Energia elettrica pulita e continua - Seconda parte

Seconda parte di quanto pubblicato in precedenza. Nella prima parte è stato analizzato il cosa, ovvero quanto di disponibile esiste nell'ambito delle tecnologie di generazione pulita di energia elettrica, suddiviso in tre argomenti principali (cosa, perché e come). A seguire qui il perché. Come premesso non sarà trattato l'ultimo gruppo.

Perché Clean Firm: potenziali vantaggi
Rimando alla prima parte per la definizione di Clean Firm.
I sistemi energetici dovranno affrontare sfide significative. Le infrastrutture esistenti sono obsolete e necessitano di essere sostituite. La crescita del carico, sebbene incerta, è tornata in molte regioni a un ritmo mai registrato da decenni. Laddove gli obiettivi di decarbonizzazione siano su larga scala o addirittura totali, si prevede che la futura crescita del carico derivante dall'elettrificazione sarà altrettanto rapida. Nel frattempo, l'approvvigionamento energetico pulito dovrà non solo soddisfare il nuovo carico, ma anche sostituire la generazione fossile finché continuerà ad essere presente, con impianti che invecchieranno rapidamente e diverranno troppo costosi da mantenere. Questa tendenza è testimoniata dal fatto che, ad oggi, la stragrande maggioranza della produzione di energia da fonti alternative, è servita a coprire nuovi fabbisogni, e non a sostituire l’esistente.

La commercializzazione di tecnologie di generazione di energia pulita a costi ragionevoli porterà tre ampie categorie di benefici:

• Vantaggio 1 - ridurre la realizzazione delle infrastrutture necessarie per decarbonizzare il settore energetico, soddisfacendo al contempo la crescita della domanda
• Vantaggio 2 - riduzione dei costi di decarbonizzazione del settore energetico
• Vantaggio 3 - gestione dei rischi associati a un insieme limitato di opzioni di decarbonizzazione del settore energetico

Vantaggio 1: riduzione delle esigenze di sviluppo delle infrastrutture

• Le tecnologie di produzione l’impatto economico necessario a realizzare le infrastrutture per decarbonizzare il sistema energetico, rispetto ai percorsi che invece non le prevedono.
• L'impatto della Clean Firm sulle esigenze totali di sviluppo riduce direttamente i requisiti di suolo, materiali e minerali critici necessari alla decarbonizzazione.

L'inclusione di tecnologie di generazione di energia pulita nei sistemi energetici riduce sostanzialmente la portata della realizzazione delle infrastrutture necessarie per soddisfare la crescita del carico e raggiungere la decarbonizzazione dell'elettricità, tutelando al contempo l'affidabilità della rete.

Le analisi dell'Agenzia Internazionale per l'Energia (IEA) suggeriscono che la domanda globale di elettricità è destinata ad aumentare drasticamente entro il 2050 in tutti gli scenari futuri, con l'aumento più rapido dopo il 2030. Negli Stati Uniti e in Europa, la maggior parte delle analisi sull'evoluzione dell'elettricità presuppone aumenti significativi, spesso del 200%-400%, della domanda e dell'offerta di elettricità nello stesso periodo. Anche prima di considerare la decarbonizzazione, soddisfare in modo affidabile la crescita del carico e sostituire al contempo le infrastrutture obsolete richiederà un notevole sviluppo di nuove infrastrutture. Ad esempio per l'Europa è previsto che avrà bisogno di oltre 100 GW di nuova capacità dispacciabile entro il 2035 per mantenere l'affidabilità e gestire i costi.

I requisiti di sviluppo infrastrutturale diventano ancora più sostanziali quando si persegue la decarbonizzazione. Prendendo ad esempio un paese energivoro come gli Stati Uniti, in uno scenario che modella un percorso ad alto contenuto di energie rinnovabili verso un'economia statunitense decarbonizzata nel 2050, uno studio dell’Università di Princeton ha rilevato che il paese dovrebbe installare quattro volte più energia eolica e solare di quanta ne abbia mai installata in un solo anno, ogni anno per i prossimi due decenni, per raggiungere questo obiettivo. La capacità totale di trasmissione dell'elettricità dovrebbe aumentare di oltre il 400%!

Un vantaggio chiave delle tecnologie di produzione di energia pulita è il loro impatto significativo sulla realizzazione complessiva delle infrastrutture necessarie per soddisfare la crescita del carico e raggiungere la decarbonizzazione. La presenza di capacità di produzione di energia pulita riduce sostanzialmente la capacità totale di generazione, stoccaggio e trasmissione necessaria per raggiungere gli obiettivi di energia pulita mantenendo al contempo l'affidabilità. Questa riduzione del fabbisogno totale di realizzazione riduce direttamente i requisiti di suolo, materiali e minerali critici per la decarbonizzazione. Inoltre, poiché alcune tecnologie di produzione di energia pulita possono fornire calore oltre all'elettricità, potrebbero anche contribuire direttamente a soddisfare il fabbisogno di riscaldamento da fonti decarbonizzate e a ridurre la domanda di elettricità per il riscaldamento.

Un settore energetico dotato di una solida gamma di tecnologie di produzione di energia pulita e continua, consente la decarbonizzazione con minori requisiti infrastrutturali per diverse ragioni. In primo luogo, le risorse di energia pulita e continua operano generalmente a tassi di utilizzo più elevati (50-100%) rispetto alle fonti rinnovabili variabili (20-50%), richiedendo una minore capacità di generazione totale per produrre la stessa quantità di energia e una minore capacità di trasmissione per trasportarla. In secondo luogo, fornendo una produzione pulita costantemente disponibile per periodi indefiniti e indipendentemente dalle condizioni meteorologiche, le risorse di energia pulita e continua riducono la necessità di sovraccaricare altre risorse per garantire l'affidabilità in condizioni estreme. In assenza di opzioni di energia pulita e continua disponibili, una rete che mira alla decarbonizzazione deve invece essere dotata di una capacità eolica, solare, di accumulo e di trasmissione sufficiente a soddisfare la domanda anche durante i rari periodi di produzione eolica e solare estremamente bassa, molto più di quanto sia necessario per soddisfare la domanda in condizioni meteorologiche tipiche.  

La produzione di energia pulita può avere un impatto notevole nel ridurre il fabbisogno infrastrutturale totale di una rete decarbonizzata: 1 GW di capacità di energia pulita compensa circa 5-8 GW di fabbisogno variabile di capacità rinnovabile e di accumulo. Inoltre, il fabbisogno totale di energia per la trasmissione è più che dimezzato. Uno studio europeo di modellazione energetica, che ha riassunto numerosi studi di settore, ha prodotto risultati simili, dove le tecnologie di energia pulita riducono lo sviluppo infrastrutturale totale necessario per decarbonizzare l'intera Europa e in specifici stati membri.

Nelle figure seguenti sono illustrati i vantaggi dell’affiancare sistemi di produzione di energia elettrica del tipo Clean Firm a rinnovabili tradizionali. Complessivamente, allo scopo di soddisfare la domanda in crescita, risulta evidente come la capacità totale installata, realizzata con un portafoglio di soluzioni diverse, sia decisamente più bassa che non senza.

Capacità totale del sistema (magenta) e capacità di risorse pulite (blu) per gli scenari E+ (colore più scuro) ed E+RE- (colore più chiaro) nello studio statunitense. Entrambi gli scenari presuppongono un'elettrificazione aggressiva degli usi finali, ma lo scenario E+RE- consente tassi di utilizzo di energia eolica e solare inferiori e maggiori quantità di stoccaggio di CO₂ rispetto a E+.

Capacità media installata di energia pulita, energie rinnovabili variabili e stoccaggio necessaria per fornire elettricità pulita al 100% in California nel 2024 per scenari con e senza nuove opzioni di energia pulita disponibili, come analizzato da tre diversi modelli di sistema elettrico.

Risultati della modellazione del sistema energetico per realizzare un sistema energetico tedesco decarbonizzato entro il 2050 con (sinistra) e senza (destra) energia nucleare. 

Vantaggio 2: riduzione dei costi di decarbonizzazione

Nonostante i costi livellati dell'elettricità (LCOE - Levelized Cost of Electricity, è il costo medio unitario, in $ o € per MWh, per la produzione di elettricità durante l'intero ciclo di vita di un impianto) siano più elevati rispetto all'eolico e al solare, gli impatti complessivi delle tecnologie di produzione di energia pulita possono ridurre significativamente i costi a carico dei contribuenti per la decarbonizzazione del settore energetico rispetto agli scenari in cui non sono disponibili. Le tecnologie di produzione di energia pulita sono convenienti anche in base a ipotesi ottimistiche di continui cali dei costi di produzione, accumulo e trasmissione da fonti rinnovabili tradizionali. 

Le tecnologie di produzione di energia pulita e continua possono ridurre significativamente i costi della decarbonizzazione per i contribuenti rispetto a scenari in cui non sono disponibili, riducendo quanto necessario a garantire il bilanciamento stagionale tra domanda e offerta e la resilienza alle condizioni meteorologiche estreme. L'elevata quantità di capacità di accumulo e di energia rinnovabile necessaria per garantire l'affidabilità senza tecnologie di produzione di energia pulita e continua significa che gran parte di questa capacità rimane di fatto inutilizzata durante le normali condizioni meteorologiche, aumentando significativamente il costo complessivo dei sistemi decarbonizzati.

Anche nell’ipotesi, utopistica più che ottimistica, che i costi complessivi di adozione di fonti rinnovabili siano in continuo calo, la conclusione resta valida. Sebbene la disponibilità di tecnologie di accumulo di energia a lunga durata e a costi estremamente bassi potrebbe ridurre la necessità di opzioni di energia pulita continua consentendo una distribuzione stagionale più conveniente delle energie rinnovabili, la ricerca indica che i costi di accumulo dovrebbero scendere a un decimo o meno degli attuali costi delle batterie agli ioni di litio affinché questa opzione possa fungere da sostituto economicamente competitivo dell'energia pulita continua. In alcuni casi in cui un mezzo di accumulo assume la forma di un combustibile e può essere trasportato, come l'idrogeno derivato dall'elettrolisi o il metanolo, il confine tra energia pulita continua e accumulo di energia a lunghissima durata diventa indistinto. In entrambi i casi, l'uso dell'accumulo di energia a lunga durata per raggiungere una profonda decarbonizzazione richiederebbe comunque un'enorme quantità di energia rinnovabile e pertanto non risolverebbe le sfide di sviluppo infrastrutturale.

La modellazione dei sistemi energetici europei ha mostrato risultati simili. Esaminando sedici studi di modellazione con regioni e approcci diversi si è concluso che, eccezioni a parte (paesi con una percentuale molto elevata di risorse idroelettriche flessibili, come ad esempio la Danimarca) la maggior parte degli studi esaminati mostra che i sistemi con produzione continua pulita presentano costi inferiori e una minore volatilità dei prezzi dell'energia rispetto a scenari senza produzione continua pulita.

Nel Sud-est asiatico, le tecnologie di produzione di energia pulita possono far fronte alla crescita della domanda di energia, alla dismissione degli impianti a combustibili fossili e al calo della produzione idroelettrica. Ad oggi, la maggior parte della crescita della domanda di energia in questa regione è stata alimentata da carbone e gas naturale. Le tecnologie di produzione di energia pulita potrebbero fornire alternative a basse emissioni di carbonio e meno inquinanti, soprattutto nelle regioni con vincoli di disponibilità di suolo o risorse rinnovabili di bassa qualità. Analogamente, in Africa, dove si prevede un rapido aumento della domanda di energia nei prossimi decenni, le risorse di energia pulita potrebbero svolgere un ruolo chiave nella simultanea espansione e decarbonizzazione dell'approvvigionamento elettrico.

Ovviamente ci sono delle carenze nella modellazione, che però si traducono in ulteriori vantaggi a favore dell’adozione delle tecnologie Clean Firm. In primo luogo sottostimano il valore complessivo delle risorse di energia pulita, semplificando o omettendo vincoli reali come quelli legati alla trasmissione, agli eventi meteorologici estremi e altri vincoli di affidabilità operativa, tutti ambiti in cui le risorse di energia pulita offrono ulteriori risparmi sui costi e vantaggi in termini di affidabilità. I significativi benefici finanziari identificati negli studi di cui sopra possono quindi essere considerati un limite inferiore del valore dell'energia pulita. Tuttavia, è anche opportuno notare che questi modelli spesso ignorano anche le sfide legate alla realizzazione o all'esercizio di un'energia pulita, come la disponibilità di acqua di raffreddamento per il funzionamento delle centrali elettriche.

Vantaggio 3: aumentare la velocità di decarbonizzazione e la resilienza attraverso la diversità tecnologica

• I tassi di diffusione dell'energia pulita restano ben al di sotto di quanto sarebbe necessario per raggiungere reti a zero emissioni entro il 2050.
• L'impatto delle tecnologie di produzione di energia pulita sui sistemi energetici può ridurre la portata complessiva della sfida della decarbonizzazione, rendendo gli obiettivi più raggiungibili.
• Le tecnologie di produzione pulita integrano le energie rinnovabili e lo stoccaggio, attenuando i rischi che colpiscono in modo asimmetrico le tecnologie e che potrebbero ostacolare la decarbonizzazione.

La decarbonizzazione del settore elettrico si scontra con notevoli incertezze e rischi che potrebbero comprometterne il successo. Tra questi vanno citati innanzi tutto gli ostacoli logistici e normativi alla diffusione su larga scala di energia pulita, i blocchi nella catena di approvvigionamento, i conflitti geopolitici e le incertezze nell'evoluzione a lungo termine dei costi tecnologici e della domanda di energia. Le tecnologie di produzione di energia pulita offrono ai decisori politici opzioni per ridurre l'incertezza e mitigare i rischi per il raggiungimento della decarbonizzazione del settore elettrico.

Negli Stati Uniti e in Europa, numerosi sono gli ostacoli che continuano a limitare il ritmo di crescita dell'offerta di energia pulita, nonostante la crescente domanda e le politiche volte ad accelerarne la diffusione, non ultimi le dozzine di impianti che attendono ancora di essere allacciati alla rete elettrica e gli ostacoli burocratici ed amministrativi, se non addirittura quelli dei comitati locali di tipo NIMBY. Sebbene le risorse pulite rappresentino ancora la grande maggioranza delle nuove aggiunte di capacità di produzione, i tassi di diffusione (in particolare dell'energia eolica) rimangono ben al di sotto di quanto sarebbe necessario per raggiungere reti a zero emissioni entro il 2050. Queste barriere sono tutte tecnicamente superabili e i responsabili politici stanno facendo progressi nell'affrontarle (ad esempio, gli sforzi di riforma delle pratiche di allaccio volti a ridurre i tempi di sviluppo dei progetti). Tuttavia, le sfide che limitano la crescita dell'energia pulita potrebbero persistere e potrebbero emergere nuove sfide legate alla capacità della catena di approvvigionamento o ai conflitti commerciali.

