Le enormi “batterie” nascoste sotto i nostri piedi

Principio di funzionamento di un sistema di accumulo dell'energia termica in una falda acquifera. Martin Bloemendal e Theo Olsthoorn

Questa storia è stata originariamente pubblicata da Wired ed è riprodotta qui come parte della collaborazione del Climate Desk.

Quando cade l'acqua piovana, si immerge in una falda acquifera, uno strato di roccia porosa o materiali sciolti come sabbia o ghiaia. Per migliaia di anni, gli esseri umani hanno scavato in queste fasce di liquido per estrarre acqua potabile. Ma l’interesse sta crescendo per un altro uso intelligente di queste piscine sotterranee: lo stoccaggio dell’energia termica delle falde acquifere, o ATES.

Una batteria contiene energia da utilizzare in seguito. Le falde acquifere possono essere sfruttate per fare qualcosa di simile: possono sfruttare le proprietà isolanti della Terra per conservare l’energia termica e trasferirla da e verso gli edifici fuori terra. La temperatura dell'acqua in una falda acquifera tende a rimanere abbastanza stabile. Ciò fornisce un modo per riscaldare e raffreddare le strutture vicine con l’energia immagazzinata nell’acqua, invece di bruciare gas naturale nelle fornaci o attingere all’elettricità derivata dai combustibili fossili per far funzionare i condizionatori d’aria.

I sistemi ATES sono costituiti da due pozzi separati, uno caldo e uno freddo, che corrono tra la superficie e la falda acquifera sottostante. In inverno, si pompa l'acqua sotterranea da un pozzo caldo a circa 60 gradi Fahrenheit e la si fa passare attraverso uno scambiatore di calore. Combinato con una pompa di calore, questo processo estrae calore dalle acque sotterranee per mantenere caldi gli interni delle strutture.

Poi si pompa l'acqua sotterranea, ora più fredda, nel secondo pozzo. Questo ti dà una pozza d'acqua fredda, intorno ai 45 gradi F, da cui pompare in estate per raffreddare gli edifici. "Si riscalda l'acqua sotterranea togliendo il calore dall'edificio e iniettandolo direttamente nell'altro pozzo", afferma l'idrogeologo Martin Bloemendal, che studia ATES presso l'Università di Tecnologia di Delft nei Paesi Bassi. "Poi d'inverno estrai dal tuo pozzo caldo." Questo processo si alterna indefinitamente con il passare delle stagioni perché l’acqua sotterranea viene riutilizzata, non consumata. Il sistema potrebbe anche sfruttare falde acquifere salmastre o contaminate che non possono essere sfruttate per l’acqua potabile.

Poiché le pompe dell’acqua e altre apparecchiature funzionano con energia rinnovabile, come quella solare o eolica, questo stoccaggio energetico iperefficiente ridurrebbe la domanda di combustibili fossili e impedirebbe a gran parte del carbonio di entrare nell’atmosfera. Il riscaldamento e il raffreddamento sono responsabili di un terzo del consumo energetico negli Stati Uniti e della metà del consumo energetico in Europa. Infatti, un nuovo articolo pubblicato sulla rivista Applied Energy ha scoperto che ATES potrebbe ridurre del 40% l’uso di gas naturale ed elettricità per il riscaldamento e il raffreddamento delle case e delle imprese statunitensi.

È un modo per immagazzinare enormi quantità di energia per lunghi periodi di tempo: una sorta di batteria sotterranea, sempre pronta a essere sfruttata. "In una città locale, puoi immagazzinare il calore e puoi immagazzinare il freddo, e ora non devi pagare per quello in seguito", afferma Erick Burns, leader dello United States Geological Survey per il Geothermal Resource Investigations Project. (L'USGS fa parte di un nuovo consorzio internazionale che sta studiando l'energia geotermica su scala cittadina.) "La cosa bella è che non ha bisogno di minerali critici, come fanno le batterie."

La tecnica è ideale per edifici di grandi dimensioni, come gli ospedali, o gruppi di edifici, come in un campus universitario, perché possono condividere una struttura dedicata per il pozzo e altre attrezzature. Sarebbe particolarmente efficace nei periodi di forte domanda sulla rete. Negli Stati Uniti, la domanda aumenta nei pomeriggi di fine estate, quando le persone accendono i loro condizionatori assetati di energia. ATES utilizza molta meno energia, il che alleggerirebbe il carico sulla rete e contribuirebbe a evitare incidenti. Se questi sistemi potessero non solo sfruttare l’energia solare o eolica, ma essere supportati da una rete distribuita di batterie agli ioni di litio, potrebbero essere del tutto resistenti alle interruzioni di corrente.

"Questi sistemi sono ideali quando si integrano le energie rinnovabili", afferma il ricercatore di sistemi energetici ATD Perera, autore principale del nuovo articolo. (Perera ora è all'Università di Princeton, ma ha svolto la ricerca mentre era al Lawrence Berkeley National Laboratory.)