Qual è il fulcro della ricerca del “Bedretto Underground Laboratory for Geosciences and Geoenergies”?
Presso il "Bedretto Underground Laboratory for Geosciences and Geoenergies" il Politecnico di Zurigo studia, in stretta collaborazione con partner nazionali e internazionali, tecniche e procedure per un utilizzo sicuro, efficiente e a lungo termine del calore geotermico. Un'attenzione particolare è rivolta alla fisica della sismicità indotta. I ricercatori conducono diversi esperimenti. Mentre alcuni pongono un forte accento sui processi geotermici coinvolti, altri sperimentano diverse tecniche di perforazione e di stimolazione. Un fitto sistema di monitoraggio permette di osservare anche le più piccole variazioni di tensione, pressione e movimenti dei fluidi. Un monitoraggio così attento è possibile e conveniente solo in un laboratorio roccioso.
Che tipo di progetti sono attualmente in corso nel BedrettoLab?
Il progetto Bedretto Reservoir ha fornito molte informazioni sulla creazione di giacimenti geotermici. Questo progetto è stato una sorta di progetto iniziale per il BedrettoLab. Comprendeva tre sottoprogetti con obiettivi complementari per lo sviluppo di un giacimento profondo su larga scala per la circolazione dell'acqua e lo stoccaggio e l'estrazione di energia geotermica. Uno di questi progetti è stato VALTER, in cui è stato creato un proxy di un serbatoio geotermico.
L'esperimento VALTER (Validating of Technologies for Reservoir Engineering), finanziato dall'Ufficio Federale Svizzero per l'Energia, ha testato con un dettaglio senza precedenti, su una scala realistica di diverse centinaia di metri, tecnologie e processi innovativi per la creazione di uno scambiatore di calore sotterraneo commercialmente valido, riducendo al minimo il rischio di forti terremoti. Il progetto è stato ora completato.
La conoscenza completa acquisita sarà fondamentale per i progetti successivi:
Il più grande progetto attualmente in corso è il progetto FEAR (2022-2028). FEAR è l'acronimo di “Fault Activation and Earthquake Rupture” (attivazione della faglia e rottura del terremoto) e si concentra sulla comprensione delle modalità di avvio e arresto dei terremoti.
Alla fine di aprile 2024, nell'ambito di FEAR, è stato realizzato un primo progetto di stimolazione più lungo. È stata quindi iniettata acqua sotto pressione nel pozzo di iniezione per diversi giorni, con l'obiettivo di innescare un terremoto di magnitudo 0. L'esperimento è riuscito e si è verificato un terremoto con magnitudo 0. L'esperimento ha avuto successo ed è stato innescato un terremoto con una piccola deviazione di magnitudo 0.
Attualmente, per questo progetto si sta costruendo un nuovo tunnel laterale. Verrà utilizzato per monitorare una zona di faglia da una distanza molto ravvicinata.
La prima fase di scavo del tunnel inizierà nell'estate del 2024, dopodiché la costruzione del tunnel (metodo drill-and-blast) sarà interrotta per studiare gli effetti del brillamento nella roccia circostante (progetto PRECODE: “Progressive Excavation Damage Zone Evolution During And Post Mine-By Tunnelling").
Il progetto FEAR è finanziato da una sovvenzione Synergy Grant del Consiglio europeo della ricerca (ERC).
Un progetto finanziato dall'UFE (Ufficio Federale dell'Energia) (BEACH - Bedretto Energy Storage and Circulation of Geothermal Energy), in corso dal novembre 2023, sta studiando in che misura la roccia granitica possa fungere da sistema di stoccaggio del calore. Tale stoccaggio potrebbe contribuire a colmare le carenze energetiche che si verificano quando le energie rinnovabili (solare o eolica) sono scarse. Nella fase sperimentale del progetto, l'acqua calda verrà iniettata nel serbatoio esistente per farla circolare e poi ritirarla in un secondo momento.
In una fase di implementazione reale, l'acqua calda potrebbe essere utilizzata per il teleriscaldamento o convertita in elettricità.