Attese di interconnessione alla rete negli Stati Uniti e in Europa (BNEF, 2023)

Numero di sentenze locali (USA) contro l'attuazione di impianti di energia rinnovabile (Sabin Center of Climate Change Law, 2024)

Di seguito è riportato un elenco non esaustivo degli ostacoli pratici e procedurali che devono essere superati per accelerare la diffusione dell'energia pulita:

• Riformare i processi di pianificazione della trasmissione per consentire la trasmissione regionale e interregionale su larga scala e nuove tecnologie di trasmissione (ad esempio, tecnologie di potenziamento della rete).
• Migliorare i processi di allaccio alla rete per connettere più velocemente le risorse energetiche pulite.
• Superare le barriere di localizzazione e di autorizzazione mantenendo al contempo la salvaguardia dell'ambiente e degli interessi della comunità.
• Aggiornare i modelli di mercato per incentivare meglio la risposta alla domanda e consentire una più facile integrazione delle energie rinnovabili variabili nei sistemi energetici, e per incentivare adeguatamente le risorse a lungo termine e di lunga durata come le risorse pulite delle aziende.
• Includere gli impatti del cambiamento climatico e delle condizioni meteorologiche estreme nella pianificazione dell’affidabilità e della resilienza per migliorare la valutazione delle risorse pulite e garantire soluzioni complementari adeguate.
• Migliorare i processi di pianificazione dei servizi di pubblica utilità per renderli più proattivi, a lungo termine, trasparenti e sofisticati.
• Adottare nuovi modelli di business per le utility che incentivino le prestazioni (ad esempio, l'efficienza dei costi), non solo le spese in conto capitale, per consentire alle utility di implementare soluzioni più innovative dal lato della domanda e dell'offerta.
• Miglioramento della progettazione delle tariffe per includere tariffe variabili nel tempo e prezzi in tempo reale per i grandi clienti.
• Coinvolgere le comunità locali e i proprietari terrieri per identificare e risolvere in modo proattivo le future sfide di ubicazione.
• Ampliare rapidamente le catene di approvvigionamento per consentire l’impiego di energia pulita nella scala necessaria di fronte a varie incertezze.
• Gestire i risultati economici e occupazionali per garantire una transizione giusta per i lavoratori e le comunità.

Superare queste sfide richiederà a molti soggetti interessati a diversi livelli di governo di riformare rapidamente le strutture di incentivazione, le analisi di valutazione dei bisogni, i processi di pianificazione e la governance. Se una singola sfida importante – come la resistenza alla localizzazione, i colli di bottiglia nella catena di approvvigionamento o i ritardi nelle autorizzazioni – non viene completamente superata, la decarbonizzazione potrebbe bloccarsi. In questo scenario, il fallimento delle giurisdizioni nel raggiungere gli obiettivi di crescita non sarebbe dovuto al fatto che l'energia pulita non fosse sufficientemente economica, ma piuttosto all'affrontare barriere non legate ai costi. I decisori politici a qualsiasi livello di governo, in particolare gli enti locali, spesso non dispongono dell'autorità legale o degli strumenti per affrontare direttamente tutti i potenziali rischi, e le difficoltà di coordinamento tra e all'interno dei governi abbondano.

Promuovere l'uso di tecnologie diversificate, comprese le opzioni di produzione di energia pulita, può contribuire a ridurre la portata di queste barriere non economiche che limitano la decarbonizzazione. Come discusso in precedenza, l'impiego di risorse pulite può ridurre sostanzialmente la quantità di capacità di produzione, stoccaggio e trasmissione necessaria per decarbonizzare il settore elettrico. In tal modo, le tecnologie pulite possono ridurre al minimo l'impatto delle barriere non economiche che rallentano il ritmo di implementazione.

Oltre a ridurre la gravità complessiva dei potenziali ostacoli alla realizzazione di infrastrutture, l'inclusione di più soluzioni tecnologiche significa che i rischi che influenzano le tecnologie in modo asimmetrico hanno meno probabilità di trasformarsi in gravi colli di bottiglia per la decarbonizzazione. Se un percorso tecnologico incontra vincoli specifici in un dato momento o in una determinata regione, un portafoglio tecnologico diversificato garantisce la disponibilità di altre opzioni per colmare il divario. Grazie alle loro caratteristiche uniche, le tecnologie di produzione di energia pulita possono ridurre l'esposizione al rischio del settore elettrico nei seguenti modi:  

• Le esigenze diversificate di risorse e di produzione possono mitigare l'esposizione ai rischi a cui è esposta la catena di fornitura di ogni singola tecnologia.
• Un minore utilizzo del suolo da parte di risorse aziendali pulite per unità di energia e capacità può ridurre l'impatto complessivo di un sistema decarbonizzato e, a sua volta, ridurre le sfide legate all'ubicazione e all'opposizione pubblica.
• Una localizzazione più flessibile del progetto e un maggiore utilizzo della trasmissione richiedono una minore costruzione di reti di trasmissione greenfield.
• I requisiti minimi di minerali critici per alcune tecnologie di produzione di energia pulita possono mitigare le incertezze della catena di approvvigionamento e/o del commercio.
• Una minore esposizione ai mercati globali delle materie prime attenua l'esposizione agli shock dei conflitti globali.
• Una maggiore concentrazione dei benefici economici locali, compresi i posti di lavoro, se ben comunicata e associata a un significativo coinvolgimento della comunità, potrebbe ridurre i rischi di accettazione da parte del pubblico.
• Le applicazioni di coproduzione di calore ed energia possono contribuire a soddisfare direttamente le esigenze di riscaldamento, riducendo la dipendenza da altri approcci al riscaldamento decarbonizzato.

Energia elettrica pulita e continua - Prima parte

Entro il 2050, il mondo dovrà generare quasi tre volte più elettricità di quella che consumiamo oggi. E dobbiamo generarla in modo pulito. È una sfida enorme.

Le tecnologie principali che guidano questo cambiamento sono quelle legate soprattutto a nuovi approcci alla geotermia, all'energia da fusione e all'idrogeno geologico - alcuni più vicini alla commercializzazione di quanto la maggior parte delle persone pensi, altri che potrebbero ancora essere lontani decenni. 

La buona notizia è che, a quanto pare, per la prima volta nell'UE l'energia eolica e solare stanno generando più elettricità dei combustibili fossili. Stiamo assistendo a un chiaro cambiamento, poiché il sistema elettrico mondiale sta diventando più diversificato, innovativo e dinamico che mai.

Non è troppo tardi? Non ci stiamo dirigendo verso un mondo più caldo di 5 o 6 °C?  Premesso che, a scala planetaria, ogni decimo di grado conta non c'è un momento in cui sia troppo tardi per limitare il riscaldamento e ridurre i danni causati dai cambiamenti climatici. I risultati saranno diversi pur avendo superato da tempo alcuni punti di non ritorno.

Sappiamo, in tutta onestà, che l'obiettivo di 1,5 °C è morto, ma ciò non deve far desistere dal proseguire sulla strada tracciata. Occorre smettere di ossessionarci con obiettivi arbitrari e invece concentrarsi su come contribuire a ridurre le nostre emissioni di carbonio il più rapidamente possibile. E diffidate sui titoloni basati sugli scenari peggiori. Conoscere l'impatto di questi casi estremi è utile per gli scienziati, ma non per i politici o per il pubblico, che tendono a considerare tutto ciò come esito più probabile.

Uno dei motivi per cui probabilmente non ci stiamo dirigendo verso uno scenario peggiore è che la transizione energetica sta procedendo a una velocità sorprendente in molti settori. L'energia da solare ed eolico si sta diffondendo più rapidamente di qualsiasi altra fonte energetica nella storia. In un solo anno, ad esempio, la Cina ha costruito una capacità di energia solare ed eolica sufficiente ad alimentare l'intero Regno Unito, e metà delle auto vendute in quel paese sono ormai elettriche.

Questi sono motivi per essere ottimisti, ma non scuse per adagiarsi sugli allori. Dobbiamo diffondere le energie rinnovabili ancora più rapidamente e continuare a lavorare su nuove scoperte, come l'acciaio, il cemento e il carburante per l'aviazione a basse emissioni. Queste innovazioni sarebbero necessarie anche se non ci fosse la possibilità che il clima raggiunga un punto di non ritorno e inizi a riscaldarsi più velocemente di quanto previsto dagli scienziati. 

Il raggiungimento di un futuro energetico privo delle emissioni di gas serra di natura antropica, unica responsabile della crisi climatica e delle sue conseguenze, dipende dalla decarbonizzazione rapida degli attuali impianti di produzione di energia elettrica, alimentati soprattutto a carbone e gas, accompagnati da una loro crescita, viste le proiezioni di fabbisogno energetico in vista e delle possibili conseguenze del cosiddetto picco del petrolio, argomenti ampiamente trattati nel recente libro di Fred Vargas “Un nuovo modo di vivere”.

Potenza installata di energia elettrica (dati per fonte - 2024)

Recentemente le rinnovabili hanno raggiunto circa 3,4 TW nel 2024, con proiezioni a 5 TW entro fine 2025 e 11,2 TW nel 2035. La crescita è trainata da solare (+33% nel 2024) ed eolico, mentre il totale mondiale cresce di ~300-500 GW/anno. Dati precisi variano per agenzie (IEA, IRENA, Ember), ma il totale è coerente intorno agli 8 TW.

Le analisi dell'Agenzia Internazionale per l'Energia (IEA) suggeriscono che la domanda globale di elettricità è destinata ad aumentare drasticamente entro il 2050 in tutti gli scenari futuri, con l'aumento più rapido dopo il 2030. Negli Stati Uniti e in Europa, la maggior parte delle analisi sull'evoluzione dell'elettricità presuppone aumenti significativi, spesso del 200%-400%, della domanda e dell'offerta di elettricità nello stesso periodo. Anche prima di considerare la decarbonizzazione, soddisfare in modo affidabile la crescita del carico e sostituire al contempo le infrastrutture obsolete richiederà un notevole sviluppo di nuove infrastrutture. Una delle previsioni più affidabili prevede che l'Europa avrà bisogno di oltre 100 GW di nuova capacità entro il 2035 per mantenere l'affidabilità attuale. Sempre che questi scenari di crescita continua siano davvero sostenibili, appare evidente che la produzione energetica futura dovrà sempre più spostarsi nella direzione di nuove tecnologie.

Nota. In questo post, in linea di massima e salvo diversa specificazione, ogni qual volta che ci si riferirà a energia pulita, alla produzione continua (continua è la parola chiave) di elettricità, sarà fatto in riferimento alle tecnologie illustrate di seguito, e non alle rinnovabili tradizionali come solare ed eolico che, come noto, sono intermittenti e proprio per questo hanno bisogno di accumulo e stoccaggio della produzione.

La realizzazione di un sistema energetico affidabile e al minimo costo dipenderà non solo dall'espansione delle energie rinnovabili, dello stoccaggio e delle soluzioni imposte dalla domanda, ma anche dall'implementazione di tecnologie per l'elettricità pulite e con capacità complementari. Una sorta di portafoglio di investimenti ben bilanciato, un mix tecnologico diversificato che offra vantaggi su orizzonti temporali di lungo periodo.

Una categoria di tecnologie per l'energia pulita con un potenziale significativo inutilizzato, consiste quindi in fonti di generazione di energia elettrica programmabili e a basse emissioni e che non dipendono dalle condizioni meteorologiche. Questo gruppo include la fissione nucleare, la fusione nucleare, la geotermia, la generazione da combustibili fossili con elevati livelli di cattura del carbonio e mitigazione del metano a monte, e la combustione o gassificazione di biomassa da fonti sostenibili o combustibili sintetici a basse emissioni di carbonio. Sebbene ciascuna di queste tecnologie presenti caratteristiche uniche, il loro valore comune risiede nella capacità di fornire in modo affidabile energia elettrica pulita quando e per tutto il tempo necessario. Alcune di queste tecnologie presentano anche ulteriori caratteristiche vantaggiose, tra cui il ridotto utilizzo del suolo, la flessibilità di ubicazione, la riduzione dei requisiti infrastrutturali di trasmissione e il basso fabbisogno di minerali critici.

Sul potenziale energetico della biomassa (metanizzatori, legno e biocarburanti), e sui carburanti alternativi, va detto che presentano numerosi limiti, pratici ed economici.

La necessità di promuovere opzioni tecnologiche pulite è oggi più urgente che mai. L'aumento dei costi dell'elettricità, le preoccupazioni relative all'affidabilità, la crescita del carico prevista ma incerta e il rallentamento dei progressi in ambito climatico stanno esercitando una maggiore pressione sulle strategie di energia pulita per raggiungere la decarbonizzazione a costi inferiori. Se si vuole soddisfare la crescente domanda di elettricità e raggiungere la decarbonizzazione dell'intera economia nei prossimi decenni, le tecnologie di generazione di energia pulita potrebbero essere elementi essenziali della soluzione, a condizione che siano disponibili e implementabili in commercio.

Per sfruttare i vantaggi delle tecnologie di generazione di energia pulita, tuttavia, è necessario affrontare le sfide che ne caratterizzano la commercializzazione o l'implementazione. Un ostacolo iniziale è l'esclusione delle tecnologie di generazione di energia pulita dalla politica sull'elettricità pulita: alcuni obiettivi governativi per l'energia pulita attualmente escludono le tecnologie di generazione di energia pulita dall'idoneità a determinati incentivi e addirittura alcune giurisdizioni vietano del tutto l'implementazione di alcune loro forme di energia pulita. Pochi governi hanno intrapreso iniziative per accelerare la commercializzazione delle tecnologie di generazione di energia pulita.

Oltre all'esclusione dai quadri politici esistenti, le sfide che la commercializzazione e l'implementazione della generazione di energia pulita includono, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, i costi e i rischi dei progetti in fase iniziale, le lacune o l'incertezza delle politiche e le carenze nella pianificazione del sistema elettrico. Per le tecnologie comprovate, come le tecnologie nucleari esistenti, la geotermia di nuova generazione e la cattura del carbonio, queste barriere ne hanno ostacolato l'implementazione. Per le tecnologie emergenti più recenti, queste sfide hanno finora portato a una persistente mancanza di finanziamenti per le imprese pulite nella fase iniziale di commercializzazione e, di conseguenza, alla loro implementazione e al progresso tecnologico. Ciò crea un circolo vizioso in cui le carenze nell'implementazione a breve termine si traducono in un progresso tecnologico stagnante e in una percezione continua di rischio finanziario, ostacolando ulteriormente l'implementazione.

Come spesso accade inoltre, la mancanza di un quadro d’insieme e di un’azione comune aggrava lo stato di fatto che vede enormemente in ritardo l’attuazione di piani strategici ambientali e climatici.

Per superare gli ostacoli a breve termine e sfruttare i benefici a lungo termine dell'energia pulita, sono disponibili leve politiche a tutti i livelli di governo. Per raggiungere il successo, i decisori politici dovrebbero lavorare lungo due percorsi paralleli: in primo luogo, consentire l'implementazione a breve termine di tecnologie di generazione di energia pulita per supportare la commercializzazione della tecnologia e la riduzione dei costi, e in secondo luogo, attuare una pianificazione e politiche a lungo termine che consentano l'integrazione ottimale delle tecnologie di generazione di energia pulita nel settore elettrico.

La commercializzazione di tecnologie di generazione di energia pulita e continua deve fungere da complemento, non da sostituto, di riforme ambiziose che affrontino direttamente gli ostacoli all'implementazione a breve termine delle tecnologie pulite attualmente in commercio, come il solare, l'eolico e l'accumulo. La maggior parte delle tecnologie di generazione di energia pulita e continua non sarà ampiamente implementabile nei prossimi cinque anni per soddisfare la crescita del carico a breve termine. Inoltre, anche con tecnologie di generazione di energia pulita e continua economicamente convenienti e disponibili, sarà necessario un significativo sviluppo di energie rinnovabili, accumulo, trasmissione e gestione della domanda nel lungo termine. Tuttavia, se la commercializzazione di tecnologie di generazione di energia pulita e continua può essere accelerata nel breve termine, la loro futura disponibilità aiuterà il sistema elettrico a decarbonizzare più rapidamente, in modo più conveniente e resiliente.

