrre da cinque a dieci volte l'energia prodotta da uno degli attuali pozzi geotermici commerciali.
- Le “miniere” geotermiche di roccia supercalda sono presenti a elevate profondità e sono caratterizzate da temperatura e calore molto alti nelle viscere della crosta terrestre. Ciò contrasta con la piccola industria geotermica commerciale di oggi (~15 GW a livello globale), che in genere dipende dalla risalita di acque sotterranee calde in siti a elevato calore superficiale.
- La roccia supercalda inietta acqua nella roccia cristallina asciutta supercalda, aprendo le fratture esistenti a una profondità in cui l'acqua è così calda da possedere sia le proprietà dei liquidi che quelle dei gas, e consentendo all'acqua iniettata di viaggiare rapidamente attraverso le fratture presenti nella roccia e di raccogliere volumi molto grandi di energia termica.
- I pozzi di produzione portano questa energia a vapore in superficie e permettono di produrre a loro volta energia nelle turbine elettriche e/o di generare idrogeno.
Bridging the gaps: Advancing superhot rock geothermal
Clean Air Task Force ha commissionato una raccolta di cinque relazioni di punta, redatte da esperti indipendenti leader a livello internazionale, che fungono da analisi completa delle lacune nelle tecnologie chiave essenziali per il successo dei progetti di energia geotermica da rocce superhot su scala commerciale.
L'obiettivo principale è quello di valutare lo stato dell'arte, individuare le lacune tecnologiche ancora esistenti e identificare dove concentrare i futuri sforzi di ricerca, sviluppo e sperimentazione. In questo modo, questi rapporti mirano a garantire che nessuna area critica venga trascurata e a definire un percorso chiaro per ogni segmento della tecnologia.
Dotazione di calore delle rocce superhot e mappa del progetto
In collaborazione con l'Università di Twente, CATF ha sviluppato un modello unico nel suo genere per stimare il potenziale geotermico delle rocce superhot in tutto il mondo.
Il modello, accessibile al pubblico e trasparente, identifica un vasto potenziale per la geotermia da rocce superhot: Solo l'1% del potenziale geotermico delle rocce superhot del mondo potrebbe generare 63 terawatt di energia pulita e stabile - una quantità di energia 8 volte superiore al resto dell'elettricità mondiale messa insieme.
La nostra vision
Negli ultimi anni, gli esperti di CATFhanno condotto ricerche su questa fonte di energia a zero emissioni di carbonio e sulle nuove tecnologie necessarie per renderla accessibile a livello mondiale. Stiamo lavorando per dare impulso a questa risorsa dispacciabile e ad alta densità energetica e per inserirla nel dibattito globale sulla decarbonizzazione come strategia a lungo termine per soddisfare la crescita della domanda di energia in un mondo senza combustibili fossili.
La vision di CATF è quella di far passare rapidamente gli esperimenti sulla roccia supercalda dalla dimostrazione alla commercializzazione iniziale entro la fine di questo decennio e, con lo sviluppo parallelo di metodi di perforazione profonda, di realizzare l'obiettivo "geothermal everywhere" entro il 2030. L'energia da rocce supercalde può essere dimostrata oggi in aree a elevato calore vicino alla superficie, utilizzando la tecnologia esistente e adottando al contempo strategie e innovazioni provenienti dallo sviluppo di petrolio e gas non convenzionali, come le campagne di perforazione intensive, in modo da accelerarne la distribuzione, la portata e l'adozione. Le future innovazioni sulla perforazione energetica potrebbero consentire l'accesso a condizioni di rocce supercalde in pozzi molto più profondi, collocati in regioni medio-continentali attualmente prive di risorse geotermiche.
Il valore della geotermia da rocce superhot
- Produzione competitiva di energia
- Risorse energetiche terrestri infinite
- Energia programmabile, ovvero con carico di di base sempre attivo
- Densità di energia, ovvero alto apporto di energia con un ingombro superficiale ridotto
- Nessun costo del carburante
- Zero gas serra
- Conversione dell'energia fossile in geotermica in tutto il mondo
- Possibile ripotenziamento delle centrali a combustibili fossili
- Generazione di idrogeno carbon-free senza CO2 usato come carburante per il trasporto
- Accessibilità in tutto il mondo con innovazione di perforazione super profonda
- Sono richiesti progressi ingegneristici significativi, ma ciò non dipende dalle scoperte scientifiche
- Sicurezza energetica e modernizzazione
Quali sono le opportunità e le sfide?
