Pozzi di petrolio riutilizzati: una nuova frontiera nello stoccaggio di energia verde

La temperatura media globale della superficie è già circa 1,2 °C sopra i livelli pre‑industriali, causando eventi meteorologici estremi che rappresentano un rischio per gli esseri umani, gli animali e le infrastrutture.

Il settore energetico è uno dei principali responsabili dell’inquinamento e del riscaldamento globale, con la combustione di combustibili fossili che rappresenta la principale fonte di emissioni di gas serra (GHG) e inquinanti atmosferici. Questo ha portato al movimento di transizione energetica, che è un passaggio dai combustibili fossili alle fonti di energia rinnovabile, come vento e solare.

La transizione verso l’energia rinnovabile sta accelerando a un ritmo sostenuto con l’obiettivo di creare un sistema energetico a zero emissioni di carbonio entro il 2050. 

L’ascesa dell’energia rinnovabile – ma con un problema

La capacità di energia rinnovabile ha registrato un aumento massiccio nel 2024, raggiungendo 4.448 gigawatt (GW), secondo la International Renewable Energy Agency (IRENA). 

L’aggiunta di 585 GW lo scorso anno rappresenta in realtà il 92,5% dell’espansione totale della capacità e un tasso record (15,1%) di crescita annuale.

“La crescita continua delle energie rinnovabili che osserviamo ogni anno è la prova che le rinnovabili sono economicamente sostenibili e prontamente distribuibili. Ogni anno battono i propri record di espansione, ma affrontiamo anche le stesse sfide di grandi disparità regionali e il conto alla rovescia poiché la scadenza del 2030 è imminente.” 

– Direttore Generale IRENA Francesco La Camera

Tra i tipi di energia rinnovabile, l’energia solare ha registrato la più alta espansione di capacità, del 32,2%, raggiungendo 1.865 GW. In questo, il fotovoltaico solare è aumentato di 451,9 GW lo scorso anno, con la Cina che da sola ha aggiunto 278 GW all’espansione totale, seguita dall’India con 24,5 GW.

L’energia solare è stata seguita dall’energia eolica, che è cresciuta dell’11,1%, sebbene l’espansione sia leggermente diminuita arrivando a una capacità di 1.133 GW. Questa espansione è stata dominata da Cina e Stati Uniti.

La capacità idroelettrica, escludendo l’accumulo idroelettrico pompato, è salita a 1.283 GW, nuovamente trainata dalla Cina. Anche la bioenergia è aumentata di 4,6 GW di capacità, con Cina e Francia che hanno aggiunto ciascuna 1,3 GW. La Nuova Zelanda ha guidato l’espansione dell’energia geotermica, che è aumentata di 0,4 GW complessivamente.

Mentre le fonti di energia rinnovabile offrono un modo promettente per avanzare nella transizione energetica, l’energia verde come vento e sole è di natura intermittente. Ciò richiede modi migliori per immagazzinare l’energia per un uso successivo.

Come soluzione, i ricercatori della Penn State hanno proposto di riutilizzare i pozzi di petrolio e gas esauriti per lo stoccaggio di energia compressa assistito da geotermia (GA-CAES), che può potenzialmente aumentare l’efficienza dei sistemi di stoccaggio di energia del 9,5%.

Secondo l’autore corrispondente dello studio, Arash Dahi Taleghani, professore di ingegneria del petrolio e del gas naturale alla Penn State:

“Il problema è che a volte, quando abbiamo bisogno di energia, non c’è sole o non c’è vento. Questo è un grande ostacolo all’ulteriore espansione della maggior parte dell’energia rinnovabile disponibile per noi. Per questo è molto importante avere una capacità di stoccaggio per supportare la rete.”

Soluzione di stoccaggio di energia su larga scala e a lungo termine

Lo stoccaggio di energia è fondamentale per un sistema energetico stabile, affidabile e sostenibile. Catturando l’energia prodotta per un uso successivo, consente l’integrazione di fonti rinnovabili intermittenti, migliora la stabilità della rete e massimizza l’utilizzo dell’energia eolica e solare. Riduce inoltre la dipendenza dai combustibili fossili, diminuendo così le emissioni di gas serra.