Clean Firm Generation
La cosiddetta produzione (generazione in tal senso) pulita, da impianti green consiste in generazione elettrica a basse emissioni e dispacciabile  (in inglese dispatchable, traducibile anche con programmabile), e che non dipende dal clima (abbiamo incontrato qui questo aspetto). In altre parole queste, a differenza di eolico e solare intermittenti, garantiscono la stabilità della rete, riducendo le necessità di accumulo a lungo termine e di espansione infrastrutturale. Si distinguono per la loro capacità di generare energia pulita su richiesta per un periodo di tempo praticamente indefinito. Nel seguito verranno prese in considerazione le tecnologie di questo tipo considerate concrete, per la loro capacità di fornire energia di questo tipo. 

Tecnologie chiave di Clean Firm Generation

• Nucleare avanzato - Reattori di nuova generazione e reattori modulari piccoli (SMR).
• Geotermia avanzata (EGS) - Sfruttamento del calore terrestre continuo.
• Gas con cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) - Impianti a gas naturale dotati di tecnologie per catturare e stoccare le emissioni di CO₂.
• Idrogeno a basse emissioni - Turbine alimentate da idrogeno, indipendentemente da come questo sia prodotto.
• Biomassa con CCS (BECCS) - Produzione di energia da biomasse con cattura del CO₂.
• Stoccaggio di energia a lunga durata (LDES) - Sistemi capaci di fornire energia per giorni o settimane. 

Perché è fondamentale

• Affidabilità - Risolve la "volatilità" delle rinnovabili variabili, assicurando energia h24.
• Efficienza infrastrutturale - Riduce la necessità di costruire un numero eccessivo di parchi eolici/solari e nuove linee di trasmissione, abbattendo i costi totali di decarbonizzazione.
• Supporto ai carichi pesanti - Essenziale per le utenze che richiedono energia 24/7, come i grandi data center. 

Sebbene alcune tecnologie siano ancora costose o in fase di sviluppo, la clean firm generation è considerata un pilastro fondamentale per le reti elettriche a zero emissioni entro il 2050.

Le tecnologie di generazione pulita di energia elettrica, che non sia ovviamente il cosiddetto idroelettrico, includono geotermia, fissione e fusione nucleare, combustibili fossili ma associati ad alti livelli di cattura di carbonio e mitigazione del metano a monte, e combustione a biomassa o combustibili sintetici puliti con fonti sostenibili a basse emissioni (ad esempio, idrogeno a basso contenuto di carbonio). La disponibilità commerciale di queste tecnologie varia molto. Per alcune di queste è stato già dimostrato che possiedono le capacità tecniche per essere implementate su scala commerciale o per impianti prossimi ai luoghi di fruizione, ma ancora oggi devono confrontarsi con costi eccessivi, catene di approvvigionamento lacunose o mancanti o l’assenza di altre infrastrutture, nonché nella mancanza di finanziamenti. Altre tecnologie sono ancora oggi sono ancora agli inizi, richiedendo ulteriori ricerche, sviluppo e dimostrazioni per raggiungere la commerciabilità.

Tre sono le tematiche da analizzare in questo ambito.

• Cosa: ovvero le opzioni tecnologiche per la generazione di clean firm e loro stato attuale.
• Perché: potenziale delle tecnologie di generazione di energia pulita per ridurre i costi di sistema della decarbonizzazione e gestire i rischi di velocità e scala della decarbonizzazione, garantendo al contempo affidabilità.
• Come: azioni politiche in grado di superare gli ostacoli e accelerare la commercializzazione delle tecnologie di generazione di energia pulita. Quest'ultima parte non sarà oggetto di analisi.

 Il cosa sarà il tema di questo primo post.

Geotermico

Schema di impianto geotermico a roccia supercalda

Le centrali geotermiche sfruttano il calore naturale proveniente dalle profondità del sottosuolo per produrre energia. Utilizzando l'acqua (o un altro fluido), il calore della Terra viene portato in superficie, dove viene utilizzato per far girare una turbina e produrre elettricità.

L'energia geotermica convenzionale (talvolta nota come idrotermale) consiste in tecnologie consolidate che producono energia da sacche sotterranee naturali di acqua calda o vapore. L'energia idrotermale è utilizzata da oltre cento anni. Tuttavia, i bacini idrotermali sono rari e geograficamente concentrati, il che limita la quantità di energia che questa tecnologia può produrre e le località in cui può essere utilizzata.

Le recenti innovazioni nelle tecnologie geotermiche di nuova generazione hanno reso possibile l'utilizzo dell'energia geotermica in più luoghi, ampliandone notevolmente il potenziale. Anziché dipendere da sacche preesistenti di acqua calda, la geotermia di nuova generazione sfrutta la roccia asciutta, facendo circolare l'acqua al suo interno per estrarre calore. Esistono molteplici meccanismi per produrre energia geotermica di nuova generazione: i sistemi geotermici avanzati (EGS) creano serbatoi artificiali fratturando la roccia calda, i sistemi geotermici a circuito chiuso (CLGS) fanno circolare i fluidi attraverso pozzi sigillati senza interagire con la roccia circostante e vari sistemi ibridi combinano elementi di EGS e CLGS. Indipendentemente dall'approccio, ciò che i sistemi geotermici di nuova generazione hanno in comune è che consentono lo sviluppo geotermico su un'area geografica molto più ampia di quanto fosse possibile in precedenza.

Lo sviluppo dell'energia geotermica ha tradizionalmente puntato su risorse a temperature moderatamente superiori al punto di ebollizione dell'acqua. La geotermia a roccia supercalda (Superhot Rock Energy - SHR), vista nel post citato prima, è una nuova frontiera dell'energia geotermica che punta a temperature ancora più elevate, presenti nelle profondità della crosta terrestre, dove l'acqua può trasformarsi in un fluido supercritico, una fase della materia che trasferisce il calore in modo più efficiente rispetto al vapore o all'acqua liquida. Questo apre la possibilità di estrarre molta più energia per pozzo rispetto ai sistemi tradizionali o agli attuali sistemi di nuova generazione, ampliando l'intervallo geografico di disponibilità e riducendo drasticamente i costi.

Nel settore energetico, la geotermia ha il potenziale per fornire elettricità pulita su larga scala, 24 ore su 24, grazie alla sua indipendenza dalle condizioni meteorologiche e alla complessità meccanica relativamente bassa. I sistemi geotermici raggiungono comunemente fattori di disponibilità compresi tra il 90% e il 96%, paragonabili a quelli dell'energia nucleare. Richiedono inoltre relativamente poco terreno rispetto ad altre fonti di energia pulita e potrebbero essere implementati in molte regioni utilizzando le infrastrutture petrolifere e del gas esistenti e le competenze della forza lavoro (ne scrissi anche a novembre 2024, raccontando della Quaise Energy).

Infine, questa tecnologia ha la capacità di scalare per soddisfare la crescente domanda. I primi modelli e la mappatura di Clean Air Task Force (CATF) suggeriscono che l'SHR potrebbe fornire oltre 4 TW di capacità potenziale solo per gli USA, supportando fino a 8 volte il consumo di elettricità degli USA nel 2021 , e che solo l'1% del calore disponibile in Europa potrebbe alimentare l'equivalente di 1400 Berlino.

Recentemente le rinnovabili hanno raggiunto circa 3,4 TW nel 2024, con proiezioni a 5 TW entro fine 2025 e 11,2 TW nel 2035. La crescita è trainata da solare (+33% nel 2024) ed eolico, mentre il totale mondiale cresce di ~300-500 GW/anno. Dati precisi variano per agenzie (IEA, IRENA, Ember), ma il totale è coerente intorno agli 8 TW.

Tuttavia, le tecnologie geotermiche di nuova generazione devono affrontare sfide cruciali prima di raggiungere la scala commerciale. Per i sistemi di nuova generazione che operano alle temperature accessibili odierne, le esigenze principali sono la dimostrazione tecnologica su larga scala e a lungo termine, una migliore condivisione dei dati e uno sviluppo esteso in una gamma più ampia di contesti geologici. Per i sistemi SHR, è necessaria ulteriore innovazione negli strumenti di perforazione ad alta temperatura, nei materiali e nei metodi di creazione di giacimenti. Saranno essenziali siti dimostrativi che consentano test controllati in condizioni di altissima temperatura. Sebbene tale innovazione sia a portata di mano , il supporto governativo alla ricerca e sviluppo e il sostegno politico – simili a quelli che hanno contribuito a catalizzare il boom dello shale gas – saranno fondamentali per accelerare e potenziare la ricerca, oltre che realizzare il pieno potenziale della geotermia di nuova generazione.

Fissione nucleare

Sia per l’energia nucleare da fissione che per quella da fusione non entro nel merito tecnico, in rete sono disponibili enormi quantità di materiale che spiegano, anche a livello divulgativo, la scienza e la tecnologia che sono alla base di queste fonti energetiche.

Oggi, circa 400 GW di capacità di fissione nucleare sono installati in tutto il mondo, fornendo poco meno del 10% dell'elettricità mondiale. È un pilastro di diverse economie sviluppate: negli Stati Uniti, rappresenta circa il 20% della produzione di elettricità e metà delle fonti ad emissioni nulle di carbonio. In quest’analisi non verranno prese in considerazione le polemiche sterili riguardo la pericolosità delle centrali, dei loro prodotti di scarto, né tanto meno vere e proprie fake news quali quella dei 22.000 morti del 2015 in Giappone, direttamente causati dall’incidente della centrale di Fukushima. Analogamente, in tutta l'UE, la fissione nucleare ha generato il 24% dell'elettricità consumata nel 2024, diventando il singolo maggiore contributore alla produzione di elettricità pulita. La tecnologia svolge un ruolo fondamentale nel garantire la sicurezza energetica, guidare lo sviluppo economico e raggiungere gli obiettivi di riduzione delle emissioni. Oltre a fornire energia pulita e costante per integrare le crescenti fonti rinnovabili, con l'aumento della domanda di elettricità in molte giurisdizioni, i nuovi progetti nucleari emergenti possono anche essere progettati per fornire calore diretto di qualità medio-alta, contribuendo potenzialmente alla decarbonizzazione di altri settori, i cosiddetti hard-to-abate (duri da abbattere, ovvero che presentano necessità specifiche non copribili con l’elettrificazione). Avevamo incontrato il tema in questo mio post.

Nonostante il suo potenziale, l'implementazione di nuovi reattori nucleari si scontra con ostacoli significativi. La maggior parte della flotta di reattori attualmente operativa in tutto il mondo è stata costruita decenni fa e le industrie che supportano questi grandi progetti ad alta intensità di capitale si sono da allora atrofizzate a causa della carenza di nuove costruzioni nucleari. La mancanza di una base industriale e di una forza lavoro consolidate può portare a ritardi nei progetti e sforamenti dei costi, che sono stati una caratteristica di progetti nucleari una tantum nel corso del XXI secolo). Un po’ dappertutto è venuta a mancare una strategia completa per la commercializzazione e l'implementazione di nuovi impianti/reattori nucleari su larga scala. In Europa numerosi stati membri dell'UE hanno espresso intenzioni ambiziose in merito all'implementazione del nucleare, ma restano lacune politiche, finanziarie e normative che devono essere affrontate prima che il potenziale della prossima ondata di implementazione nucleare possa essere pienamente realizzato. Senza considerare gli ostacoli che derivano da una parte consistente dell’opinione pubblica che, a torto o a ragione, contrasta fin dalla fase progettuale, l’installazione di centrali a fissione.

Fusione nucleare

Densità energetica del combustibile per fusione a confronto con altre fonti (IAEA)

Come noto questa tecnologia promette di produrre energia con un impatto ambientale minimo, generando solo scorie di bassa attività e utilizzando abbondanti fonti di combustibile reperibili sulla Terra.

Nonostante i significativi progressi compiuti nell'ultimo decennio e le importanti scoperte scientifiche e ingegneristiche, l'energia da fusione non è ancora disponibile commercialmente. Le aziende del settore privato stimano che nel prossimo decennio saranno disponibili macchine commercialmente valide, ma questo è diventato una sorta di ritornello che ogni dieci anni viene ripetuto. La tecnologia disponibile è ancora in gran parte sperimentale. Mancando inoltre i quadri normativi e le politiche specifiche per la tecnologia questi saranno fattori critici per la riuscita integrazione dell'energia da fusione nel settore elettrico. A parte Regno Unito e Stati Uniti negli altri paesi tutto tace.

Le sfide economiche che i progetti di fusione devono affrontare sono considerevoli e molteplici. Uno dei problemi principali è l'elevato investimento di capitale iniziale richiesto per la ricerca e lo sviluppo, nonché per la costruzione di macchine sperimentali e dimostrative. Il rischio tecnologico e i lunghi tempi di commercializzazione possono scoraggiare gli investimenti privati, poiché gli investitori spesso cercano rendimenti più rapidi e a basso rischio sul loro capitale.

Energia fossile con cattura e stoccaggio del carbonio

In passato ho avuto modo di trattare l’argomento relativo alla rimozione del biossido di carbonio dall’atmosfera.

Le tecnologie di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) separano il biossido di carbonio (CO₂) emesso da fonti puntuali e lo iniettano in formazioni geologiche profonde per uno stoccaggio permanente, impedendone così il rilascio in atmosfera. Nel sistema elettrico, la CCS può essere installata a posteriori su centrali elettriche a gas o a carbone esistenti o integrata in nuovi progetti di centrali elettriche. Nella maggior parte delle proposte attuali, il CO₂ viene separato dai gas di scarico delle centrali elettriche standard, ma altri approcci comprovati includono la combustione del combustibile in ossigeno e CO₂ o la separazione della CO₂ dal gas di sintesi (syngas) prodotto dalla gassificazione del carbone. Il CO₂ catturato viene in genere purificato, compresso e quindi trasportato in luoghi idonei per uno stoccaggio sotterraneo sicuro.

La tecnologia CCS ad alti tassi di cattura e abbinata a controlli del metano a monte può fornire energia distribuibile durante la transizione del sistema elettrico. Le centrali elettriche abilitate alla CCS possono svolgere diversi ruoli operativi, sia come risorse di generazione di base che con incrementi e riduzioni flessibili per integrare le fonti rinnovabili variabili. Dopo un decennio di progressi tecnici e un significativo supporto politico in alcune regioni, le prime centrali elettriche ad alto potenziale e alimentate a gas prodotto grazie alla CCS, sono in fase di implementazione negli Stati Uniti e nel Regno Unito. Per ampliare ulteriormente la CCS, saranno necessari maggiori incentivi, lo sviluppo di infrastrutture di trasporto e stoccaggio, e soprattutto un coinvolgimento proattivo di tutti i soggetti, pubblici e privati. 

Bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS)

Flusso di risorse di biomasse o materie prime per bioenergie con CCS

I sistemi di bioenergia con cattura e stoccaggio del carbonio (BECCS) combinano processi per convertire le risorse di biomassa o materie prime in forme di energia utilizzabili con tecnologie per la cattura e lo stoccaggio permanente delle emissioni di CO₂. Questi sistemi offrono il potenziale per rimuovere il CO₂ dall’atmosfera fornendo energia a zero o a basse emissioni di carbonio lungo tutto il ciclo di vita.

I sistemi BECCS termochimici, come la combustione e la gassificazione, possono generare elettricità per il settore energetico, sequestrando al contempo il carbonio atmosferico in depositi geologici. Questi processi termochimici sono generalmente flessibili in termini di risorse di biomassa utilizzate, ma sono in genere più pratici con materie prime a bassa umidità e ad alto contenuto di lignina, come i diradamenti forestali (il diradamento è l'atto di rimuovere selettivamente gli alberi in un bosco per ridurre la competizione complessiva; permettendo agli alberi lasciati di crescere più grandi e sani grazie al maggiore accesso alla luce solare, all'acqua e ai nutrienti presenti nel terreno) o colture energetiche dedicate come il pioppo. Il BECCS per l'energia elettrica tramite gassificazione (per produrre gas di sintesi che può essere bruciato in una turbina a gas o in un sistema a ciclo combinato) offre vantaggi rispetto alla combustione diretta, tra cui una maggiore efficienza e un flusso di CO₂ più concentrato per la cattura e lo stoccaggio; tuttavia, è tecnicamente complesso e meno maturo su larga scala.

