Lo Stoccaggio di Calore nel Suolo Potrebbe Risolvere la Sfida dello Stoccaggio di Energia Rinnovabile

Necessità di Stoccaggio di Energia su Larga Scala

C’è una crescente necessità di sistemi di batterie in grado di immagazzinare molta energia per diverse ore o giorni. Ciò è dovuto al fatto che l’energia solare e eolica è intermittente, variando durante il giorno e da un giorno all’altro.

Le cose peggiorano ulteriormente nei climi freddi, poiché è spesso quando le temperature sono particolarmente basse che il consumo energetico aumenta per riscaldare gli edifici. Quindi, quando il cielo è nuvoloso o i pannelli solari sono coperti di neve, è allora che la domanda di energia è al massimo.

L’uso di batterie al litio, come quelle per i veicoli elettrici, è improbabile che sia una soluzione scalabile. Sono semplicemente troppo costose, non abbastanza durevoli e consumano troppe materie prime.

Ecco perché sono state considerate molte diverse chimiche alternative per le batterie per lo stoccaggio di energia su scala di utilità. Esaminiamo la maggior parte di queste opzioni nel nostro articolo “Il Futuro dello Stoccaggio di Energia – Tecnologia delle Batterie su Scala di Utilità“, includendo litio‑ferro‑fosfato, sodio‑ione, flusso redox, ferro‑aria, metallo fuso, nichel‑idrogeno, sodio‑zolfo, ecc.

Tutte queste batterie immagazzinano energia sotto forma di elettricità in un modo o nell’altro, solitamente tramite l’ossidazione e la riduzione di un metallo.

Il problema è che anche metalli molto comuni come ferro o alluminio richiederebbero comunque un’intensa attività mineraria. E se immagazzinassimo l’energia in un’altra forma?

Immagazzinare Calore

Esiste un numero sorprendentemente elevato di opzioni per immagazzinare energia senza utilizzare l’elettricità come mezzo di stoccaggio. Le abbiamo esaminate più in dettaglio in “Alternative non Chimiche alle Batterie per la Transizione Energetica“. Queste opzioni includono:

• Aria compressa.
• Batterie gravitazionali (rocce, idroelettrico pompato).
• Batterie termiche.
• Volani.
• Solare termico.

Ciascuna di queste opzioni, batterie e non batterie, presenta vantaggi e svantaggi. La soluzione ideale per lo stoccaggio di energia dovrebbe soddisfare alcune caratteristiche:

• Nessun bisogno di metalli e materiali rari.
• Stoccaggio di energia a lungo termine, idealmente nell’arco di settimane o mesi.
• Basso costo.
• Facilmente scalabile senza limitazioni dovute a siti o risorse disponibili.
• Può essere riconvertito in elettricità con perdite minime.

Per i primi 4/5 criteri, lo stoccaggio di calore soddisfa i requisiti. Abbiamo esplorato alcune delle possibili tecnologie di “batteria termica” nel nostro articolo dedicato “Batterie Termiche in Rapida Maturazione Senza la Necessità di Minerare Metalli”.

Tuttavia, anche queste soluzioni richiedono comunque una certa produzione della capacità di stoccaggio, che siano enormi silos isolati pieni di sabbia, o blocchi di carbonio puro riscaldati a 1500°C.

Ricercatori della Kaunas University of Technology (Lituania) stanno ora esplorando un’altra possibilità, immagazzinare l’energia direttamente nel suolo sotto gli edifici, senza alcuna produzione aggiuntiva necessaria.

Hanno pubblicato i loro risultati in un numero speciale della rivista Sustainability¹ con il titolo “Ricerca sull’Aumento dell’Efficienza Energetica degli Edifici Utilizzando il Terreno Sottostante per la Termo‑Accumulo”.

Capacità Termica del Suolo

Poiché i suoli contengono una miscela di minerali e acqua, tendono ad avere una massa termica enorme, cioè la quantità di energia sotto forma di calore che possono contenere per un dato volume o massa. La natura del suolo, come la sua struttura fisica, il contenuto di materia organica, la tessitura e la composizione minerale, determina le variazioni termiche del suolo.

Per questo motivo, il suolo tende a mantenere una temperatura più costante al di sotto di una certa profondità (generalmente 2‑3 metri / 6,5‑10 piedi), riflettendo la temperatura media annuale di una determinata zona.

Fonte: MDPI

È questo principio che viene sfruttato dalle pompe di calore geotermiche, le quali prelevano il calore immagazzinato dal suolo in estate per riscaldare le case in inverno, invece di cercare di pompare calore dall’aria superficiale molto più fredda. Può anche funzionare al contrario nei climi caldi, dove il terreno rimane più freddo durante il giorno e l’estate rispetto all’aria superficiale. Gli stessi principi sono anche impiegati nelle serre geotermiche,

Misurare la Diffusione Termica

Configurazione Sperimentale

Sono stati condotti pochi test che hanno analizzato la diffusione termica in più strati di suolo e l’hanno misurata durante tutto l’anno, consentendo una corretta comprensione del potenziale del suolo come batteria termica pratica.