Non è tutto. Lo stoccaggio di energia promuove la resilienza energetica durante eventi meteorologici estremi e supporta l’elettrificazione del settore dei trasporti. È anche essenziale per espandere l’accesso all’energia in aree remote e creare opportunità economiche. 

Quindi, lo stoccaggio di energia è cruciale per raggiungere un futuro energetico sostenibile e pulito. Ora, esistono diversi modi per immagazzinare l’energia, con lo Stoccaggio di Energia ad Aria Compressa (CAES) che è uno di questi.

Il CAES, come suggerisce il nome, è una tecnologia che comprime l’aria e la immagazzina. Il suo funzionamento è che quando la domanda di elettricità è bassa, l’energia in eccesso viene utilizzata per comprimere l’aria e poi immagazzinata in serbatoi o sottoterra. Quando la domanda di elettricità è alta, l’aria compressa viene rilasciata per alimentare una turbina e generare elettricità. 

La tecnologia è stata seriamente studiata e commercialmente disponibile da più di mezzo secolo, grazie alla sua capacità di immagazzinare quantità significative di energia per lunghi periodi.

Oltre a offrire stoccaggio su larga scala e a lungo termine, i sistemi CAES possono essere facilmente scalati per soddisfare diverse esigenze di stoccaggio energetico. Inoltre, utilizza aria pulita e prontamente disponibile, il che lo rende una tecnologia di stoccaggio energetico verde. Di conseguenza, il CAES sta attirando un interesse crescente da parte di investitori, utility e governi.

Ovviamente, ci sono svantaggi in termini di efficienze di ciclo più basse, tempi di risposta più lenti e costi di capitale elevati. Per questo, la ricerca in questo ambito si concentra sul miglioramento dell’efficienza e della convenienza economica dei sistemi CAES. 

La ricerca più recente, supportata dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, si concentra sull’aumento dell’efficienza economica del CAES.

Un nuovo approccio allo stoccaggio di energia verde

I metodi di stoccaggio di energia su larga scala come il CAES hanno attirato molta attenzione per bilanciare meglio l’offerta e la domanda di energia.

Negli ultimi decenni, le tecnologie CAES si sono notevolmente maturate e sono state costruite diverse strutture CAES. Per esempio, i progetti del Bethel Energy Center (324 MW) e l’impianto CAES Mclntosh (110 MW) negli Stati Uniti.

La maggior parte degli impianti CAES esistenti, tuttavia, sono diabiatici, ha osservato il nuovo studio, pubblicato nel Journal of Energy Storage.

Ciò significa che perdono calore durante la compressione e non hanno opzioni di riutilizzo. Inoltre, l’uso di combustibili fossili per espandere l’aria genera ulteriori emissioni di GHG e riduce l’efficienza del sistema.

Mentre l’A-CAES (stoccaggio di aria compressa adiabatico) risolve questo problema immagazzinando il calore generato durante la compressione e riutilizzandolo prima dell’espansione, esistono solo un numero limitato di tali impianti pilota a causa del più alto investimento iniziale e della necessità di contenitori ad alta pressione con grande capacità volumetrica per uno stoccaggio d’aria altamente efficiente.

Quindi, la ricerca ha investigato la fattibilità di incorporare pozzi di petrolio e gas abbandonati (AOGWs) nello sviluppo del CAES usando modelli concettuali, matematici e numerici per risolvere il problema.

Secondo l’Environmental Protection Agency (EPA), si stima che esistano circa 3,9 milioni di questi pozzi esauriti, offrendo una massiccia opportunità. 

Il numero crescente di pozzi orfani di solito manca di manutenzione e monitoraggio adeguati e presenta un alto rischio di perdite di gas serra, inquinamento delle acque sotterranee e contaminazione del suolo.

