L’ultima edizione del rapporto Future of Geothermal Energy dell’IEA offre un’analisi completa del mercato dell’energia geotermica e del suo vasto potenziale. Esamina sia le tecnologie consolidate (centrali a vapore flash e a ciclo binario) che le tecnologie emergenti (EGS e CLGS) progettate per sfruttare questa promettente e versatile risorsa rinnovabile, che rimane ancora poco utilizzata nonostante la sua capacità di generare elettricità, riscaldamento e raffreddamento.
Seppur la geotermia faccia parte dei sistemi energetici da oltre un secolo, il suo impatto globale è rimasto limitato. Tuttavia, oggi l’industria si trova in un momento cruciale, attirando crescente attenzione da parte di governi, investitori finanziari, sviluppatori e analisti. Questo slancio è alimentato dai progressi tecnologici, insieme alla riduzione dei costi e a modelli di finanziamento innovativi, che stanno espandendo il ruolo della geotermia nei sistemi energetici globali. Inoltre, l’expertise dell’industria petrolifera e del gas, in particolare nella conoscenza del sottosuolo, nella perforazione e nella gestione di progetti su larga scala, sta contribuendo a sbloccare risorse geotermiche più profonde e a ridurre ulteriormente i costi.
In questo articolo esploreremo i principali insight del rapporto dell’IEA, trattando i seguenti temi:
- Il potenziale esistente dell’energia geotermica
- Le innovazioni tecnologiche di nuova generazione e il loro potenziale tecnico
- Il potenziale della geotermia di nuova generazione
- Le sinergie tra l’industria O&G e la geotermia per la riduzione dei costi della geotermia
- Le tendenze in materia di politiche, investimenti e costi
- Le raccomandazioni politiche per superare i colli di bottiglia nello sviluppo
1. Il crescente potenziale dell’energia geotermica
L’energia geotermica si distingue come una fonte di energia altamente versatile, pulita e affidabile, con un immenso potenziale per soddisfare le esigenze energetiche globali. La geotermia può generare elettricità, produrre calore e immagazzinare energia in modo continuo, garantendo un’operatività costante durante tutto l’anno. Nel 2023, la capacità geotermica globale ha raggiunto un impressionante tasso di utilizzo superiore al 75%, superando di gran lunga le prestazioni di vento e fotovoltaico. Grazie al loro elevato fattore di capacità, le centrali geotermiche contribuiscono notevolmente alla stabilità della rete, offrendo operazioni flessibili che aiutano a bilanciare la domanda di elettricità e a integrare altre fonti rinnovabili. Inoltre, la geotermia può fornire un flusso costante di calore a bassa e media temperatura per varie applicazioni, tra cui il riscaldamento residenziale, industriale e il teleriscaldamento.
Analizzando il mercato attuale, l’energia geotermica convenzionale ha rappresentato circa lo 0,8% della domanda energetica globale nel 2023, pari a 5 exajoule (EJ). Tuttavia, la capacità geotermica globale per la produzione di elettricità ha registrato una crescita notevole di quasi il 40% nell’ultimo decennio, raggiungendo quasi 15 gigawatt (GW) nel 2023. Per quanto riguarda il riscaldamento e il raffreddamento, l’energia geotermica soddisfa attualmente circa l’1% della domanda globale di calore per edifici, con un ruolo relativamente limitato nelle applicazioni industriali. Oltre il 60% di questo calore geotermico (1,1 exajoule [EJ]) viene consumato in edifici residenziali e commerciali, tramite pompe di calore geotermiche. Le pompe di calore geotermiche, principalmente impiegate in paesi come Cina, Stati Uniti, Svezia, Svizzera, Germania, Francia, Canada e Norvegia, sono state promosse tramite vari incentivi e programmi pubblici. Queste tecnologie sfruttano risorse geotermiche a bassa temperatura facilmente accessibili per il riscaldamento e il raffreddamento, ma il loro potenziale rimane ampiamente sottoutilizzato in molte regioni. I sistemi di teleriscaldamento rappresentano la seconda applicazione più grande del calore geotermico, coprendo circa un terzo del suo consumo finale globale. L’Islanda si distingue, con oltre il 90% della sua produzione di calore per teleriscaldamento alimentata da energia geotermica, grazie a condizioni geologiche particolarmente favorevoli. A livello globale, la Cina è il principale utilizzatore di teleriscaldamento geotermico, mentre in Europa la geotermia contribuisce a meno del 3% della capacità totale di teleriscaldamento.