Si prevede che la BECCS nel settore energetico sarà limitata a circa il 5% della produzione di energia a livello globale, e sarà utilizzata come complemento alle fonti rinnovabili variabili, immettendo l'elettricità nella rete quando la loro produzione è limitata. In generale, l'uso della biomassa per l'energia elettrica è considerato un percorso meno efficiente, proprio perché l’utilizzo delle risorse di biomassa nei settori difficili da decarbonizzare è scarsamente produttivo . Tuttavia, la BECCS ha il potenziale per produrre energia e rimuovere centinaia di milioni di tonnellate di CO₂ l’anno.

Nonostante il potenziale di generare emissioni di gas serra negative, il BECCS per l'energia deve affrontare diverse sfide significative, tra cui l'approvvigionamento sostenibile di risorse di biomassa, la creazione di catene di approvvigionamento per materie prime benefiche per il clima, l'ampliamento delle infrastrutture di cattura e stoccaggio del carbonio, gli elevati costi di capitale e i progressi tecnologici nella bioconversione.

Idrogeno pulito

Catena di fornitura dell'elettrolisi e della combustione dell'idrogeno

La combustione dell'idrogeno nelle centrali elettriche genera vapore acqueo come unico sottoprodotto diretto e può, in teoria, ridurre a zero le emissioni di gas serra (GHG, Greenhouse Gases). Pertanto, è tecnicamente possibile utilizzarlo con emissioni a monte minime, allo scopo di generare elettricità a basse emissioni, sia in impianti a gas riqualificati che in nuove turbine a idrogeno.

Tuttavia, è improbabile che l'idrogeno svolga un ruolo importante nella decarbonizzazione dei sistemi energetici. L'idrogeno a basse emissioni di carbonio può essere prodotto dal gas naturale tramite reforming del metano con vapore e cattura e stoccaggio del carbonio, ma questa opzione soffre di perdite di metano a monte che limitano il potenziale di riduzione dei gas serra e comportano elevati costi di abbattimento delle emissioni di carbonio. Nel frattempo, l'idrogeno verde prodotto tramite elettrolisi dell'acqua utilizzando elettricità pulita e successivamente bruciato per la produzione di energia ha un'efficienza di andata e ritorno di appena il 24%; tre quarti dell'elettricità pulita utilizzata viene persa nel processo. Pertanto, l'uso dell'idrogeno verde come fonte di combustibile nel settore elettrico ha senso solo quando esiste una differenza di valore molto elevata tra l'elettricità utilizzata per produrre l'idrogeno e l'elettricità che l'idrogeno viene utilizzato per generare, e quando altri approcci di stoccaggio più efficienti non sono economici a causa dei limiti di durata.

Nonostante la sua bassa efficienza, l'idrogeno potrebbe trovare un suo spazio di nicchia nel ruolo di accumulo di energia elettrica a lunghissima durata, grazie al costo estremamente basso dello stoccaggio sotterraneo. L'idrogeno potrebbe anche essere prodotto in un luogo con input di energia elettrica a basso costo e trasportato in un altro luogo per essere utilizzato come combustibile. Tuttavia, questa opzione deve essere valutata nel contesto di un'analisi completa dei costi di sistema, considerando altre opzioni di generazione e stoccaggio pulite, incluso un resoconto completo dei requisiti infrastrutturali necessari per lo stoccaggio dell'idrogeno (ad esempio, trasporto e stoccaggio dell'idrogeno).

Superhot Rock Energy

No, non è un post sui Led Zeppelin o i Deep Purple…

Alla fine del 2024 ho pubblicato un lungo e dettagliato post sulla Quaise Energy, azienda statunitense che sta portando avanti ricerca e test sul campo, per una tecnologia che sfrutti il calore pressoché inesauribile, alla scala umana, del nostro pianeta; se quanto questa azienda promette, fondato su solide basi scientifiche e tecniche,  potrà essere realizzato, si inizierà concretamente a parlare di indipendenza energetica a disposizione di qualsiasi paese al mondo. Non si tratta di geotermia tradizionale, disponibile in poche aree del pianeta, geologicamente caratteristiche e piuttosto rare, ma di sfruttamento del calore che è sotto i piedi di ognuno di noi, prima di quanto si pensi: iniziare quindi davvero ad operare contromisure adatte a contrastare gli effetti negativi del cambiamento climatico.

Recentemente, la Quaise ha donato 750.000 dollari alla Oregon State University, per potenziare la ricerca di base in atto, volta essenzialmente a ricreare in laboratorio le condizioni presenti a chilometri di profondità, tipiche delle cosiddetta roccia super-calda. La fonte energetica cosiddetta Superhot Rock Energy (SHR) è appunto una forma avanzata di energia geotermica che mira a sfruttare il calore delle rocce a temperature superiori a circa 400 °C (374 °C, come vedremo) per produrre energia rinnovabile 24 ore su 24, tutti i giorni. Perforando in profondità la crosta terrestre, in tempi estremamente ridotti grazie alla tecnologia Quaise, sarà possibile iniettare acqua che verrà scaldata a temperature tali da generare vapore ad alta energia: una fonte pulita e onnipresente, potenzialmente in grado di rivoluzionare il settore energetico. È in questa seconda parte che interviene Quaise, con la loro tecnologia basata su girotrone e onde millimetriche, come ampiamente raccontato nel già citato post del 2024. Una fonte tale che, se sfruttata, potrebbe fornire energia al mondo intero. Approfondire la conoscenza di questa risorsa geotermica, non facile da studiare sul campo, è l’obiettivo in corso.

Perché ci interessa? Perché la geotermia SHR sfrutta il calore della roccia a temperature superiori a 400 °C per generare da cinque a dieci volte più energia per pozzo rispetto agli attuali sistemi geotermici convenzionali. Se sviluppata con successo, la SHR potrebbe fornire oltre 60 TW di energia elettrica costante e priva di emissioni di carbonio, sfruttando solo l'1% delle risorse SHR mondiali, ovvero più di otto volte l'attuale produzione globale di elettricità.

Oltre al suo vasto potenziale, l'SHR offre un altro vantaggio cruciale: la flessibilità di localizzazione. Mentre la geotermia tradizionale si basa su rari sistemi di acqua calda in superficie, l'SHR può essere sviluppata anche in regioni lontane dall'attività vulcanica, consentendo a tutti i paesi di accedere potenzialmente a energia pulita affidabile e sempre disponibile.

Poiché le tendenze globali in materia di elettrificazione, crescita dei data center e decarbonizzazione industriale aumentano rapidamente nel tempo la domanda di energia elettrica, la necessità di energia pulita come quella derivante dall’SHR è fondamentale.

Per maggiore chiarezza ricordo che la potenza installata mondiale di energia elettrica (ovvero la capacità totale) è stimata intorno agli 8 TW alla fine del 2024, includendo tutte le fonti (rinnovabili, fossili e nucleare). Valore che deriva dalla somma di capacità rinnovabili (da 3,4 a 5 TW), fossili (oltre 4.5 TW) e altre fonti, con dati aggiornati al 2024-2025.

Potenza installata di energia elettrica - Dati per fonte (2024)

Recentemente le rinnovabili hanno raggiunto circa 3,4 TW nel 2024, con proiezioni a 5 TW entro fine 2025 e 11,2 TW nel 2035. La crescita è trainata da solare (+33% nel 2024) ed eolico, mentre il totale mondiale cresce di ~300-500 GW/anno. Dati precisi variano per agenzie (IEA, IRENA, Ember), ma il totale è coerente intorno agli 8 TW.

Find more statistics at Statista
La buona notizia è che la produzione elettrica da fonti rinnovabili ha superato i 4,4 TW con una crescita annuale, +15%, da record: le fonti elettriche rinnovabili sono economicamente sostenibili e facilmente implementabili. E la transizione e l’indipendenza energetiche sono raggiungibili, persino in Italia.

Per tornare in tema, se a tutto ciò si potrà associare la geotermia SHR i risultati saranno ancor più straordinari.

Proprio per raggiungere la profondità necessaria, in tempi brevi e con risorse economiche contenute rispetto alle perforazioni tradizionali, ovvero raggiungere quelle temperature, è proprio ciò che promette di poter fare la tecnologia della Quaise. 

Sul sito del Clean Air Task Force è disponibile una mappa estremamente dettagliata delle potenzialità mondiali della geotermia SHR.

La maggior potenzialità energetica dell’acqua riscaldata a quelle temperature è data dal raggiungimento di uno stato che la maggior parte delle persone non conosce: l'acqua pompata attraverso piccole fessure permeabili in tali rocce diventerebbe supercritica, (per approfondire) una fase in cui lo stato liquido e quello gassoso non esistono più separatamente. I fluidi supercritici si generano in condizioni estreme, a temperature e pressioni elevate, al di sopra del punto critico della sostanza di cui sono composti. Il punto critico, in sintesi, è una particolare situazione di pressione e temperatura oltre le quali una sostanza si presenta come un'unica fase – una sorta di mix fra liquido e gas con proprietà intermedie fra i due. Ogni sostanza chimica ha un proprio un solo punto critico: nel caso dell'acqua questo si trova appunto a 374 ºC e 218 atmosfere (circa 225 kg/cm²), ovvero 200 volte la pressione esistente sulla superficie terrestre.

L'acqua supercritica può trasportare fino a cinque volte più energia dell'acqua calda normale, il che la renderebbe una fonte di energia estremamente efficiente se potesse essere pompata in superficie fino a turbine che la convertano in energia elettrica.

Le ricerche in corso alla Oregon State University riguardano, tra le molte cose, anche quella di sviluppare un reattore a flusso continuo che consenta di far passare dei fluidi attraverso tipi di roccia in condizioni di altissima temperatura e pressione, cioè quanto si incontrerebbe scendendo in profondità nella crosta terrestre, consentendoci al contempo di osservare come i sistemi cambiano in tempo reale. Un reattore, realizzato su misura, progettato per resistere a temperature fino a 500 °C e 500 atmosfere di pressione. Questa ricerca è fondamentale perché la geotermia SHR opera in un regime in cui i modelli esistenti falliscono e solo esperimenti di flusso controllato possono generare dati affidabili sul comportamento dei fluidi, sulla scalabilità e sulle interazioni roccia-fluido, necessari per progettare pozzi e serbatoi durevoli (per i dettagli rimando sempre al solito post precedente). Quaise sostiene questa ricerca perché l'accesso tempestivo a questi dati ridurrà significativamente il rischio tecnico e finanziario legato allo sviluppo dei loro progetti di geotermia SHR.

L’origine dell’energia geotermica SHR si trova normalmente tra i 3 e i 20 chilometri (si veda la mappa citata in precedenza) sotto la superficie terrestre delle aree continentali, a seconda delle caratteristiche strutturali e tettoniche della litosfera. Raggiungerla è normalmente al di là della portata, economicamente utile, delle tecnologie di perforazione tradizionali a disposizione dell’industria petrolifera o del gas. La profondità media di un pozzo petrolifero varia solitamente tra 2 e 5 km sotto la superficie terrestre o marina, sebbene in contesti complessi si possa arrivare a oltre 6-7 km. La maggior parte delle trivellazioni commerciali sfrutta giacimenti in questo intervallo, anche se le tecnologie sono in continua evoluzione per raggiungere profondità maggiori.

Proprio per questo la Quaise sta lavorando per accedere alla risorsa SHR con una tecnologia rivoluzionaria, la prima innovazione nel campo delle trivellazioni in 100 anni. Dopo aver svolto con successo test sul campo, che hanno dimostrato soprattutto la straordinaria velocità di questo tipo di perforazione, uno degli obiettivi per il 2026 è quello di raggiungere e superare 8 km di profondità.

Ricerca di frontiera
Le ricerche di laboratorio sono molteplici: una riguarda il comportamento della roccia, pressoché disomogenea ovunque, in condizioni di altissima temperatura e pressione, soprattutto in relazione ai fluidi caldi che la attraversano. Ad esempio quarzo, silice o altri minerali potrebbero crescere nello spazio attraversato dal fluido, fino ad impedirne i flusso necessario a mantenere l'energia in superficie. In un secondo filone di ricerca, il laboratorio mira a esplorare un importante sottoprodotto della tecnica di perforazione Quaise: il rivestimento vetrificato che si forma attorno ai lati del foro, rivestimento che potrebbe impedire il collasso del foro, tra gli altri vantaggi. Infine, si approfondisce la conoscenza di come altri materiali fondamentali per la produzione di energia geotermica reagiscono in condizioni di SHR.

Al momento, l'SHR è ricerca di frontiera.

Conclusioni
In definitiva, il modo giusto per pensare alla geotermia è riferirsi alla possibilità di generare acqua allo stato supercritico sfruttando il calore che, ovunque, viene dall’interno della superficie terrestre, quei circa 400 °C citati in precedenza. Se si intende utilizzare l'acqua per estrarre calore dal sottosuolo, quella è la temperatura ideale: qualsiasi temperatura al di sopra generebbe rendimenti decrescenti, qualsiasi temperatura al di sotto ne impedirebbe i vantaggi.

Come predetto la profondità dipende da dove ci si trova sul pianeta: in alcuni punti è a profondità paragonabili a quelle dell’industria petrolifera, circa 5 km, altrove è quattro volte più profonda. Ma il punto è che, tra i 5 e i 20 chilometri di profondità è dappertutto. Va fatto notare che comunque, tecnologicamente parlando, il vero divario tra le profondità tipiche dell’industria petrolifera e la tecnologia Quaise non è la distanza raggiungibile, ma la temperatura a cui si opera. Ci sono pozzi petroliferi che lavorano anche a 8-10 km di profondità, ma non a quelle temperature: le differenze fondamentali si iniziano a delineare in base alla temperatura a cui si può perforare. Il motivo per cui petrolio e gas vengono estratti mediamente tra i 2 e i 5 km di profondità dipende proprio da questo: scendere oltre significa trovare ambienti troppo caldi. Qui inizia la frontiera geotermica ed il blocco del petrolifero. Quindi, la fine di uno è l'inizio dell'altro.

Raggiungere i 400 °C di temperatura è energeticamente vantaggioso, una potenza 10 volte superiore a quella ottenibile con acqua a temperatura di ebollizione, e non a caso è in Islanda che si iniziò a parlare dello stato supercritico dell’acqua: fondamentalmente densità più elevate e viscosità più basse che aumenta l'efficienza di conversione termodinamica tra calore e quanto necessario a produrre elettricità.

Lo stesso pozzo, con un diametro standard di 20 cm, trasferirà da uno a dieci MW di energia elettrica equivalente se utilizza acqua a 90-100 °C, e dieci volte tanto se l’acqua è a 400 °C: quattro volte la temperatura ma dieci volte la potenza.

Le sfide tecniche sono notevoli, ma lo stato di avanzamento della ricerca e delle prove sul campo promette bene.

Un altro differenziale importante è la velocità con cui si raggiunge la profondità necessaria, fa parte dell’economica complessiva derivante dal rapporto tra costi degli impianti e benefici della produzione energetica.

Quando si pensa alle perforazioni meccaniche tradizionali si nota subito che la maggioranza del tempo è impiegata non a perforare, ma a sostituire la punta e a far entrare e uscire il tubo dal foro. Quaise dimostra che la loro tecnologia non è straordinaria tanto per velocità di perforazione incredibili, quanto perché ha tempi improduttivi molto bassi, e indipendenti da temperatura e profondità. Scendere comunque con velocità che vanno da 3 a 5 metri l’ora, significa raggiungere 10 km di profondità in 100 giorni!