Sono necessarie innovazioni fondamentali per una rapida diffusione del sito energia superhot rock, tra cui la perforazione in profondità e lo sviluppo di giacimenti termici. Anche se tecnicamente impegnative, si tratta di innovazioni realizzabili che potrebbero essere sviluppate rapidamente con finanziamenti adeguati. Una sfida fondamentale è lo sviluppo di serbatoi di calore in cui possa circolare l'acqua iniettata. Ciò richiederà metodi per identificare le fratture esistenti che possono essere stimolate e iniettate senza incidenti. Nei laboratori di tutto il mondo sono in corso ricerche per sviluppare metodi per la creazione di giacimenti in rocce supercalde.
Sono in corso sforzi per sviluppare le tecnologie necessarie per accedere alla geotermia da rocce superhot, come il cemento ad alta temperatura e le trivelle in grado di muoversi rapidamente attraverso la roccia dura. I laboratori nazionali di diversi Paesi, le start-up innovative che si occupano di trivellazione, le compagnie petrolifere e del gas che cercano di passare alla geotermia e gli istituti di ricerca privati stanno tutti svolgendo un ruolo in questo lavoro.
Esplorate l'analisi completa delle lacune di CATF sulle tecnologie chiave essenziali per il successo dei progetti geotermici in roccia superhot su scala commerciale.
energia superhot rock Glossario
Questo glossario fornisce una serie di termini fondamentali sui sistemi geotermici e su alcuni dei componenti necessari per il successo di un progetto geotermico. Si concentra su energia superhot rock, una forma di energia geotermica ad alta temperatura.
Risorse correlate
Incontra i nostri esperti di geotermia da rocce superhot
Se avete domande o siete interessati a saperne di più sul nostro programma Superhot Rock Geothermal e su alcune delle ultime innovazioni in questo settore o se volete sostenere i nostri sforzi per far progredire questa nuova tecnologia, contattate il direttore del programma Terra Rogers.
Un'immersione più profonda nella geotermia delle rocce superhot
L'accesso a risorse superhot a prezzi accessibili potrebbe trasformare il settore energetico.
Scoprite come funziona il processo delle rocce superhot ed esplorate i potenziali vantaggi che questa fonte di energia può offrire.
Domande frequenti sull'energia ottenuta da rocce supercalde
Che cos'è la geotermia da rocce calde e quali sono i suoi vantaggi?
La geotermia da rocce super calde è una nuova fonte energetica trasformativa a zero emissioni di carbonio, sempre disponibile, che potrebbe essere utilizzata per l'energia elettrica, il calore, la produzione di idrogeno e l'energia dei processi industriali. Ha il potenziale per essere economicamente competitiva con la maggior parte delle altre fonti energetiche a zero emissioni di carbonio e potrebbe essere diffusa rapidamente in gran parte del mondo. Potrebbe potenzialmente ripotenziare o sostituire molti impianti energetici a combustibili fossili esistenti e rafforzare la sicurezza energetica fornendo una fonte di energia locale, il tutto con un'impronta ambientale relativamente ridotta.
energia superhot rock è una forma di energia geotermica; una fonte di "carico di base" costante e dispacciabile. A differenza di altre risorse energetiche rinnovabili, l'energia geotermica è costantemente disponibile e non richiede l'uso di batterie di accumulo, né deve essere sostenuta da una fonte di energia di base come i combustibili fossili. Utilizzando una tecnologia di perforazione profonda, potremmo accedere alla geotermia da rocce super calde in tutto il mondo, aumentando l'accesso all'energia, l'equità energetica e la sicurezza energetica.
Cos'è l'energia geotermica e come funziona?
L'energia geotermica sfrutta l'energia presente sotto i nostri piedi. L'interno del nostro pianeta contiene calore naturale che si diffonde per conduzione e convezione fino alla superficie terrestre. Nelle regioni a "calore superficiale", dove il calore concentrato è disponibile vicino alla superficie, come l'Italia, la Turchia o gli Stati Uniti occidentali, l'energia geotermica convenzionale, o idrotermale, funziona perforando i serbatoi di acqua freatica riscaldata e portando il vapore in superficie per fornire acqua calda per riscaldare gli edifici e per far girare le turbine per produrre elettricità. Dove il calore è profondo, l'accesso all'acqua calda richiede una perforazione più profonda della crosta terrestre. In molte aree, il calore esiste anche senza una fonte d'acqua. In queste regioni, l'acqua può essere fatta circolare nella roccia calda. Il calore trasforma l'acqua in vapore, che viene poi portato in superficie. Ci sono molte innovazioni emergenti che cercano di sfruttare queste regioni per il riscaldamento, il raffreddamento e la produzione di elettricità.