Per affrontare questo problema, il governo degli Stati Uniti ha effettuato diversi sforzi, incluso un finanziamento di 560 milioni di dollari assegnato a 24 stati per tappare, sigillare e riqualificare questi pozzi. Il Infrastructure Investment and Jobs Act (IIJA) ha inoltre destinato 4,75 miliardi di dollari per la bonifica e il monitoraggio di questi pozzi a livello nazionale.

Tuttavia, nonostante gli sforzi, questi AOGW rimangono una grande sfida per il governo. Riutilizzare questi pozzi orfani come risorse per l’energia rinnovabile e integrarli nella transizione energetica rappresenta una soluzione solida a questo problema.

Dopotutto, questi spazi sotterranei offrono diversi vantaggi unici, come stabilità e isolamento naturale, che li rendono ideali per varie tecnologie di stoccaggio energetico. Riutilizzarli rivitalizza siti abbandonati, riduce l’impronta di carbonio della produzione di energia e può persino essere integrato con altri sistemi energetici.

La ricerca propone di utilizzare questi pozzi abbandonati come contenitori CAES a basso costo sigillandoli e convertendo la loro struttura. Propone inoltre di utilizzare il calore geotermico sotterraneo per riscaldare ulteriormente l’aria immagazzinata e aumentare la sua pressione.

La ricerca è stata condotta come parte del Repurposing Center for Energy Transition (ReCET) della Penn State, che mira a riutilizzare le infrastrutture energetiche fossili esistenti per applicazioni di transizione energetica, soprattutto nelle comunità energetiche legacy.

Una soluzione vantaggiosa per tutti gli stakeholder

Con i costi di avvio che limitano lo sviluppo commerciale degli impianti CAES, gli scienziati hanno proposto il sistema di stoccaggio di energia compressa assistito da geotermia usando pozzi di petrolio e gas abbandonati, che hanno scoperto possa migliorare l’efficienza del 9,5%.

Ciò significa che una maggiore quantità di energia immagazzinata può essere recuperata e trasformata in elettricità.

“Questo miglioramento dell’efficienza può essere un punto di svolta per giustificare l’economia dei progetti di stoccaggio di energia compressa. Inoltre, potremmo evitare significativamente i costi iniziali utilizzando i pozzi di petrolio e gas esistenti che non sono più in produzione. Questo potrebbe essere una situazione vantaggiosa per tutti.”

– Taleghani

Riutilizzare questi pozzi, che hanno perso la loro redditività economica per la produzione di petrolio o gas, consentirebbe agli operatori di accedere al calore geotermico nelle formazioni rocciose calde sotterranee. Questo eliminerà i costi elevati di perforazione di nuovi pozzi, potenzialmente aumenterà i loro profitti e renderà la tecnologia più attraente.

Secondo la ricerca, riutilizzare le strutture preesistenti migliora la fattibilità economica, e l’uso dell’energia geotermica del serbatoio circostante aumenta ulteriormente l’efficienza del sistema. 

Un altro vantaggio dell’utilizzare questi pozzi riscaldati è che potrebbero potenzialmente immagazzinare più energia perché, con l’aumento della temperatura, l’aria compressa aumenta di pressione. Il team ha utilizzato simulazioni di modellazione numerica per scoprire che inserire sistemi CAES in questi pozzi orfani aumenta sostanzialmente la temperatura dell’aria nei sistemi. Secondo Taleghani:

“Senza sfruttare l’impianto geotermico, non si otterrebbero numeri sufficientemente incoraggianti.” 

Inoltre, “perforare nuovi pozzi potrebbe non giustificare l’economia di questo tipo di stoccaggio. Ma combinando questi due fattori, e passando avanti e indietro tra modellazione e simulazione, abbiamo scoperto che potrebbe essere una soluzione molto valida,” ha aggiunto Taleghani. 