A titolo comparativo in Cina è stata realizzata recentemente una perforazione da 11 chilometri: per i primi 10 hanno impiegato un anno, per l’ultimo chilometro, un altro anno.

Il fattore di perforazione, basato soprattutto su tempi improduttivi pressoché ridotti a zero, è il differenziale importante per Quaise.

È proprio il caso di dirlo. Occorre andare…più a fondo!

Quaise Energy - Uno scenario energetico futuro e rivoluzionario

Premessa

Pubblico questo post per intero, nonostante la sua lunghezza, ma dividendolo al suo interno in due parti. Mi rendo conto che scrivere su un blog contenuti eccessivamente lunghi è controproducente, anche se cosa apprezzata dalla mia grafomania e dal mio ego. Ma l’argomento trattato è complesso e, per i non addetti ai lavori ma non solo, occorre un ampio preambolo, calarsi nell’argomento e, dove necessario, magari ripetere brevemente qualche concetto. Ci ho lavorato parecchio e la decisione se pubblicare o meno si è fatta attendere a lungo. Si tenga infine conto che la lunghezza è in parte apparente: per mantenerne l'efficacia ho preferito presentare molte immagini in grande formato.

Dopo una breve introduzione che va letta per inquadrare gli argomenti, quanto segue della prima parte potrà essere escluso da parte di coloro che hanno le necessarie conoscenze, soprattutto di geologia e di geotermia. La seconda sarà invece per tutti, e completamente dedicata alla nuova tecnologia. I numeri tra parentesi quadre nel titolo dei capitoli indicano a quale parte appartiene l'argomento.

La necessità di esporre con dovizia di particolari l’argomento nasce essenzialmente da un paio di motivi.

In primo luogo, le notizie su questa tecnologia, sull’azienda che la sta portando avanti, e su quanto intorno a tutto ciò si va formando, non sono molte, e soprattutto concentrate in un breve arco di tempo relativo a poco più di due anni fa, nonostante la Quaise Energy, l’azienda protagonista di queste pagine, sia stata fondata nel 2018. Si contano sulla punta delle dita le testate online italiane che ne hanno trattato tutte con una serie di articoli quasi in fotocopia: sembra inoltre che in pochi ne abbiano capito l’importanza e parecchi hanno fatto una grandissima confusione tra energia nucleare da fusione e geotermia. Recentemente qualcuno ne ha riparlato a seguito dell’annuncio di nuovi investimenti ricevuti e di alcuni test sul campo svoltisi con successo.

Inoltre, secondo e più importante motivo, è che se quanto questa azienda promette potrà essere realizzato, e lo fa su solide basi scientifiche e tecniche, si potrà finalmente iniziare a parlare di indipendenza energetica a disposizione di qualsiasi paese al mondo, sfruttando il calore pressoché inesauribile, alla scala umana, del nostro pianeta, ma non quello disponibile in poche aree caratteristiche e piuttosto rare, ma quello che è sotto i piedi di ognuno di noi, a profondità che sono tuttora irraggiungibili, ma che potrebbero essere sfruttate, almeno in teoria, molto prima di quanto si pensi e soprattutto, per iniziare ad operare contromisure adatte a contrastare davvero gli effetti negativi del cambiamento climatico. Questo è il motivo principale che mi ha spinto a condensare in questo post quel che ritengo essere una speranza concreta per il futuro energetico del pianeta che, ironicamente, ci verrà in soccorso nonostante si stia facendo di tutto per renderlo inospitale per la gran parte della biosfera, a cominciare da noi.

Sommario
Prima parte

• Introduzione [1]
• Viaggio al centro della Terra…ma anche molto meno [1]
• Fonti geotermiche [1]
• Quanta energia geotermica oggi? [1]
• Revival? [1]
• La perforazione meccanica [1]
• I principali problemi della perforazione meccanica [1]

Seconda parte

• La tecnologia Quaise [2]
• Boston salverà il mondo? [2]
• Come ti sblocco l’energia [2]

Introduzione [1]

In questo capitolo verrà data qualche informazione di base sull'azienda e sulla sua tecnologia, necessaria per familiarizzare con i concetti e allacciarsi a quanto verrà indicato negli altri capitoli della prima parte, e ovviamente approfondite nella seconda. I dettagli a suo tempo. Chi già conosce gli argomenti trattati nella prima parte potrà andare direttamente alla seconda.

Figura 1. Quaise sostiene di avere un piano, e la tecnologia, per perforare più in profondità che mai e sbloccare la vasta energia geotermica della Terra per rialimentare le centrali elettriche a combustibili fossili con fonti energetiche rinnovabili e sostenibili (Quaise)

La ricerca di fonti energetiche rinnovabili e sostenibili deve essere una priorità imprescindibile. Tra le innovazioni più promettenti, Quaise Energy, un spin-off del Massachusetts Institute of Technology (MIT), sta rivoluzionando il settore dell’energia geotermica con una tecnologia realmente senza precedenti, quel che in inglese sarebbe definito disruptive.

Quaise Energy è un’azienda nata dalla volontà di diverse persone, con una larga partecipazione di tecnici e ricercatori del MIT, il famosissimo Massachusetts Institute of Technology. All'avanguardia in una particolare tecnologia di perforazione, volta a sbloccare l'energia geotermica disponibile a profondità senza precedenti, e che potrebbe fornire una fonte di energia pulita pressoché illimitata. Anticipando quanto sarà illustrato in dettaglio più avanti, il fulcro del loro approccio consiste nel combinare la tradizionale perforazione rotativa con l'avanzata tecnologia a onde millimetriche alimentata dal cosiddetto girotrone (il suffisso -trone, derivato in genere da termini inglesi, ricorderà subito qualcosa legato al mondo della fisica nucleare, come il sincrotrone, il ciclotrone, o lo stesso elettrone, che però essendo il capostipite in questo caso deriva dal greco); i metodi in uso nei girotroni sono stati inizialmente e ampiamente sviluppati nel settore della ricerca sull’energia nucleare, allo scopo di generare le temperature necessarie ad innescare il processo di fusione nucleare. Precisiamo che l'utilizzo del girotrone, anche se tecnologia nata nell'ambito della ricerca sulla fusione nucleare, non ha nulla a che fare con l'utilizzo di "energia nucleare" tout court. 

Figura 2. Spettro elettromagnetico con evidenza della banda millimetrica (5G Technology)

Le onde cosiddette millimetriche sono radiazioni elettromagnetiche con lunghezze d'onda più corte delle microonde, ma più lunghe della luce visibile o infrarossa. Hanno infatti frequenze comprese tra i 30 e 300 GHz e lunghezze d’onda variabili da 1 a 10 millimetri. Per confronto un forno a microonde, che non usa onde millimetriche, utilizza normalmente frequenze pari a 2,45 GHz, e la banda elevata della trasmissione dati 5G è pari circa 27 GHz.

Il processo inizia con la perforazione rotativa convenzionale per penetrare gli strati superficiali della Terra, generalmente meno resistenti o, laddove possibile e per i primi chilometri, è previsto l’utilizzo dei pozzi esistenti e dismessi di impianti non più produttivi, in modo da superare rapidamente gli strati iniziali. Una volta raggiunta la dura roccia del basamento, la tecnologia Quaise inizia ad utilizzare questi fasci elettromagnetici ad altissima energia generati dai girotroni, in grado di vaporizzare letteralmente la roccia e spingersi fino a profondità di 20 km. In tal modo sarebbe possibile raggiungere l'energia geotermica derivante da rocce caldissime, almeno 500 °C, molto più velocemente e più in profondità rispetto ai metodi di perforazione convenzionali, che si trovano ad affrontare condizioni di calore, di durezza o più spesso di eccessiva plasticità della roccia, estremamente complesse da risolvere.

Questo approccio presenta diversi vantaggi:

• Scalabilità. Il sistema di Quaise potrebbe essere implementato quasi ovunque sulla Terra, consentendo l'accesso all'energia geotermica ben oltre le aree tradizionalmente atte ad erogare questo tipo di energia, e spesso ampiamente noti e sfruttati.
• Riutilizzo delle infrastrutture esistenti. La loro tecnologia può riqualificare le centrali elettriche a combustibili fossili, utilizzando il calore proveniente da fonti geotermiche per produrre elettricità, riducendo la dipendenza dai combustibili fossili senza nuovi investimenti infrastrutturali.
• Vantaggi ambientali. La perforazione geotermica ultra-profonda non solo è rinnovabile, ma riduce anche significativamente l'uso di terreni e materiali rispetto ad altre fonti rinnovabili come il solare o l'eolico.

Nonostante la complessità, Quaise mira ad avere un sistema industriale funzionante entro il 2026, con una tempistica che include lo sviluppo del prototipo e i test sul campo, attualmente in atto, entro il 2024. Perforando più in profondità e accedendo a temperature più elevate, questa tecnologia ha il potenziale per fornire energia sostenibile e stabile su scala globale, che potrebbe svolgere un ruolo importante nella riduzione delle emissioni di carbonio e nel passaggio a energia netta a zero emissioni entro il 2050.

Ovviamente ci sono ancora alcune sfide ingegneristiche da affrontare, in particolare legate alla rimozione del materiale e alla stabilità del pozzo, ma la fisica sottostante è stata convalidata, fornendo una prospettiva promettente per l'espansione di questa tecnologia.

Per quanto questo articolo sarà basato interamente su ciò che la Quaise Energy è ad oggi in grado di prospettare per il prossimo futuro, la ricerca in tal senso non è nuova e, ancorché anche loro allo stadio di prototipo e di test avanzati come in Quaise, esiste almeno un'altra realtà sicuramente concorrente, quella della GA Drilling (dove quel GA sta per geothermal anywhere) con la loro tecnologia “Plasmabit” basata sull’utilizzo di plasma, gas ionizzato ad altissima temperatura, e non è dato sapere di più visto che l'azienda si appella, come atteso, al segreto industriale. Ma questa è un’altra storia che, insieme alla Quaise, potrebbe portare presto a soluzioni energetiche alternative e soprattutto disponibili ovunque sulla Terra.

A questo punto coloro i quali lo ritengano opportuno potranno andare direttamente al primo capitolo della seconda parte.

Viaggio al centro della Terra…ma anche molto meno [1]

Figura 3. Grafico schematico di profondità/temperatura per le risorse geotermiche (EnvGeo)

Che la temperatura salga man mano che si procede all’interno della Terra lo sapeva anche Jules Verne, ma lo scrittore probabilmente sapeva di fare molta più fantasia che scienza, considerando che il calore fermerebbe qualunque essere umano non molto dopo, rispetto alla profondità del centro della Terra[1]. Superata la prima ventina di metri di profondità, una fascia tutto sommato omeoterma e, a parità di altre condizioni, influenzata direttamente dalle condizioni meteorologiche della zona, la temperatura scende con una certa regolarità. Al di sotto dello strato omeotermo la temperatura aumenta con un incremento che, mediamente, varia da circa 1 °C ogni 30 m di profondità in corrispondenza della crosta continentale, fino ad 1 °C ogni 10 m sui fondali oceanici in corrispondenza delle dorsali: questa variazione è definita gradiente geotermico. Il tutto può variare sensibilmente in funzione sia delle coordinate geografiche in cui ci si trova che della origine e composizione delle rocce sottostanti.

Le cause che hanno contribuito alla formazione del calore attualmente presente all'interno della Terra sono molteplici. La quasi totalità delle emissioni termiche dalla crosta terrestre deriva dal decadimento degli isotopi radioattivi presenti nelle sue rocce, in particolare quelle acide, che contengono isotopi di uranio, torio e potassio, tutti con tempi di dimezzamento molto lunghi, e che sarebbero responsabili anche della fusione dei metalli, in particolare del ferro che costituisce l'elemento più abbondante del nucleo terrestre. Il ferro inoltre, spostandosi verso il centro della Terra a causa della gravità, avrebbe liberato grandi quantità di energia gravitazionale sotto forma di calore, alzando ulteriormente la temperatura. A tutto ciò va aggiunto il calore dovuto alla pressione che incrementa la densità delle rocce e quindi gli attriti man mano che si procede all’interno.

Va notato che, per quanto diversamente possa sembrare, il flusso di calore proveniente dall'interno della Terra è solo 1/20.000 del calore che la Terra riceve dal Sole. La quantità totale di energia che ogni secondo investe la Terra, decurtata della parte riflessa (che è circa il 30% di quella incidente), è pari a 170.000 TW, ovvero 1,7¹⁷ Joule/s; per fare un confronto la quantità totale che viene utilizzata a scopi energetici sul pianeta, per tutto, dal traffico aereo ai caricabatteria, è pari a 13 TW, arrivando a 40 TW se consideriamo qualsiasi attività dell'umanità nel suo complesso. I valori geotermici sopra riportati sono comunque valori medi, che entro la crosta superiore si possono misurare in aree continentali prive di una significativa circolazione idrotermale che possa determinare, attraverso fenomeni convettivi, la risalita di fluidi a temperatura elevata. In queste aree relativamente più fredde si ha un flusso termico alla superficie di circa 0,045-0,09 W/m². Solo quando il flusso termico misurato in superficie eccede il valore di 0,09-0,1 W/m², abbiamo invece un'area caratterizzata da una significativa anomalia geotermica, con una attiva circolazione idrotermale e quindi potenzialmente ricca in fluidi geotermici. Nonostante si tratti di valori estremamente bassi se comparati con i 300 W/m² ricevuti dal Sole, il Dipartimento dell’Energia degli USA ha stimato che, se potessimo catturare soltanto lo 0,1% del calore contenuto nel pianeta potremmo sopperire al fabbisogno energetico dell’umanità per i prossimi due milioni di anni.

Fonti geotermiche [1]

Le fonti di calore sul pianeta sono a volte molto vicine alla superficie, al punto da generare una serie di fenomeni che vanno dalle eruzioni vulcaniche alle sorgenti idrotermali di acque più o meno calde, passando per fumarole, fanghi in ebollizione, soffioni e geyser. In alcuni casi queste fonti sono utilizzabili a scopi energetici: stiamo quindi parlando di geotermia e tutto quel che ne consegue.

Figura 4. Effetti in superficie di vulcanismo secondario causati da una camera magmatica superficiale (EnvGeo)

In Figura 4 è rappresentato schematicamente quanto potrebbe essere possibile individuare nel sottosuolo di località che ospitano un campo geotermico, come quello di Larderello (PI), che ha la sua fonte in un’intrusione di magma semifuso tra i 7 ed i 9 km di profondità.

Limitandoci alla grande distribuzione, non considerando quindi il campo delle sonde geotermiche verticali e delle pompe di calore per il privato, la geotermia non è comunque disponibile con capillarità, e soprattutto non è dappertutto, nonostante il calore aumenti con la profondità ovunque. Come fonte energetica presenta, almeno in teoria, una lunga serie di vantaggi: è una risorsa disponibile 24 ore su 24, 365 giorni l’anno, è rinnovabile e ha impatti ambientali estremamente limitati, laddove non inneschi fenomeni di subsidenza causati dal prelievo massiccio di fluidi, o non interferisca con la sismicità della zona, e soprattutto evitando o contenendo altri tipi di impatti di varia natura, i quali sono spesso usati in maniera strumentale per boicottare i progetti.

Fatte queste debite premesse vanno innanzi tutto considerati gli aspetti economici: importanti perché la geotermia richiede risorse economiche iniziali più elevate rispetto alle altre fonti di energia, tali che per le centrali per la produzione di energia elettrica o per impianti di teleriscaldamento sono richiesti investimenti che variano dai 75 ai 100 milioni di euro, e tempi di realizzazione decisamente lunghi, dai 10 ai 15 anni prima della messa in esercizio della centrale.

