Geotermia per la climatizzazione: analisi del test di risposta termica e ruolo della componente geologica per un impinanto a sonde verticali ubicato nella città di grosseto

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1.3  Situazione della geotermia in Italia 
L’Italia rappresenta una zona straordinaria dal punto geologico e vulcanologico, per la varietà di 
processi tettonici ancora in atto come indica la forte attività sismica e vulcanica. In particolare, il 
magmatismo pliocenico-quaternario, generalmente associato a settori di crosta assottigliata (Finetti, 
2005; Peccerillo, 2005), è responsabile delle anomalie termiche osservate nella regione italiana, come 
mostrato dalla carta del flusso termico superficiale (Fig.4)   
 
 
Fig.4 Mappa del flusso di calore in Italia (Della Vedova et al) 
 
• la prima è il settore tirrenico compreso tra i fiumi Arno e Tevere, ovvero la Toscana meridionale ed il 
Lazio settentrionale. Nell'area toscana vi sono i campi geotermici italiani attualmente sfruttati 
(Larderello e Monte Amiata), mentre la zona laziale è caratterizzata dal cospicuo vulcanismo del 
Pleistocene superiore (caldere di Latera e Bolsena)
7 
 
• la seconda è quella dei Campi Flegrei compresa l'Isola d'Ischia, in Campania; 
• la terza, molto grande ma quasi completamente sommersa è quella del Tirreno meridionale; 
• la quarta è il canale di Sicilia, nell’area del vulcano sommerso Empedocle e di Pantelleria. 
Queste zone sono collocate principalmente sul margine tirrenico ed interessano le regioni di Toscana, 
Lazio, Campania e Sicilia. 
Nelle aree geotermiche il flusso di calore superficiale può raggiungere centinaia di mW/m
2
, in 
particolare nella Toscana meridionale (es. Larderello,fino a 1000 mW/m
2
, e M.te Amiata fino a 600 
mW/m
2
, Bellani e Gherardi ,2013). 
 
1.4  Situazione geotermica in Toscana  
Attualmente, la conversione in elettricità dell'energia dei fluidi del sottosuolo è un settore industriale in 
forte crescita in tutto il mondo.  
Per quanto riguarda l'Italia, nel 2016 la potenza installata nelle varie regioni italiane per l'uso diretto 
dei fluidi endogeni, comprese le pompe di calore, era di 1372 MW termici (Bertani e Romagnoli, 
2017). Invece, l'energia elettrica è interamente prodotta nei campi geotermici toscani di Larderello e 
Monte Amiata, con una potenza installata complessiva di 920 MW elettrici. Tale dato colloca 'industria 
geotermoelettrica italiana al sesto posto nel mondo dopo Stati Uniti, Filippine, Indonesia, Messico e 
Nuova Zelanda (Bertani, 2016).  
Gli impianti geotermici si trovano nelle province di Pisa, Siena e Grosseto nei campi geotermici di 
Larderello-Lago Boracifero (580 MW di potenza elettrica installata), Travale-Radicondoli (220 MW) e 
Piancastagnaio-Bagnore (120 MW) (Fig. 5). Gli impianti di produzione gestiti dall’ENEL Green 
Power s.r.l., sono collocati in 8 Concessioni della Regione Toscana occupando un'area di circa 500 
km
2
 
Nel 2012, la regione Toscana ha concesso a 12 differenti società commerciali ben 34 permessi di 
ricerca confermando il grande interesse che questa regione suscita nell'industria geotermoelettrica. 
  
 1.4.1  Zona geotermica settentrionale 
L’area settentrionale dell'anomalia termica toscana comprende i campi geotermici di Larderello-Lago 
Boracifero e Travale-Radicondoli caratterizzati da serbatoio geotermico superficiale ed un serbatoio 
profondo situato all’interno del basamento metamorfico (Romagnoli et alii, 2010). Tutta l’area 
geotermica è caratterizzata da una copertura impermeabile che varia tra i 200 e i 1000 metri, formata 
dalle formazioni appartenenti alle Unità Liguri (Lazzarotto et alii, 2002). La base del sistema 
geotermico è definita dalla posizione dell’”orizzonte K”, un livello molto riflettente rispetto alla 
propagazione delle onde sismiche. Tale orizzonte, grosso modo coincidente con l’isoterma di 400 °C, 
giace a profondità di 8-10 km nel settore orientale e 3-4 km nel settore orientale occidentale.
8 
 