Oltre ad aiutare il CAES a svolgere un ruolo chiave nella transizione verso l’energia pulita affrontando il problema della natura intermittente delle fonti rinnovabili, riutilizzare i pozzi di petrolio e gas orfani può anche contribuire a mitigare gli impatti ambientali dei pozzi esauriti. 

Il riutilizzo può inoltre fornire nuove opportunità di lavoro in regioni con una ricca tradizione nell’industria energetica. La Pennsylvania è un buon esempio, con una stima di 300.000 di questi pozzi abbandonati.

Danni a questi pozzi o una chiusura impropria possono far fuoriuscire metano nell’atmosfera e nelle acque sotterranee. Quindi, la proposta di riutilizzo dei ricercatori è “fondamentalmente colpire due piccioni con una sola pietra.”

“Prima, stiamo sigillando questi pozzi. Questo ferma eventuali perdite potenziali. E poi, se li riutilizziamo per lo stoccaggio di energia, stiamo ancora usando l’infrastruttura presente in queste comunità. Potrebbe potenzialmente mantenere l’occupazione nell’area e permettere alle comunità di far parte del futuro energetico.” 

– Taleghani

Per quanto riguarda l’applicazione reale dell’approccio che potrebbe fornire un metodo economico e sostenibile per immagazzinare energia rinnovabile utilizzando infrastrutture esistenti, l’implementazione potrebbe iniziare entro i prossimi 5-7 anni, in attesa di ulteriori ricerche e approvazioni normative.

Azienda innovativa

NextEra Energy, Inc.

Una società leader nell’energia pulita, NextEra è con sede in Florida e investe nella generazione di energia rinnovabile e soluzioni avanzate di stoccaggio energetico, incluse le tecnologie CAES. 

NextEra Energy (NEE ) possiede Florida Power & Light Company (FPL), la più grande utility elettrica americana. FPL fornisce elettricità pulita, conveniente e affidabile a circa 12 milioni di persone in tutta la Florida. Lo scorso mese, FPL ha presentato una richiesta quadriennale alla Florida Public Service Commission (PSC) per stabilire nuove tariffe una volta terminato l’accordo tariffario di base corrente entro quest’anno. 

Secondo la proposta, a partire dal 2026 fino al 2029, la bolletta abituale di 1.000 kWh di un cliente residenziale sarebbe circa il 20% più bassa rispetto a due decenni fa, aggiustata per l’inflazione. Nel frattempo, le bollette dei clienti aziendali di piccole e medie dimensioni aumenterebbero a un tasso medio annuo dell’1% al 5%.

Il business di energia pulita di Next Energy — NextEra Energy Resources — è il più grande generatore di energia rinnovabile da sole e vento, insieme allo stoccaggio a batteria. L’azienda genera anche elettricità pulita dalle sue centrali nucleari commerciali. Ci sono un totale di sette unità di questo tipo distribuite nel New Hampshire, nel Wisconsin e in Florida.

Per quanto riguarda i dati finanziari dell’azienda, Next Energy, che ha una capitalizzazione di mercato di 143,4 miliardi di dollari, ha riportato un utile netto su base GAAP di 1,203 miliardi di dollari, 0,58 dollari per azione, per il quarto trimestre del 2024 e 0,53 dollari per azione su base rettificata.

Per l’intero anno 2024, l’utile netto su base GAAP è stato di 6,946 miliardi di dollari, ovvero 3,37 dollari per azione, e gli utili rettificati sono stati di 7,063 miliardi di dollari, ovvero 3,43 dollari per azione, con un aumento di oltre l’8% rispetto all’anno precedente.

“NextEra Energy ha avuto un anno eccellente di esecuzione nel 2024,” ha dichiarato il CEO John Ketchum, notando che l’azienda ha generato più elettricità e ha investito di più in infrastrutture energetiche rispetto a qualsiasi altra azienda negli Stati Uniti. 

Nel 2024, l’azienda ha messo in servizio circa 8,7 gigawatt di nuovi progetti di energia rinnovabile e di stoccaggio. Il CEO Ketchum ha affermato:

“Con esperienza in ogni parte della catena del valore energetico, NextEra Energy è ben posizionata per capitalizzare le opportunità future e la crescente domanda di energia che si sta verificando ora negli Stati Uniti.”