Quanta energia geotermica oggi? [1]

Figura 5. Consumo di energia per sorgente. Il geotermico è in quel 1,41% di "altre rinnovabili" (Ourworldindata.org)

Il problema principale rimane quello della rarità delle condizioni necessarie a fornire i requisiti per produrre energia geotermica, e stando a quelle che sono le previsioni fatte da parte di enti specializzati, sembrerebbe che quel che c’era da utilizzare sulla Terra in termini di geotermia sia stato praticamente già sfruttato, e quanto restante, ancorché abbondante in talune regioni del pianeta, antieconomico rispetto ad investimenti in altri settori legati al mondo delle energie alternative.

Per quanto riguarda la copertura che le fonti geotermiche offrono, in assoluto o rispetto alle altre rinnovabili, lasciamo parlare i numeri, ad iniziare dal grafico di Figura 5.

I leader indiscussi restano gli Stati Uniti, e in quello che viene definito il Club del Gigawatt entrano, con questi, Indonesia, Filippine, Turchia e Nuova Zelanda. Interessante il dato europeo: per quanto l’Islanda sia considerata, nell’immaginario collettivo, come il paradiso delle fonti geotermiche è quasi il fanalino di coda lasciando l’Italia, con i suoi 0,9 GW, leader europea e che, a livello nazionale, rappresenta circa il 2 percento del fabbisogno nazionale (il 6,9% di quel 26,9% di rinnovabili). Davvero poco[2].

Figura 6. Classifica, in MW, della produzione da geotermico (Think Geoenergy)

Figura 7. Produzione e consumo energetico in Italia (Terna)

Ma, approssimando il totale della produzione nazionale, quanto pesa 1 GW di potenza energetica nominale sul fabbisogno? Potremmo dire che rappresenta il fabbisogno di una città di media grandezza ma le variabili in gioco sono tantissime e la realtà è molto vicina a quanto evidenziato dalla serie di istogrammi della Figura 8, con una media calcolata sulla potenza oraria impegnata, che per l’Italia è di circa 35 GW.

Figura 8. Potenza oraria relativa al consumo interno lordo di energia elettrica in Italia nel dicembre 2017 (Terna)

In tutto questo, come non ultimo problema, la fonte energetica, i fluidi caldissimi necessari a generare il vapore che alimenta le turbine, vanno cercati e occorre andare a prenderseli, con impianti che non sono poi così tanto diversi da quelli petroliferi o di estrazione di gas naturale e che possono riservare amare sorprese rispetto alle aspettative iniziali, per quanto studiate con cura.

In conclusione, dove le fonti di calore sotterranee si trovano naturalmente vicino alla superficie, facilmente accessibili e abbastanza vicine a una rete elettrica rilevante per una trasmissione economicamente sostenibile, la geotermia diventa un raro esempio di generazione di energia verde totalmente affidabile e disponibile 24 ore su 24. Il sole smette di splendere, il vento smette di soffiare, ma la roccia è sempre calda. Naturalmente, queste condizioni sono piuttosto rare e, di conseguenza, la geotermia attualmente fornisce solo circa lo 0,3% del consumo energetico globale.

Figura 9. Schema di impianto geotermico binario (Sorgenia)

Anche se tutto sommato marginale, si tenga inoltre presente una cosa. Le centrali geotermiche attualmente presenti sono quasi tutte di tipo tradizionale, sfruttano direttamente i fluidi geotermici per produrre vapore che alimenta le turbine: oltre a necessitare di condizioni piuttosto rare in questo modo questi arrivano in superficie e con essi anche biossido di carbonio, idrogeno solforato e altri composti più o meno inquinanti. Solo da relativamente poco tempo si utilizzano i cosiddetti impianti geotermici binari che utilizzano fluidi a temperature relativamente basse (anche meno di 200 °C) immessi in uno scambiatore di calore, a scaldare un fluido organico che bolle a una temperatura più bassa dell’acqua. Il vapore del fluido organico alimenta la turbina e l’acqua raffreddata viene rimandata nel sottosuolo. Il vapore, infine, viene fatto condensare raffreddandolo ad aria, così da non usare acqua neanche per il raffreddamento. Nessun consumo di risorse, se non quello del calore sotterraneo, e nessuna emissione.

Sorgenia, con tutte le autorizzazioni in regola, Italia ha avviato nel 2022 il primo impianto binario italiano. Sempre che, come accadde all'inizio, qualche comitato o qualche sovrintendente di turno non blocchi tutto.

Figura 10. Le torri di raffreddamento dell'impianto di Larderello (PI) (ENEL)

Figura 11. Una centrale geotermica situata nella penisola di Reykjanes, in Islanda. (Johann Ragnarsson/Shutterstock)

Revival? [1]

Figura 12. L'impianto geotermico di FRI-EL Geo a Ostellato (FE) (FRI-EL Geo)

Eppure sembra che la geotermia in Italia stia vivendo apparentemente una seconda primavera, considerando che, piuttosto che rifarsi sempre alle glorie passate – il ritornello che siamo stati i primi al mondo fin dal 1911 o addirittura citare gli etruschi – se ne sente parlare in termini nuovi ancorché potenziali. La parola che viene ripetuta più spesso è appunto “potenzialità”, mi si perdoni il gioco di parole: sembra che il nostro paese abbia un potenziale energetico geotermico che va da 5.800 a 116.000 TWh (ENEL) il che, a fronte di una produzione nazionale annua di energia elettrica di circa 300 TWh, fa pensare che basterebbe estrarre una piccola frazione di questo potenziale per soddisfare qualsiasi necessità energetica nazionale, e con i dati relativi ai soli primi 5 km di profondità – concetto quest’ultimo che tornerà utile in seguito. L’intervallo tra quei 5.000 e quei 100.000 TWh potenziali è talmente vasto che fa pensare che siano e che restino valori del tutto nominali. Per quanto la transizione ecologica, necessaria e comunque costosa, possa dare, in termini di incentivi, l’occasione di espandersi alla geotermia, per quanto questa fonte sia continuativa e non intermittente come il solare o l’eolico, resta il fatto, anticipato poc’anzi, che il rischio iniziale di investimento è notevole perché il potenziale energetico di un sito non è facilmente percepibile e, al termine delle comunque complesse e lunghe fasi di perforazione, il tutto potrebbe rivelare una resa effettiva molto inferiore a quella stimata, rendendo difficile o impossibile, recuperare i costi dell’investimento.

Tornando ad essere ottimisti e concreti i prossimi decenni in Italia potrebbero comunque essere quelli in cui la geotermia davvero uscirà dalla Toscana, con le previsioni più rosee che potrebbero portare il complesso delle altre regioni a valere il 5-6% della produzione nazionale prima del 2030, e il 30-40% entro il 2050.  Le previsioni parlano della possibilità di raggiungere entro il 2030 una potenza installata di circa 1100 MW per la sola parte geotermoelettrica, una quota destinata a impennarsi nel ventennio successivo e arrivare – entro metà secolo – tra i 2.000 e i 2.500 MW installati. In parallelo, l’energia generata potrebbe essere prossima ai 7 TWh annui per il 2030, e arrivare a circa 15 TWh nel 2050. Il che vorrebbe dire, nel prossimo trentennio, arrivare a raddoppiare o a triplicare l’esistente, portando il geotermico a raggiungere una quota del 3%-5% del fabbisogno energetico italiano. Meglio di niente ma ancora un contributo marginale.

Forse, perché questo è quanto afferma ENEL, non proprio super partes e soprattutto perché, stando a calcoli effettuati da fonti indipendenti con metodi molto sofisticati che tengono conto dell’energia di trasformazione, trasporto e delle perdite, il consumo energetico nazionale è pari a ben 1.600 TWh e non 300.

Ma l’Italia è solo un piccolissimo tassello del pianeta e il problema della transizione energetica è globale e globalmente va affrontato; dal punto di vista dell’incremento del contributo dell’energia geotermica ragionevolmente previsto da stime per il futuro, non sembra che potrà comunque superare qualche punto percentuale del fabbisogno, anche se, localmente, in paesi come ad esempio la Cina, potrebbe andare a costituire una fetta importante delle loro esigenze.

Figura 13. Rappresentazione schematica dei rapporti tra crosta e strati inferiori della Terra (Geology In)

Quindi, se l’energia geotermica è potenzialmente ovunque sotto i nostri piedi, sembra proprio essere il candidato migliore nel processo di decarbonizzazione necessario.

Ma, si diceva, questa fonte energetica occorre andare a prendersela, con i costi e i rischi di cui s’è detto.

Se potessimo perforare abbastanza in profondità, potremmo mettere le centrali geotermiche praticamente ovunque vogliamo. Ma è più difficile di quanto sembri. Come vedremo meglio, le perforazioni più profonde della storia umana non sono abbastanza profonde per avere geotermia ovunque.

La crosta terrestre varia in spessore in un intervallo che va, mediamente, dai 5 km della crosta oceanica, ai 75 km di quella continentale, in corrispondenza delle grandi catene montuose, con le parti più sottili che tendono ad essere localizzate nell'oceano profondo.

C’è un’ultima ma non meno importante considerazione da fare sul ruolo delle rinnovabili in genere. Nonostante i 3870 GW (IRENA, marzo 2024) di energia prodotta da fonti esclusivamente rinnovabili, laddove il fotovoltaico da solo rappresenta quasi i tre quarti del totale, la quota di energia da combustibili fossili è ancora superiore all’80%, appena cinque punti in meno che nel 2015, ai tempi dell’Accordo di Parigi. E non perché non stiamo aggiungendo rinnovabili (500 GW solo nel 2023), ma perché non le usiamo per sostituire le fonti fossili, ma vengono aggiunti al fabbisogno energetico complessivo.

Non è energia che ha sostituito le fonti fossili, ma energia che si è aggiunta allo status quo. E ciò non significa transizione, figuriamoci sostituzione.

Ricordate la visione di Quaise che prevede, ad esempio, l’inserimento della loro tecnologia nelle centrali elettriche a carbone esistenti? Questa è sostituzione.

Figura 14. Il tappo del pozzo superprofondo di Kola (Rakot13 CC-BY SA 3.0)

La perforazione meccanica [1]

Il problema principale è che questa fonte praticamente illimitata di energia si trova mediamente a 10 km o più sotto la superficie terrestre, e scavare per raggiungere quella profondità presenta difficoltà che il più delle volte lo rendono impossibile.

Perforazioni record sono state realizzate in diverse parti del mondo, ma quelle effettuate lungo una direttrice verticale sono davvero pochissime; la più famosa di queste, tuttora imbattuta, è quella realizzata in Russia, nella penisola di Kola: 12.262 metri con una serie di pozzi di 23 cm di diametro realizzati a scopo scientifico. Rimane tuttora il pozzo più profondo del mondo in termini di reale profondità verticale, il che significa che perfora direttamente la Terra in linea perpendicolare. A partire dal 1970 in nove anni raggiunsero i 9,5 km, battendo il precedente record americano, nel 1983 si superarono i 12 km, l’anno dopo una sezione della colonna di perforazione si staccò e si dovette ripartire con una deviazione del foro a 7 km di profondità. Nel 1989 si raggiunsero i 12,26 km e si sperava di arrivare a 15 km entro il 1993, ma la minore densità delle rocce che iniziarono a comportarsi più come materiale plastico che solido rese impossibile continuare oltre. In definitiva, vent’anni di lavoro e un investimento stimato centinaia di milioni di dollari, un’enormità per l’epoca. Alla fine degli anni Ottanta i tedeschi, con un loro programma scientifico specifico, rapportato ad oggi spesero qualcosa come 250 milioni di euro ma si fermarono a 9.101 metri, prima di arrendersi a causa delle temperature elevate non previste, della plasticità della roccia e delle ingenti quantità di gas e fluidi che si riversavano nel foro.

Si noti che ad ogni modo, le temperature, pur essendo abbastanza elevate da ostacolare il processo di perforazione, non lo erano abbastanza per fare energia geotermica.

Ci sono poi altri quattro o cinque pozzi degni di nota ma la media di profondità raggiunta ad esempio dalle perforazioni petrolifere va dai 5 agli 8 km, e quelle degli impianti di estrazione del gas naturale anche meno, dai 2 ai 6 km.

Per non parlare delle difficoltà tecniche, a cominciare dalla sostituzione della punta perforante che ogni volta richiede che venga estratta tutta la batteria di aste, sostituita la punta, e rimandato giù il tutto riassemblato per continuare il lavoro; e quelle dovute alla presenza di strati di roccia imprevisti, troppo duri o, paradossalmente, troppo morbidi, le temperature, le pareti del pozzo che vanno protette da crolli, e molto altro ancora. E tutti questi tempi tecnici sottratti al tempo di perforazione vanno pagati.

Ma ecco che si prospetta la soluzione, qualcosa che metta in grado di raggiungere effettivamente e velocemente quelle profondità, alle quali il calore necessario per estrarre energia geotermica sia effettivamente ovunque sotto i nostri piedi. Una tecnologia, la cui base è ormai ampiamente consolidata, che permetta di perforare 10 km in 100 giorni di lavoro continuativo, e non in 20 anni.

I principali problemi della perforazione meccanica [1]

La perforazione della crosta terrestre, tipica delle operazioni di estrazione petrolifera, geotermica o mineraria, comporta diversi problemi tecnici, ambientali e geologici. Ecco una panoramica semplificata dei principali:

Problemi tecnici.

• Pressione elevata e blowout. Durante la perforazione, si possono incontrare sacche di gas o liquidi ad alta pressione. Se non adeguatamente gestiti, possono provocare un blowout, ossia una fuoriuscita incontrollata di gas o petrolio, che è estremamente pericolosa.
• Usura e danni alle attrezzature. La perforazione in strati duri della crosta può usurare rapidamente gli strumenti di perforazione, ad iniziare dalla testa che frantuma il materiale, portando a interruzioni, ritardi e costi aggiuntivi per la sostituzione delle attrezzature.
• Perdite di fluidi di perforazione. I fluidi di perforazione, utilizzati per raffreddare l’attrezzatura perforante e stabilizzare il foro, possono infiltrarsi nelle formazioni circostanti, compromettendo l'efficacia dell'operazione e potenzialmente inquinando l'ambiente.
• Frane e instabilità del foro. In alcuni strati geologici, la roccia può essere instabile, causando il collasso del foro, che deve essere continuamente rinforzato con rivestimenti.

Problemi geologici.

• Incertezza delle formazioni geologiche. La struttura della crosta terrestre può variare significativamente da un punto all’altro. Rocce impreviste o difformità nelle formazioni possono complicare la perforazione, rallentando l'operazione o causando deviazioni rispetto al percorso previsto.
• Faglie sismiche. Perforare in aree geologicamente attive, come lungo le faglie sismiche, può scatenare terremoti indotti o fratturazioni idrauliche, specialmente se si accumulano tensioni nel sottosuolo.
• Temperature elevate. A profondità maggiori, le temperature aumentano considerevolmente, causando problemi di raffreddamento e maggiore stress per gli strumenti utilizzati.

In sintesi, la perforazione della crosta terrestre è una pratica complessa che richiede avanzate tecnologie e strategie di mitigazione per gestire i numerosi rischi tecnici, ambientali e sociali. A cui aggiungere spesso le problematiche accessorie come quelle introdotte dalle ultime due citate. Da questo punto di vista la possibilità per la tecnologia Quaise di poter riutilizzare impianti esistenti elimina la necessità di dover ulteriormente alterare il paesaggio o di entrare in polemica con gli enti e le popolazioni locali per l’apertura di nuovi impianti.

