Evoluzioni nelle tecnologie di esplorazione e perforazione per una geotermia sempre più competitiva

In un precedente articolo abbiamo analizzato come un progetto geotermico si sviluppi attraverso diverse fasi specialistiche, dall’esplorazione della risorsa alla realizzazione degli impianti, che richiedono competenze approfondite in geofisica, geologia, ingegneria del sottosuolo, perforazione e gestione di sistemi ad alta tecnologia.

Questo know-how tecnico è in costante evoluzione in tutta la filiera geotermica per migliorare performance, tempi e costi di realizzazione dei progetti. L’Italia gioca un ruolo di primo piano in questo ambito quale secondo Paese dell’UE per produzione di tecnologie geotermiche ed al primo posto per saldo commerciale nella filiera. Le aziende italiane sono leader a livello mondiale per le tecnologie chiave degli impianti e per i servizi ad alto contenuto specialistico.

Innovazione tecnologica di esplorazione e perforazione

In questo articolo ci concentriamo sulle innovazioni che hanno interessato le fasi di esplorazione del sottosuolo e realizzazione dei pozzi geotermici negli ultimi decenni, rendendo più efficace la caratterizzazione, la valutazione, l’accesso e l’utilizzo della risorsa geotermica, migliorando le performance operative.

Le tecnologie di esplorazione e modellazione del sottosuolo rappresentano un elemento chiave per migliorare la conoscenza della risorsa, definire il target minerario e ottimizzare la pianificazione delle attività di perforazione.

Luca Masnaghetti di SLB, azienda membro di Rete Geotermica e leader mondiale nelle tecnologie per la caratterizzazione dei serbatoi e la perforazione dei pozzi, spiega: “Negli ultimi dieci anni abbiamo assistito a progressi notevoli lungo l’intera catena tecnologica: dai sensori sismici wireless più compatti, passando per campagne di acquisizione dati ottimizzate e a workflow geofisici integrati. Tutto ciò ha migliorato la capacità di indagare il sottosuolo e aumentato l’affidabilità della valutazione della risorsa. Le simulazioni geomeccaniche e la pianificazione digitale real time della perforazione hanno aumentato controllo, efficienza e sicurezza”.

Steam, altra importante azienda italiana nella consulenza e ingegneria geotermica e membro di Rete Geotermica, conferma come una maggiore conoscenza del sottosuolo abbia accelerato la valutazione e lo sfruttamento delle risorse geotermiche come ci spiega il geologo Paolo Basile:

“Una maggiore conoscenza del sottosuolo, ottenuta attraverso l’interpretazione integrata dei dati derivanti da indagini geologiche, geofisiche e geochimiche sempre più accurate, ha consentito di migliorare in modo significativo i modelli di caratterizzazione dei sistemi geotermici. Oggi, un’ulteriore spinta è data dalle tecnologie che si basano sull’Intelligenza Artificiale e sul Machine Learning, che aiutano a migliorare l’interpretazione dei dati e del sistema geotermico anche dove vi sono informazioni limitate. Ciò ha reso più rapida e affidabile la valutazione del potenziale energetico, favorendo al contempo una più efficace mitigazione del rischio e accelerando lo sfruttamento sostenibile delle risorse geotermiche”

Nella fase di perforazione e costruzione dei pozzi, le nuove tecnologie e metodologie hanno migliorato progressivamente la capacità di affrontare condizioni estremamente impegnative in termini di temperatura, profondità e caratteristiche del sottosuolo.

“La perforazione direzionale sempre più precisa, i fluidi di perforazione ad alte prestazioni, strumenti di misura da pozzo resistenti alle alte temperature e pompe elettriche ad immersione più robuste hanno migliorato l’efficienza e le performance dei pozzi profondi”, ci spiega Masnaghetti.

La geotermia di nuova generazione: EGS e AGS

Negli ultimi vent’anni i progressi tecnologici hanno reso possibile lo sviluppo dei sistemi geotermici di nuova generazione (Enhanced Geothermal Systems, EGS e Advanced Geothermal Systems AGS), aprendo la strada a centrali più efficienti che estraggono più calore per singolo pozzo e consentono di estendere l’accesso alla geotermia anche in aree prima non sfruttabili. I sistemi EGS creano permeabilità in serbatoi naturali, consentendo l’estrazione di acqua calda, mentre i sistemi AGS scambiano calore direttamente in profondità, generando un circuito chiuso.