Quindi, la ricerca ha creato una configurazione sperimentale con molteplici misurazioni a diverse profondità. Hanno aggiunto una resistenza elettrica per misurare successivamente la diffusione del calore. La ricerca sperimentale sulla dissipazione del calore nel suolo è iniziata a dicembre ed è terminata a luglio.

Fonte: MDPI

Le misurazioni sperimentali sono state confrontate con una simulazione digitale della diffusione del calore nel suolo, entrambe hanno fornito risultati simili, dimostrando così la validità della simulazione.

Fonte: MDPI

“Le misurazioni di un anno hanno rivelato schemi stagionali naturali nella temperatura del suolo e ci hanno permesso di identificare diverse tendenze. Abbiamo scoperto che anche l’uso passivo di un volume di suolo isolato sotto un edificio può ridurre la perdita di calore e aumentare la sua efficienza energetica.”
Prof. Ždankus – Professore presso la Kaunas University of Technology

Stoccaggio di Energia nell’Acqua

I ricercatori sapevano già che il contenuto d’acqua del suolo, così come le sacche d’aria, influenzano drasticamente la velocità della diffusione termica nel suolo e la sua massa termica. Con l’aumentare della profondità, anche il tempo di accumulo aumenta, permettendo al suolo di immagazzinare calore più lentamente e per periodi più lunghi.

È stato scoperto che l’attività dell’acqua è anche un fattore chiave nella diffusione del calore nel suolo, poiché l’acqua può trasferire il calore tra gli strati del suolo così come lateralmente.

In un test, il suolo è stato riscaldato fino al punto in cui l’umidità ha iniziato a evaporare – innescando un cambiamento di fase in cui l’acqua liquida diventa vapore. Questo “cambiamento di fase” da acqua liquida a vapore assorbe una quantità significativa di calore, aumentando la capacità totale del suolo di trattenere calore e modificando anche il modello di distribuzione.

“Il cambiamento di fase può essere un modo efficiente per immagazzinare calore. Quantità di energia significativamente più elevate possono essere immagazzinate nel suolo.

Man mano che il vapore viaggia attraverso il terreno, distribuisce calore su un’area più ampia. “Abbiamo notato un rapido aumento della temperatura ovunque il flusso di vapore raggiungeva. Questo significa che l’energia si sta muovendo e può essere controllata.”

Prof. Ždankus – Professore presso la Kaunas University of Technology

Applicazioni Pratiche

Trasformare Ogni Lotto in una Batteria

Poiché ogni edificio ha un’impronta significativa, utilizzare il suolo sia per la stabilità strutturale sia per lo stoccaggio di calore non richiederebbe sforzi, soprattutto per gli edifici nuovi, con lo scambio termico installato durante la costruzione delle fondazioni dell’edificio.

Lo stesso vale per grandi superfici costruite con cemento o asfalto.

“Un tale sistema potrebbe aiutare a bilanciare le reti di teleriscaldamento o alleviare lo stress durante i sovraccarichi della rete elettrica. È anche possibile installare accumulatori termici per uso individuale – sotto edifici residenziali, strade o parcheggi.”
Prof. Ždankus – Professore presso la Kaunas University of Technology

L’idea sarebbe di utilizzare il surplus di energia durante le ore e i giorni di sole, o nei giorni ventosi, e riscaldare il suolo come una gigantesca batteria termica. La quantità più elevata di energia è stata necessaria per riscaldare il suolo circostante all’inizio.

Nella configurazione sperimentale, ci è voluta circa una settimana di flusso termico continuo per raggiungere un equilibrio stabile, in cui non è più possibile aggiungere calore al suolo senza che fuoriesca.

Reti Decentralizzate & Calore

Un vantaggio chiave di questa tecnologia sarebbe che può facilmente sfruttare la natura decentralizzata della produzione solare, sia in ambienti rurali che urbani.

Può causare problemi, poiché la rete non è stata progettata per gestire carichi ampiamente fluttuanti durante il giorno in quello che era solo un punto di consumo relativamente stabile. A questo proposito, i parchi di batterie sono di poco aiuto, poiché la rete elettrica necessita ancora di un aggiornamento per alimentare le batterie.

Invece, il surplus di produzione solare in un determinato edificio potrebbe essere inviato localmente come calore nel suolo e riutilizzato più tardi durante la notte o dopo diversi giorni per riscaldarlo. In questo modo, la rete locale non è sovraccaricata durante le ore più soleggiate.