La tecnologia Quaise [2]

Innanzi tutto, per chi si è documentato nella prima parte, grazie per esser arrivati fin qui. D'ora in avanti si entra nel vivo della tecnologia e nella visione energetica di Quaise Energy.

Figura 15. La perforazione a onde millimetriche vaporizza la roccia senza dover ricorrere a complesse attrezzature di perforazione. (Quaise)

Saltiamo subito ai fatti richiamando qualche nozione, i dettagli verranno forniti a breve.

La tecnologia del girotrone utilizzata da Quaise Energy è un'applicazione innovativa che mira a rivoluzionare il processo di perforazione per accedere a fonti di energia geotermica ultra-profonda. Il girotrone è un dispositivo capace di emettere potenti onde millimetriche ad alta frequenza, utilizzato tradizionalmente in esperimenti di fusione nucleare e altre applicazioni scientifiche.

Il girotrone genera un fascio di onde millimetriche che può penetrare profondamente nella crosta terrestre. La frequenza di queste onde è tale da permettere di vaporizzare e frammentare la roccia senza bisogno di strumenti meccanici, che sono invece soggetti a usura e limitazioni a profondità estreme. Questo metodo sfrutta il principio dell'emissione elettromagnetica per riscaldare rapidamente la roccia e convertirla in uno stato vetrificato, facilitando la perforazione.

Componenti chiave.

• Onde millimetriche. Queste onde, prodotte dal girotrone, hanno una lunghezza d'onda corta (dell'ordine di millimetri), che consente loro di interagire con la materia in modo molto preciso e concentrato.
• Elevata potenza. Il girotrone emette fasci con un'alta densità di energia, sufficienti a vaporizzare roccia solida, consentendo perforazioni in profondità che superano i 10-20 chilometri.
• Flusso continuo. A differenza delle perforazioni meccaniche, il girotrone può operare senza interruzioni, accelerando notevolmente i tempi di perforazione rispetto ai metodi convenzionali.

Vantaggi rispetto alla perforazione tradizionale.

• Velocità. Con la tecnologia del girotrone, si può raggiungere una profondità di 20 km in circa 100 giorni, mentre le tecnologie tradizionali richiedono anni per perforare profondità minori​.
• Resistenza alle condizioni estreme. A profondità elevate, la temperatura e la durezza della roccia rendono inefficaci i metodi meccanici. Il girotrone, invece, non è influenzato da queste condizioni, poiché non richiede contatto fisico diretto con la roccia​
• Stabilità del pozzo. Il calore prodotto dalle onde millimetriche causa la vetrificazione della roccia, rendendo il foro più stabile e meno soggetto a crolli rispetto ai metodi meccanici, che possono causare fratture e instabilità​

Tra sfide e sviluppi futuri, sebbene la fisica di base del girotrone sia consolidata, Quaise sta lavorando per risolvere i problemi ingegneristici legati alla rimozione dei materiali vaporizzati e alla stabilità del foro a profondità estreme. L’obiettivo è riuscire a impiegare questa tecnologia in progetti di perforazione sul campo entro pochi anni, con l'ambiziosa meta di sfruttare energia geotermica in qualsiasi parte del mondo​

In sintesi, la tecnologia del girotrone di Quaise rappresenta un metodo rivoluzionario di perforazione che potrebbe sbloccare enormi quantità di energia geotermica ad impatto ambientale estremamente contenuto, e senza le limitazioni meccaniche delle tecniche tradizionali.

Girotrone quindi, e iniziamo da qui. Wikipedia recita “Il girotrone è un maser a elettroni liberi che genera radiazioni elettromagnetiche ad alta frequenza mediante la risonanza di ciclotrone stimolata di elettroni che si muovono attraverso un forte campo magnetico”. Ma cos’è un maser? Ancora Wikipedia: “Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, quindi una sorta di laser, qualcosa in grado di generare fasci di radiazioni elettromagnetiche coerenti; rimandiamo alla letteratura scientifica per il concetto di coerenza. Solo che nel maser la frequenza della radiazione elettromagnetica in gioco è appunto quella delle onde millimetriche che sono già state descritte.

In termini energetici è un vero e proprio cannone elettronico che ad un'estremità del tubo emette un fascio di elettroni accelerati di forma anulare in grado di produrre radiazione elettromagnetica tale da portare la temperatura dei materiali che colpisce anche a diverse migliaia di gradi Celsius. Il girotrone nacque infatti nell’ambito della ricerca scientifica sulla fusione nucleare, indirizzandone i fasci su posizioni precise per riscaldare il combustibile a idrogeno oltre i 100 milioni di gradi necessari ad avviare le reazioni di fusione. Ma versioni più piccole di girotroni sono normalmente utilizzati nel settore industriale per scaldare o fondere rapidamente materiali ad altissima temperatura.

E fu così che a Paul Woskov, del Plasma Science and Fusion Center del MIT, che di tecnologia di fusione ad altissima temperatura ne sapeva più di chiunque altro, venne l’idea di scaldare le rocce della crosta fino a fonderle per realizzare un buco di 20 km di profondità!

Figura 16 Girotrone a bassa potenza per ricerche di laboratorio (Quaise)

Il piano sarebbe più facile da liquidare come irrealistico se fosse basato su una tecnologia nuova e non comprovata. Ma i sistemi di perforazione sono basati sul girotrone, utilizzato da decenni nella ricerca e nella produzione, e direttamente derivato dalle tecniche di generazione del plasma necessario ad innescare la fusione nucleare. Quaise prevede di iniziare ad ottenere energia da pozzi geotermici pilota raggiungendo rocce con temperature fino a 500 °C entro il 2026, probabilmente utilizzando impianti preesistenti. Se si riuscisse a perforare fino a 20 chilometri, si potrebbero raggiungere temperature elevatissime in oltre il 90 percento delle località del mondo. Il lavoro di Quaise è in questo momento concentrato sulla risoluzione delle questioni rimaste aperte che hanno a che fare, come predetto, con la rimozione del materiale e determinazione del rivestimento migliore per mantenere il foro stabile e aperto, oltre a quanto già noto grazie alla vetrificazione delle pareti accennata pocanzi.

Non solo, perforando i fori nelle centrali elettriche esistenti, soprattutto in quelle a carbone, le prime ad essere dismesse durante l’auspicata e necessaria transizione energetica, Quaise sarà in grado di muoversi più velocemente di quanto non farebbe se dovesse ottenere permessi per costruire nuove centrali, linee di trasmissione e l’intero impianto di produzione di energia elettrica. Rendendo le proprie attrezzature di perforazione a onde millimetriche compatibili con gli impianti di perforazione esistenti, consentirà inoltre all'azienda di attingere alla forza lavoro globale del settore dei combustibili fossili.

Alle alte temperature a cui si sta accedendo verrà prodotto vapore molto vicino, se non superiore, alla temperatura a cui operano le centrali elettriche a carbone di oggi. Sarà quindi possibile proporre alle aziende titolari delle centrali a carbone esistenti di sostituire dal 95 al 100 percento del loro utilizzo di carbone, sviluppando un campo geotermico e producendo vapore dalla Terra, alla stessa temperatura in cui si brucia carbone per far funzionare la tua turbina, ma decarbonizzando il ciclo produttivo. Suona interessante, no?

Figura 17. Paul Woskov espone i campioni nel suo laboratorio nel 2016 (MIT)

 

 

 

 

Figura 18. Posizionamento di un campione di roccia nel girotrone di laboratorio (Quaise)

Figura 19. All'opera sul girotrone di laboratorio (Quaise)

 

Boston salverà il mondo? [2]

Boston, Massachusetts. Lì vicino c’è Cambridge, e qui, in Massachusetts Avenue, c’è il MIT, il famoso Massachusetts Institute of Technology da sempre leader nella ricerca scientifica e tra le tante, quella energetica, tanto da aver creato una sorta di istituto a parte, il MIT Energy Initiative, dalle cui labbra pende il Department of Energy (DoE) dell’amministrazione statunitense.

Ogni città è piena di persone che vorrebbero salvare il pianeta ma Boston sembra avere numero enorme di persone che possono effettivamente farlo. E il tempo per farlo è davvero agli sgoccioli.

Figura 20. Lo skyline di Boston (Boston Globe)

Ed è proprio a Boston che, diversi anni fa, un certo Carlos Araque venne a conoscenza di un'idea che pensava potesse salvare il mondo. Lavorava presso una società affiliata al MIT, che si occupava di investimenti in settori pionieristici, e gli fu chiesto di partecipare ad una riunione in quanto esperto, e parecchio, di perforazioni. All'incontro erano presenti il già citato Paul Woskov, eminente ricercatore del Plasma Science and Fusion Center del MIT, e il cui ufficio è disseminato di rocce bucate al centro e bruciacchiate, e Aaron Mandell, un imprenditore determinato a far uscire dal laboratorio e immettere sul mercato la tecnica di perforazione delle rocce di Woskov.

Araque, dopo aver conseguito il master in ingegneria meccanica al MIT, si trasferì a Houston, la capitale energetica del paese, per lavorare per la Schlumberger, un gigante nel mondo dei servizi per i giacimenti petroliferi, della prospezione e della ricerca. Aveva dato per scontato che le aziende energetiche tradizionali, con le loro vaste risorse e competenze, sarebbero state quelle che avrebbero alimentato la transizione verso le energie rinnovabili di fronte a un'imminente crisi climatica. Ma si sbagliava. I grandi erano e sono troppo legati al profitto, al business, per pensare fuori dagli schemi e le innovazioni di cui il mondo ha disperatamente bisogno: i finanziamenti in tal senso non avrebbero mai potuto arrivare da quel settore industriale. Così Araque tornò a Boston e, appena dieci giorni dopo aver iniziato il suo nuovo lavoro, si ritrovò in una sala conferenze, in attesa di sapere se questa idea avrebbe potuto salvare il pianeta dall'orlo della catastrofe o se fosse solo un buco nell’acqua.

Si presentò a Woskov e Mandell e si sedette. Mentre ascoltava il loro piano non credeva alle sue orecchie per quanto che stavano dicendo. Woskov spiegò di aver sviluppato una tecnologia che consente a un girotrone, un generatore di onde a radiofrequenza, di bucare la roccia fondendola o addirittura vaporizzandola, ed era convinto di usarlo per arrivare così profondamente nella crosta da accedere alla fonte virtualmente illimitata di energia pulita: l’intenso calore, nascosto nelle profondità e che potrebbe alimentare il pianeta ben oltre il suo fabbisogno, presente o futuro.

Ovviamente Araque, come più o meno tutti nel campo delle perforazioni, aveva avuto a che fare con l'energia geotermica moltissime volte. Il problema era sempre stato accedervi. Come abbiamo visto l'energia davvero efficace si trova più o meno ovunque a 20 km di profondità dentro la crosta e le punte di perforazione meccanica si rompono e si consumano molto prima, rendendo i tempi ed i costi estremamente onerosi. Ma Woskov gli stava dicendo, tuttavia, che la sua tecnologia avrebbe potuto superare questo ostacolo, aprendo una nuova frontiera.

Nel corso dell'anno successivo Araque fece i compiti: studiò il mercato geotermico. Eseguì molte simulazioni sul suo computer. Si rivolse ai massimi esperti di perforazione a livello mondiale. Nessuno riuscì a trovare una ragione per cui non avrebbe funzionato. Poi arrivò un altro momento di illuminazione: se la tecnologia funzionava davvero, fuori dal laboratorio s’intende, significava che i fori potevano essere perforati praticamente ovunque, persino proprio accanto o al posto dei vecchi impianti, persino accanto alle vecchie centrali a carbone che dovranno essere chiuse a causa delle loro emissioni. L'industria dei combustibili fossili, del petrolio o del gas naturale, aveva già gli edifici, le turbine, le linee di trasmissione, i permessi, le piattaforme, la forza lavoro e il know-how: si dovrebbero solo sostituire le punte di perforazione con i girotroni. Non solo, in tutti quegli impianti petroliferi chiusi perché non più produttivi si sarebbe potuto sfruttare la presenza dei pozzi già perforati per avviare una perforazione termica a partire dalla profondità già raggiunta, risparmiando tempo e denaro. E il girotrone risolve anche uno spinoso problema tipico dei pozzi tradizionali: man mano che la fusione procede le pareti del foro vetrificano evitando che possano collassare.

Un classico plug-and-play, il che significa che il nuovo modello energetico potrebbe essere operativo e funzionante in tempi relativamente brevi, e questa è una notizia eccezionale, perché a quanto affermano gli esperti, c'è poco tempo da perdere.

Un rapporto delle Nazioni Unite del 2023, considerato uno degli studi più definitivi mai condotti sui cambiamenti climatici, ha concluso che senza una significativa riduzione delle emissioni di carbonio, nel giro di un decennio la Terra supererà uno dei primi punti di non ritorno e quel che accadrà è stato già scritto. Prima dell'inizio del prossimo secolo, gli esseri umani si troveranno ad affrontare un mondo in cui le temperature elevate genereranno carestie, malattie, ondate di calore e disastri naturali che mieteranno milioni di vittime, e ad affrontare un flusso migratorio senza precedenti nella storia dell’umanità. Il Segretario generale delle Nazioni Unite Antonio Guterres lo ha recentemente ribadito: il mondo sta affrontando "una bomba a orologeria climatica".

Quaise Energy è nata così, uno spin-off del prestigioso MIT e su cui lo stesso MIT, insieme a molti altri, compreso il DoE, hanno investito fortemente e, a pochissimi anni dalla sua nascita può vantare centinaia di milioni di dollari di investimenti per la ricerca ricevuti dai più disparati soggetti, per contribuire a quello che in Quaise, senza falsa modestia, chiamano terawatt scale energy.

La buona notizia, almeno per Boston, è che molte persone credono che la chiave per disinnescare quella bomba a orologeria sia stata inventata proprio qui. E non solo per l'idea di Woskov su come accedere all'energia geotermica, ma per una vera e propria abbondanza di innovazioni nel campo dell'energia pulita che, grazie a una straordinaria serie di fattori contingenti, si sono verificati proprio in questa città negli ultimi anni.

Man mano che le fonti energetiche tradizionali diventavano risorse quanto meno ingombranti dal punto di vista climatico, le energie del futuro, che non sono guidate dall’accesso alle risorse grezze con conseguente sviluppo localizzato dell’industria, vedevano sempre più importanti e riconosciuti i ruoli dati da talento e innovazione, e dove meglio che al MIT ed ai suoi oltre 150 anni di successi?

Oltre a Quaise Energy, negli ultimi anni, infatti, numerose startup come Form Energy, Ascend Elements, Factorial Energy, Sublime Systems e Commonwealth Fusion Systems sono balzate in prima linea nei loro campi, attirando miliardi di dollari di investimenti e consentendo al piccolo Massachusetts di dare il massimo. Persino la colossale General Electric ha annunciato che avrebbe trasferito a Boston la sua costola che si occupa di ricerca in campo energetico, la GE Vernova, con i suoi 30 miliardi di dollari di valore. Ogni città è piena di persone che vorrebbero salvare il pianeta. La differenza è che Boston sembra produrre un numero insolito di persone che credono di poterlo fare davvero.

Conclusione doverosa: l'azienda punta a un costo dell’energia prodotta con la loro soluzione compreso tra 1 e 3 centesimi per kWh[3], sufficientemente economico da competere con i combustibili fossili e, in ultima analisi, sostituirli per l'energia di base quando non sono disponibili altre fonti di energia rinnovabile.