In cosa si differenzia la geotermia da rocce calde dalla geotermia convenzionale?
L'energia geotermica convenzionale viene prodotta da acque sotterranee riscaldate naturalmente in prossimità della superficie e generalmente a temperature di 150-200°C. L'energia geotermica da rocce superhot sarà prodotta perforando rocce più calde a profondità maggiori (>400°C), iniettando e facendo circolare l'acqua attraverso la roccia per riscaldarla a temperature molto elevate e poi pompandola in superficie in un impianto di generazione. Con un'innovazione di successo nella perforazione profonda, la geotermia da roccia supercalda potrebbe essere prodotta ovunque nel mondo e non sarà limitata alle regioni con calore poco profondo e acque sotterranee.
L'acqua al di sopra dei 400°C è allo stato "supercaldo" (supercritico), molto più densa di energia e in grado di circolare in modo più efficiente rispetto all'acqua a bassa temperatura. Queste proprietà permetteranno ai sistemi geotermici a roccia supercalda di produrre una quantità di energia stimata da 5 a 10 volte superiore a quella dei sistemi geotermici convenzionali, con il potenziale di essere competitivi rispetto ai costi odierni dell'energia. Questo elevato potenziale energetico è stato dimostrato in Islanda, dove il pozzo Krafla dell'Iceland Deep Drilling Project ha prodotto acqua supercalda a 452°C e un potenziale di produzione di 36 megawatt di energia (MWe). In confronto, un progetto geotermico convenzionale produce circa 7-8 MWe per pozzo.
Sebbene l'uomo utilizzi l'energia geotermica da oltre 100 anni (a partire dalla Toscana, in Italia, nel 1904), è solo di recente che i progressi tecnologici hanno reso possibile la geotermia da rocce superhot. Nel 2018, nel mondo esistevano solo 15 GW di energia geotermica convenzionale e la geotermia rappresentava meno dello 0,5% della produzione totale di elettricità a livello mondiale. Grazie alla sua capacità energetica nettamente superiore e al potenziale "geotermico ovunque", la geotermia da rocce superhot può rappresentare una fonte di energia molto più grande, potenzialmente su scala di terawatt.
Dove si può sviluppare la geotermia da rocce superhot?
Le temperature necessarie per creare la geotermia da roccia superhot sono già state raggiunte in regioni in cui il calore terrestre è vicino alla superficie, come l'Islanda, l'Italia, la Turchia o gli Stati Uniti occidentali. Queste regioni a basso calore saranno probabilmente le prime in cui verrà sviluppata la geotermia da roccia superhot. Tuttavia, le rocce superhot hanno il potenziale per essere utilizzate su scala globale, quasi ovunque nel mondo. Per raggiungere il "geotermico ovunque" saranno necessarie tecnologie di perforazione innovative, in grado di raggiungere in modo economico le risorse superhot a profondità fino a 15 km (rispetto alle profondità di 7 km accessibili con gli attuali metodi di perforazione). Ci sono diverse aziende che stanno attualmente lavorando per superare i limiti delle trivellazioni attuali, e le innovazioni necessarie sono di tipo ingegneristico piuttosto che grandi scoperte scientifiche.
Visualizza la mappa del progetto superhot rock.
Quanto costerà generare una roccia geotermica superhot?
Clean Air Task Force ha commissionato alla Hot Rock Energy Research Organization (HERO) e a LucidCatalyst la stima del costo livellato dell'energia per le future centrali elettriche a roccia superhot mature ("nth of a kind"). Il costo livellato dell'energia (LCOE) è una misura standard dell'industria energetica utilizzata per confrontare i costi delle fonti energetiche e si calcola dividendo il costo di vita di una centrale elettrica per l'energia totale prodotta da quella centrale. I risultati suggeriscono che la roccia superhot matura sarà competitiva a 20-35 dollari per MWh, rispetto ai 40 dollari per MWh, l'attuale prezzo di mercato dell'elettricità negli Stati Uniti.