Per quanto concettualizzata da tempo, per lungo tempo l’elevata incertezza legata al rischio minerario e ai costi di perforazione hanno rallentato la crescita commerciale e gli investimenti privati nella geotermia di nuova generazione.

La svolta è arrivata a metà degli anni 2000, quando tecnologie derivate dal settore Oil & Gas, come perforazione orizzontale e stimolazione di formazioni compatte, sono state adattate alla geotermia. I programmi pubblici di R&S, come il laboratorio sperimentale UTAH FORGE finanziato dal Dipartimento dell’Energia Americano, hanno permesso di ridurre i costi, scalare le competenze e creare servizi specializzati.

Tra i progetti più significativi in via di sviluppo o già avviati:

Cape Station (Fervo Energy, USA): il progetto più grande, che ha già ottenuto svariati finanziamenti. Il sistema di Fervo utilizza perforazioni orizzontali e stimolazione per creare permeabilità nella roccia per trasferire calore all’acqua iniettata. L’obiettivo di Fervo con la fase 1 e 2 del progetto è di generare 500 MW di energia priva di emissioni di carbonio entro il 2028.

Eavor (Canada e Germania): la canadese Eavor ha sviluppato sistemi AGS a circuito chiuso per massimizzare lo scambio termico minimizzando l’interazione con il serbatoio naturale. Il primo progetto commerciale in Germania è già parzialmente operativo, con risultati in linea con le attese.

Mazama Energy (USA): si tratta di un progetto pilota con temperature di fondo pozzo di 331 °C, tra le più elevate mai raggiunte in un EGS, con previsione di oltre 400 °C e 15 MW entro il 2026. La velocità media di perforazione raggiunge i 23 metri l’ora in rocce dure, con tratti di circa 800 metri realizzati senza interruzioni.

Geothermal Energy Lithium (GEL, UK): in Cornovaglia GEL ha recentemente avviato l’impianto integrato per produzione elettrica e recupero sostenibile di litio. Il pozzo di produzione ha raggiunto 5.275 m, risultando il più profondo e caldo del Paese, con fluidi ricchi di oltre 340 ppm di carbonato equivalente di litio.

Sebbene le prime centrali commerciali siano ancora in costruzione, il settore registra già progressi significativi nella riduzione dei costi di perforazione e nel raggiungimento di serbatoi più caldi. Le prospettive per i prossimi anni sono ulteriormente incoraggianti grazie a sistemi di perforazione innovativi, tecniche di stimolazione più efficaci e materiali e sensori ad alta temperatura capaci di operare in condizioni supercritiche.

La sfida italiana in un settore geotermico in fermento

Oggi la geotermia è pronta a giocare un ruolo strategico nella transizione energetica. Le innovazioni tecnologiche nel sottosuolo stanno accelerando la realizzazione dei progetti e abbattendo i costi, come evidenziato dalle tendenze del LCOE (Levelized Cost of Energy), che secondo IRENA è sceso del 16% nel 2024, rendendo la geotermia sempre più competitiva rispetto alle altre fonti rinnovabili. Progetti innovativi di geotermia di nuova generazione sono in sviluppo o già operativi e si avvalgono del know-how, dei servizi e delle tecnologie delle aziende italiane di eccellenza.

In Italia non stiamo cogliendo né le opportunità in geotermia convenzionale, né quelle in geotermia avanzata, nonostante un patrimonio unico di competenze, aziende leader mondiali e un potenziale geotermico ancora ampiamente sfruttabile. Grazie agli sviluppi tecnologici potremmo infatti portare l’energia geotermica nelle aree isolane (es. isole eolie, Ischia, etc.) o in quelle aree, già indagate negli anni ’80, dove basse permeabilità o brine ipersaline avevano bloccato lo sviluppo di progetti geotermici.

Rete Geotermica, in quanto network catalizzatore di conoscenza, collaborazione, eccellenze tecnologiche e sinergie tra industria, ricerca e istituzioni, ha lo scopo di incoraggiare una rinascita della geotermia in Italia, seguendo l’esempio degli altri Paesi nel mondo.