Considerando che la sorgente termica del sistema è connessa al raffreddamento di plutoni  granitici di 
età plio-pleistocenica (Dini et alii, 2005), l'orizzonte K potrebbe corrispondere alla fascia di intrusione 
del plutone pleistocenico entro il più antico granito pliocenico (Bertini et alii, 2006). Lo studio 
dell’orizzonte K suscita attenzione poiché, come per altri orizzonti riflettenti, potrebbe essere sede di 
accumulo di geofluidi ad alta pressione (Bertini et alii, 2006; Casini et alii, 2009). 
Dal punto di vista idrogeologico, sembra che la maggior parte della ricarica provenga 
dall’evaporazione delle falde adiacenti al sistema geotermico a cui si va ad aggiungere la re-iniezione 
del geofluido estratto garantendo, tramite la combinazione dei due processi, uno sfruttamento, 
sostenibile nel tempo (Romagnoli et al.,2010).  
L’area esplorata nel campo di Travale-Radicondoli è di circa 50 km
2
 con 29 pozzi che permettono di 
estrarre vapore surriscaldato ad una temperatura variabile tra i 200 e i 250 °C e una pressione che 
raggiunge 20 bar (Razzano e Cei, 2015). Il contenuto dei gas non condensabili (biossido di carbonio)  
varia dal 4 all’8% in peso.  
L’area esplorata nel campo di Larderello-Lago è circa 250 km
2
 con 200 pozzi che erogano vapore 
surriscaldato che raggiunge i 270° e 18 bar. Il contenuto dei gas non condensabili varia dall’1 al 15% 
in peso. La sostenibilità delle risorse in questa zona è garantita da due principali strategie: la re-
iniezione del liquido prodotto dalla condensazione del vapore in uscita dalle turbine, che dal 1978  ha 
permesso di aumentare sia la produzione che la pressione del vapore, e la perforazione profonda  che 
ha messo in luce la presenza di strati permeabili nel basamento metamorfico a circa 3500 metri di 
profondità, in cui la temperatura e la pressione del geofluido valgono, rispettivamente, 35 °C e 70 bar.  
Le informazioni acquisite con le perforazioni e le prospezioni geofisiche indicano che i due campi 
geotermici sopra descritti si fondono in un unico grande sistema profondo avente un’estensione di 400 
km
2
. 
 
 1.4.2  Zona geotermica meridionale  
L’area meridionale comprende i campi geotermici distinti di Piancastagnaio e Bagnore 
(rispettivamente a sud-est e sud-ovest del complesso vulcanico del Monte Amiata), individuati dal 
1958 tramite pozzi che producevano geofluido proveniente da serbatoi carbonatici superficiali (Barelli 
et alii, 2010). Solo alla fine degli anni ’70 del secolo scorso fu avviato un programma di esplorazione 
profonda che rivelò, anche in questo caso, la presenza di un basamento metamorfico fratturato a 
profondità comprese tra 2500 e 4000 metri. A queste profondità il geofluido è prevalentemente liquido 
ad una temperatura compresa tra 300 e 350 °C e pressione di 200 bar. A causa dell’estrazione e la 
conseguente ebollizione durante la risalita, il fluido diviene una miscela bifase (vapore e liquido) con 
una pressione che è 1/10 di quella iniziale. Fase vapore e fase liquida vengono separate e poi 
convogliate, rispettivamente, alla centrale elettrica ed ai pozzi di re-iniezione.
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Le analisi chimiche hanno mostrato che, il contenuto in gas non condensabili è compreso tra il 6 e 
l’8% in peso. L’idrogeologia locale ha mostrato che i serbatoi geotermici (superficiale e profondo) non 
hanno forti interazioni con l’acquifero freatico del complesso vulcanico dell’Amiata. Come risultato si 
ha che la potabilità delle falde del Monte Amiata non è in alcun modo influenzata dall’estrazione del 
geofluido (Barelli et al., 2010).  
 