L'energia geotermica proveniente dalle rocce supercalde produce CO₂?
Il calore della Terra è una fonte di energia priva di carbonio. A differenza dell'energia prodotta da combustibili fossili, non viene emessa direttamente anidride carbonica (CO₂) nel processo di generazione di energia nella roccia secca. La roccia super calda rappresenta anche un vantaggio rispetto ai sistemi geotermici idrotermali commerciali, che raccolgono fluidi idrotermali che a volte contengono anidride carbonica. Poiché la geotermia da roccia super calda funzionerà in rocce calde e asciutte, che è altamente improbabile contengano CO₂ libera, è prevista come una forma di energia completamente priva di carbonio.
La geotermia da rocce superhot è rinnovabile o rischia di esaurire il calore della Terra?
La geotermia da rocce superhot non rischia di esaurire il calore della Terra. Sui tempi umani, la geotermia da rocce superhot è infinita, la risorsa rinnovabile per eccellenza. Una stima suggerisce che lo 0,1% del calore della Terra potrebbe soddisfare il nostro fabbisogno energetico per 2 milioni di anni. Gli scienziati prevedono che la Terra continuerà a produrre calore geotermico per miliardi di anni e la quantità di energia necessaria all'uomo è minima rispetto a quella prodotta. L'uso della geotermia da parte dell'uomo non influirà in modo significativo sul calore della Terra.
Come può la geotermia delle rocce super-calde aiutare a produrre idrogeno?
La geotermia da rocce calde è adatta a generare idrogeno a basse emissioni di carbonio, che può essere utilizzato per decarbonizzare settori difficili da abbattere come il trasporto pesante e l'industria. Sono molteplici i fattori che rendono la geotermia superhot rock e la produzione di idrogeno una buona combinazione.
In primo luogo, l'intenso calore e l'energia generati dalle rocce superhot potrebbero essere utilizzati per la produzione di idrogeno. La geotermia da roccia surriscaldata genera elettricità, che può essere utilizzata per la produzione di idrogeno tramite elettrolisi ad alta temperatura. Il vapore surriscaldato potrebbe aumentare l'efficienza della produzione di idrogeno elettrolitico negli elettrolizzatori a ossido solido.
Inoltre, la geotermia da rocce calde è una fonte di energia inesauribile e stabile, che funziona 24 ore su 24 indipendentemente dalle condizioni meteorologiche o da altri fattori esterni. Questo profilo di produzione energetica è ciò di cui hanno bisogno gli impianti di idrogeno per funzionare 24 ore al giorno.
Un'analisi di Lucid Catalyst di prossima pubblicazione prodotta per Clean Air Task Force stima che energia superhot rock potrebbe produrre idrogeno a costi competitivi, anche se la produzione di idrogeno da rocce geotermiche superhot deve ancora essere dimostrata.
La geotermia da rocce calde è la stessa cosa della geotermia supercritica?
"Supercritico" è un termine tecnico che si riferisce all'acqua con calore pari o superiore a 400°C e pressione pari o superiore a 22 MPa. "Supercaldo" è un termine meno tecnico che si riferisce all'acqua a circa 400°C, indipendentemente dalla pressione, e ad altri fluidi molto caldi.
Cosa sono i sistemi geotermici ingegnerizzati (EGS) e i sistemi a roccia calda e secca, e come si relazionano con la geotermia a roccia calda?
L'energia geotermica richiede tipicamente una fonte di calore (roccia), acqua e roccia permeabile in modo che l'acqua possa circolare attraverso di essa e assorbire il calore. Nei sistemi geotermici in cui la roccia calda non contiene una fonte naturale di acqua e permeabilità, la permeabilità deve essere creata. I sistemi geotermici ingegnerizzati (EGS) sono sistemi geotermici che non utilizzano acqua idrotermale naturale. Vengono anche chiamati "sistemi di roccia calda secca".
La geotermia su roccia calda è un sottoinsieme dell'EGS che accede a temperature molto più elevate (superiori a 400°C) di quelle a cui l'EGS ha storicamente avuto accesso. La geotermia "a contatto diretto" funziona pompando l'acqua in un tubo nella roccia calda, dove circola attraverso piccole fratture nella roccia per assorbire il calore, per poi risalire in un secondo tubo fino alla superficie. Un'alternativa alla circolazione dell'acqua attraverso le fratture può essere rappresentata dai sistemi di iniezione a circuito chiuso, che riscaldano l'acqua all'interno di condotti o tubi perforati in profondità attraverso la roccia calda.
