La Sicilia come regione pilota per la micro-zonazione del potenziale geotermico di bassa entalpia
La quantificazione del potenziale geotermico del sottosuolo si basa principalmente sulla valutazione della condizione termica e meccanica della litosfera. Tali indagini sui regimi termici richiedono una conoscenza dettagliata delle caratteristiche geologiche e dei loro meccanismi di funzionamento. Questo approccio diventa ancora più rilevante in contesti geodinamici complessi e attivi. A questo proposito, la regione Sicilia, che si trova nel Mediterraneo centro-occidentale, rappresenta un caso studio eccezionale per il suo potenziale geotermico quasi inesplorato. In questo lavoro di tesi si tenta di ricostruire lo stato litosferico della Sicilia per quantificarne il regime termico di bassa e media profondità. Partendo da una modellazione che coinvolge tutto il territorio siciliano, attraverso una modellazione gravimetrica, sono state definite le principali unità geologiche e le loro proprietà dipendenti dalla litologia, al fine di definire un modello geologico 3D coerente con i dataset geofisici disponibili. Il modello geologico così ottenuto è stato quindi oggetto di una fase relativa alla computazione dell'attuale campo termico conduttivo in stato stazionario. Attraverso l’implementazione delle proprietà fisiche quali conducibilità termica e produzione di calore radiogenico per singole unità litologiche, è stato possibile modellare e ottenere la temperatura in ogni punto del dominio di studio. Inoltre, al fine di individuare le migliori soluzioni è stato possibile analizzare parallelamente 3 modelli che assumono differenti condizioni al contorno. Infine, i risultati ottenuti dalla modellazione termica sono stati validati attraverso il confronto con un set di dati misurati di temperatura, derivato da set di dati pubblici ricavati nell’ambito dall'esplorazione di idrocarburi in Sicilia. In secondo luogo, utilizzando le condizioni termiche estrapolate dalla fase di preventiva modellazione su scala regionale, lo stesso flusso di lavoro è stato applicato per una specifica area della Sicilia sud-orientale. In particolare, un nuovo dataset gravimetrico acquisito ha consentito di dettagliare maggiormente il modello geologico di partenza e di calcolare il campo termico ad esso associato a più alta risoluzione. I risultati ottenuti indicano che il campo regionale termico a profondità inferiori a 10 km è in gran parte controllato dalla variabilità dello spessore delle coperture sedimentarie dell’avanpaese e dell’orogene, mentre le condizioni di temperatura al di sotto dei 10 km sembrano essere controllate principalmente dal contributo mantellico e dal contributo radiogeno delle rocce di basamento cristallino. Dall’analisi degli outputs della modellazione termica viene registrato un flusso di calore alla Moho piuttosto eterogeneo; è infatti possibile constatare localmente un flusso di calore superiore a 80 mW/m2, rivelando un particolare contesto geodinamico con aree specifiche caratterizzate da un potenziale geotermico di medio-alta entalpia. Il modello termico della Sicilia consente quindi di vincolare aree con importanti anomalie geotermiche, come le zone vulcaniche dell'Arco delle Isole Eolie, l'area etnea e la Rift Zone del Canale di Sicilia, aree che risultano quindi idonee allo sfruttamento risorse geotermiche di medio-alta entalpia. La modellazione termica sia su scala locale suggerisce anche che risorse geotermiche a bassa entalpia sono disponibili su diverse aree del dominio di studio, avvalorando l’ipotesi che vuole le unità carbonatiche il maggiore reservoir geotermico della regione. Tutti questi aspetti fanno della Sicilia una regione pilota in Italia, per gli studi che riguardano l’esplorazione e lo sfruttamento della risorsa geotermica. Applicato ad un complesso contesto geologico come quello della Sicilia, lo studio fornisce un solido flusso di lavoro che può essere trasferito ad altre zone d'Italia, incentivando così studi volti alla quantificazione delle potenziali risorse geotermiche e al loro sfruttamento. A tal proposito, attraverso lo sviluppo di un portale web dedicato, è stato possibile implementare i valori di temperatura, che riproducono lo stato termico della regione, fornendo uno strumento interattivo utile alla valutazione della condizione geotermica regionale e locale, nonché essenziale nella pianificazione dello sfruttamento della risorsa. La vocazione industriale del progetto di ricerca ha permesso, inoltre, di indagare gli aspetti più applicativi dello sfruttamento dell’energia geotermica, tra questi il miglioramento dell’efficientamento energetico degli impianti e la distribuzione di strumenti utili per l’incentivazione dello sfruttamento delle temperature di sottosuolo. A tal proposito, mediante un caso studio relativo allo sfruttamento delle risorse geotermiche superficiali è stato possibile verificare e ottimizzare il funzionamento di un impianto che sfrutta, attraverso diverse configurazioni, le condizioni termiche studiate. Inoltre, è stato possibile individuare e sviluppare alcune configurazioni nuove per le sonde e le malte di riempimento di un impianto geotermico. Migliorando, attraverso l’aggiunta di materiali non convenzionali, le caratteristiche di scambio termico e l’ottimizzazione della resa dell’intero sistema. Infine, l’intero progetto si pone di attenzionare la risorsa geotermica e indicare un workflow innovativo per la caratterizzazione di essa, nonché uno strumento essenziale nella gestione e sfruttamento della risorsa rinnovabile, come richiesto dalla sempre più attuale transizione energetica.
Gravity modelling, Thermal modelling, Geothermal exploration, Sicilian Geothermal Web-portal, Shallow geothermal system, Heat exchange, End of waste, Modellazione gravimetrica, Modellazione termica, Esplorazione geotermica, Portale web geotermia Sicilia, Sistemi geotermici superficiali, Scambio termico, End of waste
Networked Digital Library of Theses and Dissertations