Questo può anche funzionare in certa misura per il raffreddamento, poiché il suolo è in grado di immagazzinare freddo oltre al calore.

Ulteriori Ricerche

È necessario effettuare una valutazione più approfondita dell’economia del sistema, integrando i prezzi delle attrezzature utilizzate e i costi di costruzione, i risparmi sui miglioramenti della rete e la durata con cui il suolo può mantenere il calore in modo economicamente sostenibile.

Finora sembra che questo sia un sistema migliore per bilanciare la domanda di energia nel ciclo giorno‑notte, o su pochi giorni, rispetto al bilanciamento su più mesi e stagionale.

Un altro aspetto da investigare prima di implementare un uso pratico della tecnologia è come possa utilizzare soluzioni già pronte e già in uso nell’industria geotermica.

“Il nostro obiettivo immediato è integrare soluzioni esistenti, come trivellazioni, pali e altre tecnologie di scambio termico sotterraneo, in un sistema che possa beneficiare sia l’industria sia i settori residenziali.”
Prof. Ždankus – Professore presso la Kaunas University of Technology

Investire nell’Energia Geotermica

Il settore è ancora relativamente piccolo rispetto ad altre energie rinnovabili ed è in rapida evoluzione tecnologica. Ne abbiamo discusso più in dettaglio in “Energia Geotermica: Energia Verde Che è Molto Calda”.

Ciò significa che molte delle startup più avanzate del settore sono ancora private. Per esempio, energia geotermica a circuito chiuso Eavor, geotermia supercritica Quaise, o fondi accessibili solo a investitori accreditati come Baseload Capital.

Significa anche che alcune aziende geotermiche avanzate, come Iceland Drilling, potrebbero essere solo una piccola parte di una società di perforazione petrolifera e del gas molto più grande (Archer Wells – ARCH.OL in questo caso).

Tuttavia, alcune aziende sono quotate in borsa e disponibili per gli investitori al dettaglio. È possibile investire in società legate all’energia geotermica tramite molti broker, e potete trovare le nostre raccomandazioni per i migliori broker su questo sito in USA, Canada, Australia, Regno Unito, e molti altri paesi.

Se non siete interessati a scegliere società specifiche, potete anche considerare gli ETF come Shares Global Clean Energy ETF (ICLN), First Trust NASDAQ Clean Edge Green Energy Index Fund (QCLN), o ALPS Clean Energy ETF (ACES) per capitalizzare sulla crescita del settore dell’energia geotermica.

Aziende Geotermiche

1. Ormat Technologies, Inc.

Ormat è il più grande proprietario e operatore di impianti geotermici al mondo. L’azienda possiede asset negli Stati Uniti, Kenya, Indonesia e America Centrale + Caraibi, con una capacità di 1,5 GW, ovvero il 10% della capacità globale di generazione di energia geotermica, con 253 MW aggiunti solo nel 2024.

Fonte: Ormat

L’azienda punta a una forte crescita della capacità di produzione di energia, con molti nuovi pozzi di esplorazione in fase di perforazione, in particolare in Nevada, Utah e California. In totale, dovrebbe raggiungere una capacità di produzione di 2,6‑2,8 GW entro il 2028.

Fonte: Ormat

Ormat sta anche entrando nel mercato dello stoccaggio di energia, con 290 MW operativi. Ulteriori 385 MW di capacità di stoccaggio sono in sviluppo, con un potenziale di 2,9 GW a lungo termine.

Fonte: Ormat

È anche un fornitore di tecnologia geotermica, portando la sua esperienza al 74% dei progetti di impianti binari, che trasferiscono il calore dal terreno a un altro liquido; gli impianti binari rappresentano il 61% del mercato globale dell’energia geotermica, il che significa che Ormat controlla il 45% del mercato globale.

Fonte: Ormat

L’energia geotermica è attualmente un settore in rapida crescita, ma anche molto conservatore a causa della scarsa familiarità con la tecnologia da parte della maggior parte delle utilities e delle aziende industriali.

In questo senso, ciò rende Ormat ben posizionata per capitalizzare sulla domanda crescente, essendo anche uno dei player più consolidati del settore e fornendo energia rinnovabile di base, qualcosa che le altre tecnologie verdi stanno ancora cercando di ottenere.

Ultime Notizie su Ormat Technologies

Riferimento allo studio:

^{1. Tadas Zdankus , Sandeep Bandarwadkar, Juozas Vaiciunas, Gediminas Stelmokaitis, and Arnas Vaicaitis (2025). Ricerca sull’Aumento dell’Efficienza Energetica degli Edifici Utilizzando il Terreno Sottostante per la Termo‑Accumulo. Integrazione e Applicazione dell’Energia Rinnovabile negli Edifici per la Neutralità Carbonica, 2ª Edizione https://doi.org/10.3390/su17010262}