Gli esperimenti del progetto BEACH inizieranno alla fine del 2024.
Quale impatto si prevede che avranno gli esperimenti scientifici che vengono svolti?
Speriamo di acquisire una migliore comprensione dei processi rilevanti nell'ambito di un'esplorazione geotermica profonda. I nostri risultati mirano a contribuire a un utilizzo più sicuro e più sostenibile dell'energia geotermica in Svizzera e all'estero. Questa è la condizione preliminare per poter aumentare la quota di energia geotermica dal cinque al dieci percento, necessaria per raggiungere gli obiettivi della Strategia energetica 2050.
Lo stesso "Bedretto Underground Laboratory for Geosciences and Geoenergies" non produrrà di per sé calore o elettricità per uso commerciale, ma un esperimento creerà un reservoir geotermico che sarà utilizzato per testare lo scambio termico su base mensile e annuale.
Il progetto BEACH esplora ulteriormente il potenziale di accumulo di calore nelle rocce cristalline.
Collegato alla ricerca geotermica è lo studio della fisica dei terremoti. Nell'ambito del progetto FEAR, conduciamo ricerche per comprendere meglio i processi fondamentali che portano a un terremoto e che lo fermano.
Ci sono ulteriori informazioni sugli esperimenti scientifici previsti?
Vi invitiamo a dare un’occhiata alla pagina seguente: attività.
Ci sono rischi potenziali associate al lavoro svolto presso il “Bedretto Underground Laboratory for Geosciences and Geoenergies”?
Esperimenti e sicurezza
Scosse sismiche molto piccole e non percettibili sono parte integrante dei progetti di geotermia profonda. Quest’ultimi creano fratture e le tengono aperte, migliorando la permeabilità di un reservoir necessario per un funzionamento efficiente. L'obiettivo di ogni progetto geotermico è quello di aumentare la permeabilità senza causare scosse sismiche o terremoti dannosi. In alcuni casi, causano anche terremoti avvertiti o dannosi, anche se l'obiettivo di ogni progetto geotermico è quello di aumentare la permeabilità senza causare tali eventi.
Presso il "Bedretto Underground Laboratory for Geosciences and Geoenergies" sono previsti scosse sismiche di dimensioni molto ridotte. Rispetto ai terremoti naturali e dannosi, le dimensioni del volume stimolato e la profondità del volume della roccia sono notevolmente inferiori. Pertanto, il rischio di provocare terremoti percettibili o addirittura dannosi è estremamente basso. Un fitto sistema di monitoraggio ci permette di osservare anche la più piccola attività sismica.
Prima di effettuare un esperimento, il rischio potenziale viene valutato in anticipo e l'esperimento viene progettato per mitigare i rischi potenziali. Durante l'esperimento, un cosiddetto sistema di semafori, che valuta i dati in tempo reale, indica in che misura un esperimento deve essere regolato immediatamente o interrotto se viene superata una soglia di magnitudo precedentemente definita.
Il nostro obiettivo è studiare come prevenire terremoti evidenti o dannosi e non come provocarli nel BedrettoLab.
Ambiente
Per l'ambiente non ci sono potenziali rischi, in quanto non vengono iniettati prodotti chimici nella roccia e non vengono utilizzate altre sostanze nocive.
Sicurezza sul lavoro
Un laboratorio in roccia che comprende la manipolazione di diversi strumenti, attrezzature pesanti e utensili offre naturalmente un ambiente di lavoro meno sicuro di un normale ufficio. Per questo motivo, vengono adottate diverse misure per proteggere i tecnici e i ricercatori che lavorano al BedrettoLab. Oltre all'abbigliamento protettivo obbligatorio, i processi di lavoro sono definiti in anticipo e monitorati per quanto possibile.
La sicurezza sul lavoro viene ispezionata a intervalli regolari da un ente esterno, così come le condizioni del tunnel in termini di modifiche alle pareti e ai soffitti e di potenziale rischio di caduta massi.