Cosa è necessario per accelerare lo sviluppo di rocce geotermiche supercalde?
Sono necessarie innovazioni fondamentali per sbloccare la diffusione della geotermia da rocce superhot. Tra queste, lo sviluppo di strumenti che funzionino nelle condizioni estreme delle rocce superhot, nuovi materiali per la costruzione dei pozzi, nuovi metodi progettati per funzionare in condizioni di calore profondo, nuovi metodi di perforazione ultra-profonda e nuovi metodi per la creazione di giacimenti. Anche se tecnicamente impegnativi, questi progressi sono realizzabili e potrebbero essere sviluppati in tempi relativamente brevi con finanziamenti aggressivi, come è avvenuto per molte altre tecnologie energetiche.
Un programma intensivo di perforazione e sviluppo delle risorse da parte di consorzi ben finanziati potrebbe fornire le conoscenze e l'innovazione necessarie per sviluppare e commercializzare rapidamente le rocce superhot in tutto il mondo. L'utilizzo delle competenze del sottosuolo e delle risorse di capitale dell'industria petrolifera e del gas potrebbe accelerare il rapido sviluppo dei sistemi geotermici a roccia superhot.
Le esigenze normative globali e il personale tecnico delle agenzie devono essere anticipati per fornire una tabella di marcia agli sviluppatori di geotermia da rocce superhot, generando al contempo fiducia tra i politici e il pubblico che questi progetti saranno sicuri e rispettosi dell'ambiente.
Quali sono le tecnologie di perforazione avanzate in fase di sviluppo?
La perforazione in profondità di rocce dure provoca una rapida usura delle punte. Le innovazioni emergenti, come la perforazione a martello, la perforazione ibrida PDC/particelle e la perforazione a energia senza contatto, risolvono questo problema trovando altri modi per perforare.
- La perforazione al plasma, come la perforatrice Plasmabit in fase di sviluppo da parte di GA Drilling, funziona emettendo un flusso di plasma, un'energia termica estrema che si forma quando gli elettroni vengono strappati dagli atomi con una corrente elettrica ad alta tensione.
- La perforazione a onde millimetriche vaporizza la roccia ed è in fase di sviluppo da parte di Quaise a Houston, TX, in collaborazione con l'Oak Ridge National Laboratory.
- È stato dimostrato che la punta PDC aumenta la velocità di penetrazione e riduce notevolmente i tempi di perforazione nella roccia cristallina di FORGE.
- Altre tecnologie in via di sviluppo sono la perforazione ibrida PDC/particelle, la perforazione a proiettile, la perforazione laser ibrida e la perforazione a martello.
Quali sono i prossimi passi verso la commercializzazione delle tecnologie delle rocce superhot?
Numerosi progetti di perforazione hanno perforato la roccia supercalda. L'Islanda e l'Italia hanno ospitato progetti internazionali di ricerca e sviluppo e altre dimostrazioni pilota sono in fase di pianificazione in regioni del mondo in cui le condizioni di superhot sono vicine alla superficie. Una volta che queste dimostrazioni pilota saranno riuscite a produrre acqua supercalda ad alta densità energetica in superficie e, in ultima analisi, a creare elettricità, il passo successivo sarà quello di dimostrare la geotermia da roccia supercalda su scala commerciale (ad esempio, 100+ MW) in luoghi con un'ampia gamma di geologie e profondità da riscaldare. Nella fase finale, la geotermia da rocce superhot si espanderà fino alla commercializzazione su scala globale.
Ognuna di queste fasi comporterà un enorme apprendimento e si baserà anche sulla ricerca di laboratorio per la creazione di giacimenti, la perforazione e l'infrastruttura di superficie. Nelle prime fasi della commercializzazione saranno necessari investimenti pubblici e privati per fornire incentivi alle campagne di perforazione e per favorire l'impollinazione incrociata tra i progetti internazionali. In definitiva, la commercializzazione della geotermia da rocce superhot richiederà risorse da parte dell'industria geotermica, dei governi, dei laboratori nazionali, delle istituzioni accademiche e dell'industria energetica esistente.
