ITALIANO

Vengono presentati le principali tecniche per indagini sulla struttura termica dei primi strati crostali e la caratterizzazione dei sistemi idrogeotermici. Si affrontano problematiche relative sia agli usi diretti dell'energia geotermica (teleriscaldamento) sia alla produzione di energia elettrica da fluidi ad alta entalpia e alle possibilità estrattive di minerali connessi a tali fluidi. Vengono inoltre presentati una serie di casi-studio relativi allo sfruttamento dell'energia geotermica, oltre che allo sfruttamento a fini minerari.
Saranno anche affrontati i concetti di base relativi allo stoccaggio di fluidi e calore in serbatoio e circa i rischi connessi, quali sismicità indotta. Parte integrante delle competenze acquisite dallo studente saranno orientate alla gestione ed elaborazione dei dati relativi ai parametri e alle variabili petrofisiche, termodinamiche, termofisiche e fluidodinamiche che caratterizzano i fluidi dei sistemi serbatoio del sottosuolo in regime multifase.
In particolare, partendo dalle indagini di supporto alla progettazione, saranno descritte le caratteristiche degli impianti sia di tipo orizzontale che con sonde verticali e la presentazione di alcuni casi pratici.

Tutte le slides e le note utilizzate durante le lezioni e altro materiale didattico saranno rese disponibili.

L'Europa i) deve ridurre il suo impatto ambientale e al contempo ii) raggiungere un'elevata quota di energia rinnovabile per iii) sostenere la sua economia, che dipende in gran parte dalle risorse minerarie. Nell’ambito di questa sfida stimolante, le minacce poste dalla crisi climatica hanno, in primo luogo, creato un urgente bisogno di energia verde sostenibile. Ma l'energia e i minerali critici (metallici o non metallici, ma principalmente litio, grafite, nichel, cobalto, rame e terre rare) sono di fatto due facce della stessa medaglia, essendo entrambi essenziali per il funzionamento delle nostre moderne tecnologie , economie e sistemi nazionali e sovranazionali.
Il corso ha l'obiettivo di offrire principi e competenze di base per eseguire una valutazione preliminare finalizzata all'utilizzo della geotermia, dalla bassa all’alta entalpia e -per la parte di alta eltalpia - di accoppiarla ad una valutazione strategica delle risorse minerarie estraibili dal serbatoio e dal fluido geotermico, creando vantaggi economici di scala.

Termodinamica; conoscenze base di geologia del sottosuolo; chimica delle soluzioni acquose.

Lezioni frontali, anche con esercizi

Esame orale

Nessuna

Che cosa è la geotermia.
Calore terrestre - come si genera e dove si distribuisce
Radioattività e radionuclidi delle rocce
Produzione di calore radiogenico
Prospezioni radiometriche,
Terrestrial heat flow
Distinzione tra geotermia ad alta, bassa e medio entalpia. Utilizzo della risorsa geotermica in Europa ed in Italia
Variazioni secolari e periodiche della temperatura, Temperature nel sottosuolo e variazioni climatiche. Convezione, equazioni del trasporto del calore e trasporto dell’acqua, Soluzioni analitiche e numeriche, Riconoscimento dei movimenti d’acqua sotterranea.
Proprietà termiche delle rocce, Temperatura e processi termici, Condizioni strutturali e processi fisici in aree geotermiche, Valutazione delle potenzialità energetiche di un sistema geotermico, coltivazione dei serbatoi geotermici
Risorse minerarie critiche e fluido geotermico
Misure geotermiche, Strumenti, Cause di errore, Misure di gradiente, Misura di parametri termici, Correzioni sul gradiente geotermico osservato, Anomalie del flusso geotermico e loro separazione, Campi geotermici italiani. Tecniche per la prospezione geotermica
Normativa Comunitaria e degli Stati europei
Normativa in Italia e nelle Regioni
Potenzialità del territorio italiano
Impianti geotermici
Geoscambio e bassa entalpia: tipi di sonde: verticali, orizzontali, pali energetici
Pompe di calore con scambiatore nel terreno: dimensionamento, progettazione e applicazioni
Test di risposta geotermica
Pregi e criticità degli impianti geotermici
Cenni di dimensionamento delle sonde geotermiche
Casi studio
Sfruttamento minerario associato alla produzione di energua geotermica
Sismicità indotta e altri rischi

Italian

The main techniques for the investigations of the thermal structure in the first crustal layers and the characterization of hydrogeothermal systems are presented. Problems relating to both the direct uses of geothermal energy (district heating) and the production of electricity from high enthalpy fluids and the extraction possibilities of minerals connected to these fluids are addressed. A series of case studies relating to the exploitation of geothermal energy, as well as exploitation for mining purposes, are also presented.
The basic concepts relating to the storage of fluids and heat in tanks and the associated risks, such as induced seismicity, will also be addressed. An integral part of the skills acquired by the student will be oriented towards the management and processing of data relating to the petrophysical, thermodynamic, thermophysical and fluid dynamic parameters and variables that characterize the fluids of underground reservoir systems in a multiphase regime.
In particular, starting from the design support investigations, the characteristics of the systems, both horizontal and with vertical probes, will be described and some practical cases will be presented.

All slides and notes used during the lessons and other teaching material will be made available.

Europe must i) reduce its environmental impact and at the same time ii) achieve a high share of renewable energy to iii) support its economy, which largely depends on mineral resources. As part of this stimulating challenge, the threats posed by the climate crisis have, first and foremost, created an urgent need for sustainable green energy. But energy and critical minerals (metallic or non-metallic, but mainly lithium, graphite, nickel, cobalt, copper and rare earths) are in fact two sides of the same coin, both being essential for the functioning of our modern technologies, economies and national and supranational systems.
The course aims to offer basic principles and skills to carry out a preliminary evaluation aimed at the use of geothermal energy, from low to high enthalpy and - for the high ethalpy part - to couple it with a strategic evaluation of extractable mineral resources from the reservoir and the geothermal fluid, creating economic advantages of scale

Thermodynamics; basic knowledge of subsoil geology; chemistry of aqueous solutions.

Lectures (frontal lessons) along with exercises

Interview

none

About geothermal energy.
Endogenous heat: how it is generated and where it is distributed
Radioactivity and radionuclides of rocks
Radiogenic heat production
Radiometric prospecting,
Terrestrial heat-flow
Distinction between high, low and medium enthalpy geothermal energy. Use of geothermal resources in Europe and Italy
Secular and periodic variations in temperature, subsoil temperatures and climatic variations. Convection, heat transport and water transport equations, Analytical and numerical solutions, Recognition of underground water movements.
Thermal properties of rocks, Temperature and thermal processes, Structural conditions and physical processes in geothermal areas
Evaluation of the energy potential of a geothermal system, cultivation of geothermal reservoirs
Critical mineral resources and geothermal fluids
Geothermal measurements, Instruments, Causes of error, Gradient measurements, Measurement of thermal parameters, Corrections on the observed geothermal gradient, Geothermal flow anomalies and their separation, Italian geothermal fields. Techniques for geothermal prospecting
Community and European state legislation
Regulations in Italy and in the Regions
Potential of the Italian territory
Geothermal systems
Geoexchange and low enthalpy: types of probes: vertical, horizontal, energy poles
Heat pumps with ground exchanger: sizing, design and applications
Geothermal response test
Advantages and critical points of geothermal systems
Notes on the sizing of geothermal probes
Case studies
Mineral exploitation associated with geothermal energy production
Induced seismicity and other risks