Figura 21. Impianto geotermico in Islanda (Gretar Ivarsson, public domain)

Insomma, quando si tratta di innovazioni rivoluzionarie nel campo dell'energia, tre lettere continuano a emergere ripetutamente: MIT. E all'interno dell'istituto, il pezzo grosso è stato il Plasma Science and Fusion Center e il più recente MIT Energy Initiative. Nel primo è nata l'idea di Woskov che, mettendo da parte la ricerca nel campo dell’energia da fusione nucleare ne ha estratto un ramo parallelo più concretamente realizzabile. Nessuno si aspetta reattori a fusione nucleare produttivi prima del 2070, ma un impianto geotermico basato sul girotrone potrebbe arrivare molto prima.

Figura 22. Vari tipi di rocce perforati col girotrone (MIT)

Figura 23. Blocchetto di basalto perforato col girotrone (MIT)

Come ti sblocco l’energia [2]

Figura 24. Tubo a vuoto con girotrone da 1 MW incorporato (Quaise)

Come abbiamo visto, laddove le condizioni diventano troppo difficili per il funzionamento delle punte di perforazione fisiche, i ricercatori da moltissimi anni hanno provato le capacità dei raggi di energia diretta per riscaldare, fondere, fratturare e persino vaporizzare la roccia del basamento in un processo chiamato spallazione, prima ancora che la testa di perforazione la tocchi. Uno degli esempi più evidenti di tecnologie in tal senso viene dal sistema della Petra, leader mondiale nei sistemi di perforazione, non solo meccanici; tra le diverse soluzioni annovera un robot meccanico chiamato “Swifty” con un cannone probabilmente basato su tecnologie di emissione elettromagnetiche, anche se la Petra non rivela cosa viene utilizzato esattamente per creare quel calore.

Figura 25. Il robot "Swifty" riscalda e polverizza la roccia più dura della Terra, senza toccarla (Petra)

Inoltre, esperimenti militari condotti alla fine degli anni Novanta del secolo scorso diedero risultati promettenti, indicando che la perforazione assistita da laser poteva attraversare la roccia da 10 a 100 volte più velocemente della perforazione convenzionale, destando un certo interesse nelle aziende del settore delle perforazioni.

Al DoE, quelli del “Geothermal Technologies Program” sono certi che un processo di perforazione a energia diretta offrirebbe alcuni enormi vantaggi: nessun sistema meccanico nel pozzo che potrebbe usurarsi o rompersi, nessun limite di temperatura, uguale facilità di penetrazione per qualsiasi durezza della roccia e la possibilità di stabilizzare le pareti del foro con un rivestimento vetrificato durevole, una specie di cauterizzazione effettuata man mano che si procede nella perforazione. La vetrificazione sigilla inoltre gli accessi a fluidi, gas e altri contaminanti che hanno sempre causato problemi nei precedenti progetti di perforazione ultra-profonda.

In passato ci sono stati tentativi di utilizzo dei laser, ma la penetrazione più profonda della roccia raggiunta fino ad oggi con le più avanzate tecnologie laser è dell’ordine della ventina di metri ed ha campi di applicazione specifici. Ci sono ragioni fisiche e tecnologiche fondamentali per questa mancanza di progresso nella perforazione laser: in primo luogo, il flusso di particelle di estrazione della roccia è incompatibile con l'energia a lunghezza d'onda corta che viene dispersa e assorbita da polvere e nuvole di particolato prima ancora di entrare in contatto con la superficie rocciosa desiderata; inoltre, la tecnologia laser è carente in termini di energia ed efficienza, ed è inoltre troppo costosa.

A questo punto l’idea di utilizzare fasci di energia ad onde millimetriche, e quindi il girotrone, si è rivelata vincente, una soluzione, come è stato detto, che è venuta dal mondo della fusione nucleare, laddove le necessità di generare temperature altissime sono alla base del processo stesso, occorrendo allo scopo almeno 100 milioni di gradi Celsius. E fin dall'inizio degli anni Settanta, i ricercatori russi che lavoravano sui primi progetti di reattori nucleari a fusione (tokamak) scoprirono che le onde millimetriche erano un modo eccellente per generare temperature elevatissime e oggi, proprio grazie alla ricerca sulla fusione e ai finanziamenti del DoE, sono stati fatti passi da gigante.

Figura 26. Un girotrone da 1 MW a onde millimetriche da 150 GHz, utilizzato per riscaldare il plasma nell'esperimento di fusione “stellarator” Wendelstein 7-X in Germania (I2ho7p CC BY-SA 4.0)

In effetti, i girotroni in grado di generare fasci di energia continui e di oltre un MW di potenza stanno diventando disponibili, e questa è una notizia straordinaria per il settore della perforazione profonda. La base scientifica, la fattibilità tecnica e il potenziale economico della perforazione di rocce a onde millimetriche a energia diretta e a frequenze da 30 a 300 GHz sono stabili e consolidati, evita la dispersione di Rayleigh (scattering) e può accoppiare e/o trasferire energia a una superficie rocciosa mille volte più efficientemente rispetto alle sorgenti laser. Le onde millimetriche di potenza continua possono anche essere guidate in modo efficiente (>90%) a grandi distanze (>10 km) utilizzando una varietà di modalità e sistemi di guida d'onda (in pratica dei tubi), compreso quanto già esistente nei pozzi di perforazione.

I calcoli termodinamici suggeriscono che sia possibile una velocità di penetrazione di 70 metri all’ora in fori di 5 cm di diametro con un girotrone da 1 MW con un'efficienza prossima al 100%. L'uso di fonti di potenza inferiore o superiore (ad esempio da 100 kW a 2 MW) consentirebbe di modificare le dimensioni del foro e/o il tasso di penetrazione.

Quaise prevede di perforare fori profondi fino a 20 km, in soli 100 giorni, utilizzando un girotrone da 1 MW.

Figura 27. L'impianto di perforazione ibrido ultra-profondo di Quaise combinerà la perforazione rotativa convenzionale con la perforazione a energia diretta a onde millimetriche alimentata da girotrone, spurgata a pressione con gas argon elettromagneticamente trasparente. (Quaise)

A queste profondità, Quaise prevede di trovare temperature intorno ai 500 °C, che è ben oltre il punto in cui l'energia geotermica fa un enorme salto di efficienza.

L'acqua, a pressioni superiori a 22 MPa e temperature superiori a 374 °C, è infatti un fluido supercritico[4]. Una centrale elettrica che utilizza acqua supercritica come fluido di lavoro può estrarre fino a 10 volte più energia utile da ogni goccia rispetto agli impianti tradizionali. Puntare a condizioni supercritiche è la chiave per raggiungere densità di potenza coerenti con i combustibili fossili.

Figura 28. Prove di laboratorio sul campo da parte di Quaise (Quaise)

Dopo aver perforato con successo campioni di rocce varie e dopo aver condotto altre prove su colonne di basalto si prevede di mettere in funzione il primo sistema geotermico potenziato super-caldo da 100 MW entro il 2026. Le prove sul basalto colonnare, un tipo di roccia estremamente denso e compatto, hanno consentito, con un girotrone a bassa potenza, di praticare un foro di 2,5 m con un diametro di 2,5 cm, una profondità cento volte superiore a quella dei test originali condotti al MIT da parte del gruppo di ricercatori e tecnici.

I test hanno permesso di generare e controllare il fascio di microonde inviato dentro un tubo ondulato, in modo che operasse da guida d'onda, estratto al termine della perforazione. Il sistema, nella sua forma finale, prevede anche l’iniezione di gas per raffreddare e asportare i residui della combustione.

Figura 29. Colonne prismatiche di basalto (CC BY Andrew Kerr)

Insieme ad AltaRock, leader del settore, la Quaise sta effettuando le prove sul campo: una perforazione profonda circa 1000 metri vicina al vulcano Newberry in Oregon, che è stato scelto come sito di test ideale. Si ritiene infatti che questo cratere possa essere una delle più grandi risorse geotermiche inutilizzate degli Stati Uniti. La presenza di un corpo magmatico poco profondo rende gli strati rocciosi molto più caldi che in altri luoghi e si stima di poter utilizzare temperature altissime, superiori a 400 °C, ma ad un quarto della profondità necessaria da raggiungere altrove. Al termine di queste fasi di test si passerà ai primi prototipi d'impianto industriale.

Come detto più volte inizialmente gli impianti saranno di tipo ibrido, sfruttando perforazioni meccaniche esistenti e dismesse o attivandone di nuove per arrivare a qualche migliaio di metri di profondità e da lì in poi attivare il girotrone, in previsione di poter sfruttare le infrastrutture esistenti come le centrali elettriche a carbone, le prime sulla lista di ciò che dovrà essere dismesso. Questi impianti hanno già enormi capacità di convertire il vapore in elettricità, sono gestite da operatori commerciali affermati e posseggono un aforza lavoro esperta, e sono comodamente già collegati alla rete di distribuzione elettrica. Sostituendo le fonti di calore da combustibili fossili con energia geotermica supercritica si potranno mantenere in funzione le turbine indefinitamente senza mai aver bisogno di combustibili fossili e, non ultimo, operando in impianti che hanno già avuto tutte le certificazioni e le autorizzazioni ad operare.

Quaise prevede di riconvertire il suo primo impianto a combustibili fossili nel 2028, per poi continuare a perfezionare e replicare il processo in tutto il mondo, dal momento che il calore dovrebbe essere disponibile assolutamente ovunque sulla Terra con questa tecnologia di perforazione. Ci sono oltre 2.400 centrali elettriche a carbone in tutto il mondo, per un totale di oltre 2.000 GW di capacità e, almeno in teorie, tutte dovranno trovare qualcos'altro da fare entro il 2050: un'opportunità chiaramente gigantesca.

Il fabbisogno energetico privo di emissioni di carbonio nei prossimi decenni è enorme, e Quaise Energy offre una delle soluzioni più efficienti in termini di risorse e scalabili quasi all'infinito per alimentare il nostro pianeta. È il complemento perfetto per le nostre attuali soluzioni rinnovabili, che ci consente di raggiungere un'energia sostenibile di base in un futuro non troppo lontano.

Se questa tecnologia funziona come previsto (ed a quanto pare, citando un geologo che fa parte del team,  la crosta terrestre non troverà nuovi modi per rendere le cose impossibili), questo nuovo uso dei girotroni potrebbe ironicamente, vista la sua origine, finire per mettere i reattori a fusione definitivamente fuori da ogni ulteriore investimento. È la decarbonizzazione, il net zero tanto auspicato.

È importante sottolineare che non occuperà quasi spazio sulla superficie, a differenza del solare e dell'eolico su scala industriale. Accelererà anche un cambiamento geopolitico globale, dal momento che ogni paese potrà avere uguale accesso alla propria fonte di energia praticamente inesauribile, e sicuramente sarà interessante vedere quando i grandi paesi non saranno più in grado di esercitare un controllo dei più piccoli, privi attualmente di indipendenza energetica, proprio perché questi ultimi potranno ottenerla in autonomia. Indipendenza energetica significa anche ridistribuzione delle risorse, giustizia sociale e ambientale, le chiavi della transizione ecologica.

Il piano di energia geotermica ultra-profonda di Quaise è uno dei progetti di energia verde più entusiasmanti e affascinanti che si siano mai visti. Riproporre la potente tecnologia del fascio di onde millimetriche per fondere rocce in precedenza non perforabili e molto al di sotto della superficie terrestre, per accedere a quelle temperature che mettono l’acqua nello stato supercritico, restando liquida nonostante le condizioni di pressione e temperatura, aumentando radicalmente l'efficienza dell'estrazione di energia geotermica.

Il risultato finale: enormi risorse di energia geotermica, terawatt scale, praticamente inesauribili e disponibili ovunque sul pianeta, installate a cominciare dalla quasi totalità delle centrali elettriche a carbone esistenti e che utilizzano il calore prodotto dalla combustione dei combustibili fossili per creare vapore e far funzionare le turbine. Potranno essere collegate a una fornitura totalmente affidabile di energia verde 24 ore su 24 che manterrà quelle turbine in funzione senza emissioni di CO₂ e senza la preoccupante intermittenza di altre fonti rinnovabili come l'energia eolica e solare. E sorprendentemente veloce, 20 km in 100 giorni.

E concludo con un’ovvia considerazione. E’ evidente che ogni singolo impianto necessita innanzi tutto di energia in ingresso per alimentarsi ed avviarsi. Alla Quaise sostengono che è l’ultimo dei problemi. Una minima parte dell’energia ricavata dalla geotermia ultraprofonda sarà più che sufficiente allo scopo: la potenza richiesta per un impianto standard è di circa 1 MW, analoga a quella di un tipico sito di perforazione tradizionale. L’obiettivo è perfezionare la tecnologia in modo che porti alla costruzione di nuove centrali elettriche geotermiche, in grado di fornire dai 25 ai 50 MW di potenza alla rete, per ciascun pozzo.

Ironia della sorte, sembra proprio che potrebbe essere la Terra, con il suo calore primordiale, a fornirci i mezzi per risollevare le sorti che ci hanno condotto, fin dalla nostra comparsa, a considerarla proprietà esclusiva, arrivando ad esser causa principale del pericoloso cambiamento climatico e della più devastante delle estinzioni di massa che si sono succedute nel corso dei circa 4,5 miliardi di anni della sua storia.

Figura 30. L'energia geotermica supercritica quasi illimitata sarà disponibile ovunque sulla Terra se la tecnologia a onde millimetriche di Quaise funzionerà su larga scala (Quaise)

Per concludere, un estratto di un'intervista fatta a Carlos Araque e le sue risposte. 

• Un terremoto potrebbe tagliare la perforazione e disabilitare la centrale elettrica?
  
  Improbabile. I terremoti raramente interrompono i pozzi di petrolio e gas. I pozzi perforati col girotrone, profondità a parte, sono simili.

• Quanto tempo ci si può aspettare che durino questi pozzi ultra-profondi?
  
  Dai 50 ai100 anni.

• La roccia è sufficientemente consistente alle temperature e alle pressioni previste a queste profondità?
  
  Finché non si arriva al mantello, molto più in basso, la roccia rimane allo stato solido, pur potendo manifestare fenomeni di plasticità.

• Un flusso di acqua supercritica fornirà una pressione sufficiente per mantenere aperto il foro?
  
  Aiuta certamente. Il foro viene vetrificato come sottoprodotto del processo di perforazione e la roccia a quelle profondità contribuisce alla stabilità.

• Durante il processo di perforazione a energia diretta, è possibile che l'acqua penetri nel foro?
  
  È possibile, ma la roccia è molto impermeabile a quelle profondità e la portata sarebbe bassa; l'acqua che entra nel pozzo vaporizza istantaneamente.

• Quest'acqua potrebbe essere surriscaldata dal raggio d'onda millimetrico, causando vapore ad alta pressione che potrebbe danneggiare l'apparecchiatura?
  
  Si surriscalderà, ma non c'è nulla da danneggiare. L'unica attrezzatura per il pozzo è un tubo.

Un breve video su Quaise Energy

Un video di approfondimento

Una lunga e recente intervista a Carlos Araque

Paul Woskov in persona racconta la tecnologia

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[1] Nella famosa miniera di Naica (Messico), nota per ospitare i cristalli più grandi del mondo, a 300 metri di profondità la temperatura è prossima ai 50 °C con umidità quasi del 100%, condizioni insopportabili per gli esseri umani, se non adeguatamente protetti da specifica attrezzatura.

[2] ENEL riporta 1,1 GW e il 5% del rinnovabile nazionale

[3] Ad ottobre 2024 in Italia, il costo medio sul Libero Mercato è 0,26 €/kWh, al netto degli oneri accessori.

[4] Lo stato supercritico è quello in cui una sostanza si trova in un certo stato nonostante siano state superate la temperatura e/o la pressione che innescano un passaggio di stato. Ad esempio acqua liquida al di sopra di 100 °C. In questo stato la sostanza presenta proprietà intermedie tra quelle di un liquido e quelle di un gas.