Per quanto riguarda le previsioni future, la capacità globale è destinata ad aumentare di quasi il 50%, raggiungendo i 22 GW entro il 2030 e quasi 60 GW entro il 2050, secondo lo Scenario delle Politiche Stabilite dell’IEA. Considerando la crescente competitività della geotermia e uno scenario politico più favorevole oltre il 2030, lo Scenario degli Impegni Annunciati dell’IEA prevede che la capacità possa superare gli 80 GW entro il 2050, grazie a una più rapida implementazione dei progetti e al rilascio di nuovi permessi di perforazione.
Nel frattempo, nel settore del riscaldamento, si prevede che il riscaldamento geotermico raddoppi entro il 2030 e triplichi entro il 2050 nello Scenario delle Politiche Stabilite, con la Cina che contribuirà a circa il 70% dell’aumento globale nell’uso diretto. Nel Scenario degli Impegni Annunciati, la generalizzazione di politiche di mitigazione del rischio efficaci, procedure di autorizzazione semplificate e una più rapida attuazione degli obiettivi politici potrebbero favorire un aumento del 50% nei nuovi sviluppi geotermici per il riscaldamento entro il 2030, rispetto allo Scenario delle Politiche Stabilite. Questa crescita evidenzia l’enorme potenziale ancora inespresso dell’energia geotermica nelle risorse di calore a bassa e media temperatura. Le stime suggeriscono che le risorse geotermiche provenienti da acquiferi sedimentari a profondità fino a 3 km e temperature superiori ai 90°C potrebbero fornire circa 320 terawatt di energia potenziale, abbastanza per soddisfare le esigenze di elettricità e riscaldamento di regioni come l’Africa, la Cina, l’Europa, il Sud-est asiatico e gli Stati Uniti. Per le risorse a temperatura inferiore, il potenziale della geotermia aumenta di circa dieci volte.
1.1 Energia geotermica ed estrazione di minerali critici
Un’altra applicazione significativa dell’energia geotermica risiede nell’estrazione di minerali critici, come il litio, dalla salamoia geotermica, che emerge durante la produzione di energia geotermica. Questa salamoia ha un potenziale significativo al di là della generazione di energia, offrendo minerali preziosi che possono essere estratti per uso commerciale. Combinando i progetti di energia geotermica con l’estrazione di minerali critici, la fattibilità economica di tali iniziative viene migliorata. Entrambi i settori affrontano alti costi iniziali, rischi considerevoli nelle fasi iniziali e requisiti di autorizzazione condivisi, ma integrare questi progetti può aumentare i ritorni diversificando le fonti di reddito. Sebbene non ci siano ancora progetti commerciali di litio geotermico operativi, diversi sono in fase di avanzamento verso la costruzione, inclusi impianti pilota e dimostrativi, principalmente negli Stati Uniti e in Europa. Se tutti i progetti geotermici pianificati venissero realizzati, potrebbero produrre circa 47 kt/anno di litio entro il 2035, coprendo il 5% della domanda globale di litio. Solo l’Europa potrebbe generare oltre 10 kt/anno, soddisfacendo il 10% delle vendite di veicoli elettrici nell’UE. Integrare l’energia geotermica e l’estrazione del litio offre diversi vantaggi, come la semplificazione delle autorizzazioni, la diversificazione delle entrate e la riduzione del rischio, rendendo questi progetti più attraenti per gli investitori e garantendo la resilienza a lungo termine del progetto.