 
Fig.5 Campi geotermici principali della Toscana  
 
1.5  Qualità delle risorse e degli impianti  
In linea di massima, la qualità del fluido geotermico estratto nella Toscana meridionale, in relazione al 
contenuto energetico, è da buona a ottima (Lee, 2001). In particolare i fluidi estratti nei campi di 
Larederello-Lago Boracifero e Travale-Radicondoli mostrano l'entalpia specifica più elevata. Il 
processo di risalita del fluido comporta, inevitabilmente, una certa perdita energetica che si riflette su 
un calo di pressione e di temperatura sebbene, come evidenziato nella tabella 2, i valori rimangono 
ottimali per uno sfruttamento adeguato ed efficiente della risorsa in relazione alla produzione di 
energia elettrica.  
  
Centrale elettrica 
Portata del vapore Temperatura del vapore Pressione del vapore Gas non-condensabili 
(Kg/s) (°C) (bar) (% in peso) 
Larderello-Lago 22 127 2,5 1,7 
Travale- Radicondoli 69 195 14 5 
Tab.2 Portata ,temperature, pressioni e contenuto di gas n.c. del vapore usato per produrre energia elettrica nelle centrali di 
Larderello-Lago e Travale-Radicondoli (Di Pippo,2012)
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Gli impianti geotermici di Larderello-Lago e Trevale-Radicondoli sono tipo dry steam poiché il 
geofluido è in fase vapore; gli impianti geotermici di Piancastagnaio-Bagnore adottano la tecnologia 
single/double flash, essendo il geofluido una miscela bifase (DiPippo, 2012, 2015). 
Al fine di mitigare il rischio ambientale e preservare la risorsa, la re-iniezione del condensato è da 
tempo una pratica usuale. Nell'area di Larderello la re-iniezione assomma a 1500 tonnellate/ora, 
mentre la produzione di vapore arriva a quasi 5000 tonnellate/ora (Romagnoli et alii, 2010). 
 
1.6  Inquinamento dell’aria e dell’acqua  
Dal 1997, la qualità dell’aria e dell’acqua nei compressori geotermici è costantemente monitorata dalla 
Regione Toscana tramite l’ARPAT. Dal ’97 al 2008 le concentrazioni di acido solfidrico (H
2
S) 
nell’aria risultarono pari a 19,1 mg/m
3
 per Larderello-Lago Boracifero, 6,0 mg/m
3
 per Travale-
Radicondoli, 19,3 mg/m
3
 per l'area dell’Amiata, mentre la soglia di attenzione sanitaria per quel gas è 
di 20 mg/m
3 
(Minichilli et alii, 2012). 
Nello stesso intervallo di tempo, le concentrazioni medie di mercurio erano: 0,0006 mg/m
3
 
(Larderello-Lago Boracifero), 0,0003 mg/m
3
 per (per Travale-Radicondoli) e 0,01 mg/m
3
 (per il 
complesso dell’Amiata) a fronte di una soglia di attenzione sanitaria di 1 mg/m
3 
 (Minichilli et alii, 
2012).  
In alcune occasioni l'alto tasso di acido solfidrico ha arrecato solo disturbo olfattivo superando la 
soglia di percezione di 7 mg/m
3
.  
Per ciò che riguarda l’acqua, gli studi hanno evidenziato la buona qualità di quelle potabili in Toscana 
meridionale le quali divengono ottime per le sorgenti dell’Amiata essendo prive di antimonio, 
ammoniaca e boro (Minichilli et al., 2012).  
Nell’area geotermica settentrionale si segnalano sporadiche anomalie di boro e di arsenico. Il problema 
legato all’arsenico (legato all’alterazione delle rocce vulcaniche e precedenti attività estrattive) è ben 
peggiore nell’area meridionale in cui alcune sorgenti hanno raggiunto concentrazioni superiori a 10 
µg/L. Le suddette analisi mettono in chiaro che, essenzialmente, il problema delle emissioni 
geotermiche nella Regione Toscana è sotto controllo sia per l’ottima efficienza degli impianti che per 
una stringente normativa che pone attenzione all’aspetto ambientale (Minichilli et al., 2012; Gartner, 
2018).