Al momento della stesura, le azioni NEE sono scambiate a 69,73 $, in calo del 2,73 % YTD. Il rendimento del dividendo pagato dall’azienda è piuttosto attraente, sebbene sia del 3,25 %.

All’inizio di quest’anno, l’azienda ha annunciato i piani per espandere la generazione di gas naturale e nucleare per soddisfare la crescente domanda di elettricità. Il boom dell’IA è stato il principale fattore trainante per l’aumento significativo del consumo di energia negli Stati Uniti, oltre all’elettrificazione crescente dell’economia. Ciò ha creato una domanda di nuove centrali a gas e ha riacceso l’interesse per l’energia nucleare.

Per soddisfare questa domanda, NextEra Energy ha stretto una partnership con GE Vernova (GEV ) (NYSE: GEV), con una capitalizzazione di mercato di 87,65 miliardi di dollari. Secondo GE Vernova, i data center preferiscono il gas rispetto al vento e al sole, con gli ordini di turbine a gas più che raddoppiati a 20 gigawatt lo scorso anno e con aspettative di crescita ancora più forte quest’anno, poiché necessitano di energia 24 ore su 24. 

Con l’aiuto del produttore di turbine a gas, l’azienda fornirà energia ai data center. 

“L’idea sarebbe di puntare a clienti con grandi carichi e farlo in modo integrato, combinando generazione a gas con rinnovabili e stoccaggio a batteria.”

– Ketchum ha dichiarato a fine gennaio

NexEra ha anche avviato il processo di riavvio del suo impianto nucleare in Iowa, il Duane Arnold Energy Center, chiuso nel 2019. Per questo, ha presentato una richiesta alla US Nuclear Regulatory Commission per una modifica della licenza e mira a riattivarlo entro la fine del 2028.

L’estate scorsa, la NextEra Energy Foundation ha finanziato il centro AI da 1 milione di dollari presso il College of Engineering and Computer Science della Florida Atlantic University. Il progetto dispone di schermi a parete intera, replicando la rete intelligente di FPL per eventi meteorologici estremi.

Ad aprile, Ketchum aveva anche condiviso il potenziale del mercato delle energie rinnovabili e dello stoccaggio energetico di triplicare le dimensioni nei prossimi sette anni rispetto ai precedenti sette, spinto dalla crescente domanda derivante dalla costruzione di data center.

Gli sviluppatori di data center desiderano energia a basso costo, un contributo alla decarbonizzazione e la posizione giusta per una rapida commercializzazione. Oltre a ciò, anche la produzione di chip e l’industria del petrolio e del gas si stanno elettrificando, portando a “una domanda elettrica significativa.”

Ultime notizie su Next Era Energy, Inc.

Conclusione

Il percorso verso le emissioni nette zero coinvolge l’energia rinnovabile come componente cruciale che può aiutare a ridurre i combustibili fossili fornendo fonti di energia pulita. Tuttavia, la rivoluzione dell’energia pulita e verde necessita di soluzioni di stoccaggio energetico su larga scala promettenti.

Mentre lo stoccaggio di energia compressa (CAES) offre la soluzione, presenta problemi di bassa efficienza e costi elevati. Tuttavia, la ricerca più recente propone un approccio innovativo per ridurre significativamente l’investimento iniziale e aumentare l’efficienza.

Riutilizzare i pozzi di petrolio e gas abbandonati per applicazioni di stoccaggio energetico e integrare l’energia geotermica nel sistema aumenta ulteriormente l’efficienza e, inoltre, riduce gli impatti ambientali.

Questo nuovo assetto rappresenta un avanzamento significativo nelle soluzioni energetiche sostenibili, offrendo una via verso sistemi CAES più puliti, più redditizi e un futuro energetico più resiliente e rispettoso dell’ambiente!

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