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2. Innovazioni tecnologiche di nuova generazione e il loro potenziale tecnico
Gli sviluppatori geotermici stanno esplorando metodi “indipendenti dal serbatoio”, che vanno oltre la tradizionale dipendenza dai serbatoi idrotermali naturali. Questi approcci, tra cui i Sistemi Geotermici Migliorati (EGS) e i Sistemi Geotermici a Circuito Chiuso (CLGS), chiamati anche Sistemi Geotermici Avanzati (AGS), sono attualmente in fase di test attraverso progetti pilota e dimostrativi.
I Sistemi Geotermici Migliorati (EGS) ampliano la capacità dei serbatoi geotermici esistenti o creano nuovi serbatoi migliorando la permeabilità delle rocce calde, tipicamente attraverso la perforazione di pozzi profondi e l’apertura di fratture naturali nella roccia e/o creando nuove fratture tramite stimolazione idraulica, termica o chimica.
Gli EGS ampliano significativamente il potenziale dell’energia geotermica, consentendo l’estrazione di energia in aree con alte temperature sotterranee ma con volumi di fluido insufficienti o permeabilità naturale delle rocce limitata.
I CLGS, d’altra parte, offrono il vantaggio di requisiti specifici di sito inferiori, rendendoli applicabili in un’ampia gamma di località. Questi sistemi prevedono la perforazione di circuiti chiusi artificiali profondi e ampi che fungono da scambiatori di calore sotterranei. Un fluido viene fatto circolare attraverso questi circuiti chiusi e riscaldato dalle rocce circostanti tramite trasferimento di calore per conduzione, senza interagire chimicamente con le rocce stesse. I CLGS sono anche caratterizzati da un’alta prevedibilità del rendimento, un basso consumo di acqua e ridotti rischi di sismicità indotta rispetto agli EGS.
Il potenziale tecnico basato su questi sistemi geotermici di nuova generazione è vasto. Gli EGS e i CLGS superano la dipendenza dai serbatoi naturali tipica dei progetti geotermici convenzionali, permettendo lo sfruttamento del calore geotermico in praticamente qualsiasi località. Per quanto riguarda il potenziale elettrico, gli EGS da soli potrebbero fornire quasi 300.000 exajoule (EJ) di risorse termiche a una profondità di 8 km. Questo equivale a 600 TW di capacità geotermica operante per 20 anni, quasi 2.000 volte quella dei sistemi geotermici convenzionali. Grazie a queste innovazioni rivoluzionarie, il potenziale tecnico globale della geotermia per la generazione annua di elettricità potrebbe essere stimato in 4.000 petawatt-ora (PWh), ovvero circa 150 volte l’attuale domanda globale di elettricità. Gli Stati Uniti sono considerati il paese con il maggiore potenziale tecnico per la capacità geotermica migliorata, rappresentando circa un ottavo del totale globale. Per quanto riguarda il calore, l’estrazione geotermica da acquiferi sedimentari a profondità di 0,5-5 km e temperature superiori a 90°C potrebbe fornire oltre 250.000 EJ a livello globale, con un costo livellato inferiore a 50 USD/MWh, equivalente a 320 TW sostenuti per 25 anni. Anche con un calore geotermico meno ampiamente disponibile sopra i 200°C, il potenziale rimane significativo, stimato in 15.000 EJ, sufficienti a soddisfare quasi 500 anni di domanda globale di calore industriale per temperature inferiori ai 200°C. Gli Stati Uniti detengono il maggiore potenziale geotermico per il calore a 90°C, consolidando la loro posizione di leader nel settore geotermico globale.
3. Il potenziale di mercato dell’energia geotermica di nuova generazione
Sulla base del potenziale tecnico valutato nelle regioni dove le tecnologie di nuova generazione possono essere supportate da investimenti e un forte sviluppo, il potenziale di mercato globale è stimato in oltre 800 gigawatt (GW) di capacità elettrica entro il 2050, e la produzione di calore potrebbe superare i 10.000 petajoule (PJ) all’anno per il teleriscaldamento e le applicazioni industriali. Come detto, questo potenziale è concentrato in mercati specifici, tra cui Cina, Stati Uniti e India, che insieme rappresentano quasi il 75% del mercato globale. Per sbloccare questa opportunità, gli investimenti globali dovrebbero superare 1 trilione di USD entro il 2035, salendo a 2,8 trilioni di USD entro il 2050, con la maggior parte destinata alla generazione di elettricità. Al suo apice, gli investimenti nella geotermia di nuova generazione potrebbero raggiungere quasi 200 miliardi di USD all’anno intorno al 2035, spingendo l’adozione delle tecnologie pulite.
