Energia nelle rocce: il sottosuolo sarà la batteria della transizione energetica?

Immagazzinare energia nel sottosuolo: sembra fantascienza, ma in ambito di ricerca geologica non si tratta di una pratica nuova. Nota fin dagli anni Settanta del secolo scorso, con i primi esperimenti nelle cavità saline in Germania, questa tecnica apre un mondo di possibilità nel campo delle energie rinnovabili e delle esigenze di accumulo che comportano.

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“Uno dei problemi legati alla transizione energetica è la maggiore disponibilità di energia da fonti rinnovabili che non è possibile accumulare”, spiega a Euronews Ricardo Pereira, ricercatore del GeoBioTec della Faculdade de Ciências e Tecnologia dell’Universidade NOVA de Lisboa. “È possibile utilizzare questo surplus di energia elettrica e immagazzinarlo temporaneamente nelle rocce del sottosuolo, a 500, 1000, 2000 metri di profondità”, aggiunge il ricercatore portoghese.

“Utilizzando il suolo, le rocce, come una sorta di batteria, possiamo accumulare quantità di energia in grado di alimentare piccole città, ed è questo il grande vantaggio di questa tecnologia”.

Nel caso delle rocce porose, il processo consiste nell’alimentare compressori d’aria attraverso il surplus di elettricità prodotta da fonti rinnovabili, come torri eoliche o pannelli solari. I compressori spingono poi l’aria, priva di idrogeno e di CO2, e quindi senza rischio di esplosione, attraverso un pozzo fino a uno strato di roccia porosa in profondità.

L’aria riempie gli spazi tra i granuli della roccia, che normalmente sono saturati da acqua salata non potabile. Quest’acqua viene spinta fuori, senza contaminare nulla che sia destinato al consumo umano. L’aria resta lì intrappolata, in pressione, come una batteria “carica”, che può essere utilizzata a seconda delle necessità.

Quando serve, l’aria compressa risale lungo il pozzo, si espande e questa forza aziona turbine in superficie che generano elettricità, come in una centrale convenzionale, ma senza bruciare combustibili.

Ricardo Pereira è uno degli scienziati portoghesi che hanno contribuito a uno studio mirato a capire quanta energia si potrebbe immagazzinare in diverse condizioni geologiche.

“Questo studio valuta, in funzione delle condizioni geologiche a diverse profondità, quanta energia si potrebbe effettivamente accumulare variando diversi parametri fisici o termodinamici“, spiega a Euronews, sottolineando che, sulla base dell’analisi, “sono stati sviluppati diversi scenari” con l’obiettivo di “dare un’idea dell’energia massima che si può accumulare a differenti profondità”.

Energia accumulata per una città

Tra le priorità energetiche della Commissione europea figura l’aumento della capacità di accumulo di energia, considerata “indispensabile”. L’Europa dispone attualmente di circa 55 gigawatt di capacità di stoccaggio. L’obiettivo è raggiungere i 200 gigawatt entro il 2030, per superare i vincoli di rete che aumentano il rischio di blackout e la dipendenza dai combustibili fossili importati.

È in questo deficit di gigawatt che può inserirsi l’accumulo di aria compressa in rocce porose: a differenza delle batterie agli ioni di litio, che dominano oggi la corsa, questa tecnologia punta su un accumulo di lunga durata, sfruttando una risorsa naturale disponibile su larga scala.

La ricerca, una collaborazione tra ricercatori dell’Universidade Nova de Lisboa e dell’Instituto Dom Luiz della Faculdade de Ciências dell’Universidade de Lisboa, pubblicata sulla rivista Geoenergy (fonte in portoghese), ha concluso che, negli scenari analizzati, “un singolo sistema adiabitico-isobarico è il più favorevole, in grado di fornire fino a 156 kWh m−3 di densità energetica e raggiungere fino a 1 TWh di capacità di accumulo a una profondità operativa massima di 3000 m”.

“È ovvio che questo è lo scenario massimo, in cui sono soddisfatte tutte le condizioni ottimali”, sottolinea Ricardo Pereira, spiegando che questi valori rappresentano comunque “un’idea della dimensione massima e del potenziale” del processo.

“Tra un valore minimo stimato e un valore massimo teorico, anch’esso stimato, esiste un’intera gamma di possibilità. Ma ciò che mostra questo studio è che un unico serbatoio, e stiamo parlando della simulazione di un solo caso nella situazione più favorevole, questo 1 TWh si avvicina molto al consumo di alcune città di medie dimensioni in Portogallo”.

“Black start”: le conseguenze del blackout potevano essere mitigate?

Oltre alla grande capacità di accumulo, questo processo sfrutta il cosiddetto “black start”, cioè la capacità di un sistema elettrico di avviarsi senza dipendere dalla rete.