La galleria di Bedretto
La galleria di Bedretto, che collega il Ticino alla galleria di base della Furka, offre condizioni ideali per lo svolgimento di questi esperimenti. Inoltre consente di trasporre su una scala maggiore le ricerche precedentemente condotte da laboratori universitari e altri centri di ricerca scavati nella roccia, come per esempio presso il Grimsel.
Ciò costituisce un importante passo avanti per la dimostrazione – in un contesto il più vicino possibile alle condizioni del sottosuolo profondo – delle ipotesi precedentemente formulate. Lo strato di roccia che ricopre la galleria, spesso tra i 1000 e i 1500 metri, simula bene le condizioni di pressione alle profondità rilevanti per un giacimento geotermico.
Per rendere operativo un laboratorio di questo tipo, la galleria è stata sottoposta a un esteso intervento di costruzione: il pavimento è stato livellato e le rocce instabili sono state messe in sicurezza; inoltre, sono stati installati un sistema di aerazione, una rete di comunicazione e un impianto elettrico. La Matterhorn-Gotthard-Bahn, cui appartiene la galleria, ha attualmente concesso il sito in locazione all’ETH di Zurigo per otto anni.
Perché è stata scelta la galleria di Bedretto per questa infrastruttura di ricerca?
Esperimenti simili sono già stati condotti su scala ridotta in laboratori universitari o nel laboratorio roccioso del Grimsel. Il "Bedretto Underground Laboratory for Geosciences and Geoenergies" offre ora l'opportunità di fare esperimenti su scala maggiore, il che consente di verificare i risultati precedenti in un ambiente più realistico. Invece di stimolare formazioni rocciose ad un paio di centimetri come in laboratorio, o ad una scala di 10 metri come al Grimsel, le esperienze saranno condotte su una scala di 100 metri e oltre. Così facendo, la formazione rocciosa stimolata è ancora più piccola rispetto ad un vero e proprio progetto geotermico commerciale di profondità, ma significativamente più grande di quanto scientificamente analizzato finora. Inoltre, la copertura rocciosa tra i 1.000 e i 1.500 metri sopra la galleria simula bene le condizioni di pressione a profondità rilevanti per un reservoir geotermico.
Cosa è l’energia geotermica profonda?
La geotermia profonda accede a strutture rocciose che si trovano ad almeno 400 metri di profondità nel terreno. A seconda delle temperature del sottosuolo sono possibili diversi utilizzi.
Le falde acquifere che si trovano a una profondità di 400–2000 metri rappresentano temperature dai 20 ai 70 °C. L’acqua termale qui presente è adatta non solo per i bagni, ma anche per l’estrazione di calore. Lo stesso è possibile con i sistemi che sfruttano il drenaggio di tunnel (UFE, Nutzung der Erdwärme - Überblick, Technologie, Visionen).
A una profondità di 4000 metri sotto de la Svizzera le temperature sono comprese tra i 150 e i 200 °C. I progetti geotermici, che accedono a questi strati di roccia, di solito usano una parte dell’energia estratta direttamente per la produzione di elettricità. Il resto può essere immesso in una rete di teleriscaldamento.
Si distingue tra due sistemi per la generazione di energia a grandi profondità: petrotermale e idrotermale. Per sapere di più: www.seismo.ethz.ch/it/knowledge/things-to-know/geothermal-energy-earthquakes/forms-of-geothermal-energy/.
Visite per gruppi di interesse
Su richiesta e in base alle nostre capacità, organizziamo visite per i seguenti gruppi:
- Media
- Gruppi di ricerca
- Industria legata alla geotermia / ingegneria / geoscienze
- Gruppi di interesse nel campo dell'energia geotermica, delle energie rinnovabili e delle geoscienze
Per ulteriori informazioni, contattare Stefanie Zeller (stefanie.zeller@sed.ethz.ch).
Visite guidate per il pubblico
I tour pubblici sono disponibili nelle seguenti date di quest'anno:
- Sabato 3 agosto 2024
- Sabato 28 settembre 2024
I tour sono organizzati in collaborazione con il vicino museo Sasso San Gottardo. I biglietti per i tour possono essere prenotati su questo sito web: https://www.sasso-sangottardo.ch/bedrettolab.