3.1 Geotermia di nuova generazione per l’elettricità
L’energia geotermica di nuova generazione per la generazione di elettricità mostra un notevole potenziale, con i primi progetti di Sistemi Geotermici Migliorati (EGS) attualmente stimati a un costo di circa 14.000 USD per kilowatt (kW). Tuttavia, grazie a un approccio di apprendimento pratico, si prevede che i costi diminuiscano rapidamente nel tempo. Con un forte e continuo supporto all’innovazione e allo sviluppo, i costi di costruzione potrebbero diminuire fino all’80% entro il 2035. Il Costo Livellato dell’Elettricità (LCOE) per i progetti nelle fasi iniziali è attualmente superiore a 230 USD per megawattora (MWh), ma si prevede che scenda drasticamente, con proiezioni di circa 50 USD/MWh entro il 2035 e 30 USD/MWh entro il 2050 in uno scenario a basso costo. Entro il 2035, la geotermia di nuova generazione potrebbe essere competitiva in termini di costo o addirittura più economica rispetto ad altre tecnologie pulite e gestibili, tra cui il fotovoltaico, il vento e il gas naturale con cattura del carbonio, in diverse regioni principali. Il potenziale di mercato per la geotermia di nuova generazione dipende fortemente da quanto i costi possano essere ridotti. Nel caso di costi bassi, il potenziale di mercato globale potrebbe raggiungere i 120 GW entro il 2035 e oltre 800 GW entro il 2050, fornendo fino all’8% della fornitura globale di elettricità a metà secolo. Questo si aggiungerebbe all’espansione prevista di 80 GW della geotermia convenzionale entro il 2050.
3.2 Geotermia di nuova generazione per il calore
La geotermia di nuova generazione ha il potenziale per diventare una fonte di calore altamente competitiva per grandi impianti industriali e parchi industriali, se i costi di costruzione diminuiscono significativamente. In uno scenario a basso costo, dove i costi iniziali per un impianto geotermico di nuova generazione scendono a circa 1.150 USD/kWth entro il 2035 grazie alla riduzione delle spese di perforazione, il costo livellato del calore potrebbe essere ridotto a soli 5 USD/GJ. Entro il 2050, ulteriori riduzioni nei costi di investimento iniziali, insieme all’aumento dei prezzi del CO2, potrebbero rendere la geotermia di nuova generazione competitiva sia con i sistemi di riscaldamento a base di combustibili fossili che con le pompe di calore industriali. Questa tecnologia potrebbe essere particolarmente vantaggiosa per le industrie che richiedono calore di processo nella fascia di temperatura tra 100 e 200°C, come la produzione di carta e prodotti chimici, la fabbricazione del cemento e la lavorazione degli alimenti. Sebbene il potenziale di mercato sia promettente, ci sono sfide significative, tra cui elevati costi di investimento e lunghi tempi di pianificazione. I tipici 1-4 anni richiesti per la pianificazione prima che un impianto geotermico diventi operativo potrebbero influenzare le decisioni di investimento, specialmente per le aziende che mirano a recuperare i propri investimenti entro un periodo di 10-15 anni.
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4. Sinergie tra l’industria del petrolio e del gas e la geotermia che guidano lo sviluppo geotermico e la riduzione dei costi
L’industria del petrolio e del gas può svolgere un ruolo cruciale nel migliorare l’efficacia dei costi dell’energia geotermica. Fino all’80% degli investimenti necessari per i progetti geotermici dipende da capacità e competenze già comuni nel settore del petrolio e del gas. Esistono numerose competenze sovrapposte tra le due industrie, tra cui la valutazione del sottosuolo, la modellizzazione, la