“L’aria compressa è quasi immediata e consente quindi di accendere e spegnere quasi istantaneamente”, spiega il ricercatore. In questo modo è possibile stabilizzare la rete elettrica, un elemento utile in situazioni come quella del blackout iberico. “È qualcosa che, forse, se avessimo avuto già in funzione nel 2025, avrebbe potuto evitare alcuni di questi problemi”, afferma Ricardo Pereira.

“È ovvio che il problema del blackout è stato molto più ampio e che questa non sarebbe una ricetta magica per risolvere una situazione analoga, (…) ma contribuirebbe ad aiutare la gestione della potenza in rete”.

Secondo il ricercatore, individuare le aree e le caratteristiche geografiche in Portogallo in cui sarebbe possibile implementare processi di questo tipo è un lavoro di ricerca in corso, ma lo studio permette già di trarre conclusioni chiare che aiutano questo mappaggio.

“Questo è davvero uno degli aspetti innovativi di questo studio: dimostra innanzitutto che, più profondo è il serbatoio in rocce porose, maggiore è l’energia che si riesce a liberare”, osserva Ricardo Pereira, sottolineando che in questo modo è possibile “confrontare i consumi di alcune località della costa, in particolare alcune città più industrializzate, e valutare l’impatto che ciò potrebbe avere sulla decarbonizzazione di determinate regioni e sull’aumento dell’indipendenza energetica rispetto al consumo di combustibili fossili”.

Tra le aree indicate con grande potenziale figurano Lisbona e Almada, entrambe con un’elevata densità di popolazione e attività industriali.

La normativa è il principale ostacolo

Per ora, in Portogallo la tecnologia esiste solo sulla carta, con un orizzonte di applicazione che, secondo il ricercatore, va dai cinque ai dieci anni, tra le diverse fasi richieste: studio geologico, perforazione dei pozzi, progetto pilota e avvio dell’esercizio.

“C’è tutta una serie di studi da effettuare, a partire dalla caratterizzazione della geologia del sottosuolo in un determinato luogo. Ogni progetto è di per sé una sfida tecnica e quindi anche solo gli studi preliminari richiedono tempo”, ha spiegato.

Secondo Ricardo Pereira, in termini di fattibilità economica l’accumulo di energia con aria compressa si presenta come una soluzione “molto vantaggiosa”, soprattutto se si confrontano i costi con altre opzioni, come l’idrogeno verde, “che ha costi molto elevati”.

Secondo il ricercatore, la Cina è uno dei principali Paesi che investono in progetti di questo tipo, con diversi casi in corso o allo studio. In Europa, anche la Germania presenta alcuni progetti, sebbene senza molti risultati, anche perché “queste tecnologie richiedono anni per essere pianificate, progettate dal punto di vista ingegneristico e messe in funzione”.

In Portogallo, l’ostacolo principale non è economico, ma regolatorio.

“Finora, per quanto ne sappia, non esiste una legislazione specifica che consenta di implementare progetti di questo tipo in Portogallo. Tutto ciò che si trova sotto i nostri piedi appartiene allo Stato, quindi a tutti noi, e deve esistere una regolamentazione specifica per questo tipo di tecnologia, come già esiste per l’accumulo di anidride carbonica”, indica il ricercatore.

“Anche se un’azienda intraprendente, intenzionata a investire, volesse finanziare uno studio per realizzare in seguito un progetto pilota e arrivare alla fase di produzione, senza una legge non è possibile procedere. (…) Esiste una barriera concreta che non permette alle imprese in Portogallo di avviare nemmeno uno studio minimamente solido”.

In Portogallo, secondo il ricercatore, manca una conoscenza approfondita dell’impatto di questa tecnologia sui consumi energetici a livello nazionale. “Possiamo pensare che, se in una determinata località riusciamo a ridurre del 5, 10 o 15% il consumo di gas naturale durante la notte, quale impatto ciò avrebbe a livello locale o persino nazionale”, spiega, sottolineando che il Paese dispone di un’area geologica estesa e con un notevole potenziale.

“Conoscendo la geologia, e in una prima analisi parliamo di una fascia che va da Lisbona ad Aveiro, nella geologia il cosiddetto bacino lusitanico, che comprende un insieme di rocce con potenziale per fungere da serbatoio. Si tratta di un’area immensa e allo stesso tempo di una delle zone più industrializzate del Paese, con una forte presenza di energia eolica, solare e persino idroelettrica, quindi con disponibilità di energia per alimentare questo processo”.

Sulla base degli studi effettuati finora, dal punto di vista della sostenibilità ambientale, Ricardo Pereira ritiene che la “metodologia abbia tutte le carte in regola”. Potrebbe diventare una soluzione per la rete energetica e, a determinate condizioni, “forse, tra dieci anni, se tutto andrà per il verso giusto, avremo progetti di aria compressa operativi, in grado di contribuire alla gestione della rete e di ridurre i problemi legati all’energia in modo accessibile, con costi ragionevoli”, sostiene.