Energia geotermica

Tar **energia geotermica** (u er be geotermica/geotermia) sa tracti da la chalur ch’è arcunada en la part da la crusta da la terra ch’è accessibla a l’uman. Igl è quai ina noziun generala per tut l’energia da la terra che vegn retratga ed utilisada, independentamain da sia furma da producziun. L’energia geotermica è in’energia regenerativa. Ella po vegnir tratga a niz a moda directa, p.ex. per stgaudar u sfradentar (sistem da pumpa a chalur), per la producziun da forza electrica u er en sistems che collian forza e chalur.

## Origin da l’energia geotermica
Dal temp che la terra è sa furmada, sa cumponiva quella d’in liquid viscus ardent. Entaifer paucs milliuns onns è quel sa marventà. La chalur ch’arriva oz da l’intern da la terra vers la surfatscha sa lascha – sche insumma – be attribuir per ina fitg pitschna part a quests fenomens succedids avant bundant quatter milliardas onns. L’origin da l’energia geotermica actuala sa lascha chapir a basa dal fenomen da la convecziun dal mantè. 

### Current da chalur or da l’intern da la terra

Tar la convecziun dal mantè sa tracti d’in mecanissem da transportar chalur, en rom dal qual materia chauda vegn transportada permanentamain nà dal nuschegl da la terra vers il mantè da la terra. Questa circulaziun ch’è orientada cunter la direcziun da la gravitaziun cumenza a la surfatscha dal nuschegl da la terra che mesira ca. 5400&nbsp;°C; material fitg chaud vegn transportà en direcziun da la crusta da la terra ch’è bundant pli fraida. Per cumpensar quest stgomi vegn material sfradentà transportà en direcziun dal mantè da la terra (uschenumnada subducziun), uschia ch’il ciclus sa serra. A basa da mesiraziuns geologicas vegn stimà che questa circulaziun succedia cun ina spertadad da 5 cm per onn, uschia ch’in ciclus è a fin suenter ca. 240 milliuns onns. 

Dal mecanissem descrit resulta che la convecziun dal mantè sfradenta il nuschegl da la terra. Damai che quel resta però fitg chaud, sto quel disponer da funtaunas da chalur che sa chattan sutvart il mantè da la terra liquid:

* Ina pitschna part pudess derivar dal temp che la terra è sa furmada (cumpressiun gravitativa, energia da collisiun dad asteroids e meteorits, emissiun d’energia potenziala en la fasa da furmaziun dal nuschegl da la terra sco er decumposiziun d’elements radioactivs da curta durada). Schebain quests fenomens attribueschan insumma a la chalur da la terra odierna è però contestà. 
* Per lunschor la gronda part da l’energia, probablamain 80&nbsp;%, è sa furmada tras decumposiziun d’elements radioactivs da lunga durada (235U, 238U, 232Th e 40K) en il mantè da la terra resp. sa furma probablamain vinavant tras decumposiziun da calium 40 en il mantè da la terra.
* En pli vegn supponì ch’i sa furmia er chalur latenta resp. chalur da cristallisaziun cura che material liquid cristallisescha a la surfatscha da la part interna dira dal nuschegl da la terra. Quest process da cristallisaziun maina ad ina reducziun cuntinuanta dal mantè da la terra, uschia ch’ins po en tutta cas dir che l’energia da liom gravitativa contribueschia al transport d’energia convectiv en direcziun dal mantè da la terra ed uschia er a tegnair en moviment il geodinamo. Tut en tut transporta la convecziun dal mantè in current da chalur da 3,5×1013&nbsp;W (quai che correspunda a 35 TW).

Il transport da chalur vertical a basa da la convecziun dal mantè finescha sut la crusta da la terra. Da là davent vegn la chalur per gronda part dada vinavant tras las stresas geologicas, quai che basegna gradients da temperatura bundant pli auts che en il mantè (en la crusta continentala savens en la dimensiun da 30&nbsp;K/km). Ensemen cun la conductivitad da chalur dal material geologic sa lascha uschia calcular la spessezza locala dal current da chalur.

Tut en tut cumpiglia l’energia che resulta da quest current da chalur global be ca. il dubel dal basegn d’energia mundial. Fa l’uman pia diever en grond stil da la geotermia, ha quai per consequenza ch’il grip sa sfradenta localmain. È il volumen d’apport grond avunda, sa lascha la sperdita da chalur però tegnair relativamain bassa. Tar grondas retratgas da chalur vegn perquai dà la preferientscha a stresas aquiferas (vul dir cun aua sutterrana), a grip d’ina spessezza main auta (foss, sediments) u a rasadas cun in’auta cumpart da sal, damai che quel augmenta la conductivitad da chalur.

Ultra dals fenomens descrits vegnan las rasadas da crappa che sa chattan il pli datiers da la surfatscha er stgaudadas tras l’irradiaziun dal sulegl.

### Sutdivisiun da las funtaunas geotermicas

La valur da la chalur che vegn tratga a niz crescha cun il nivel da temperatura, sin il qual ella stat a disposiziun. Pia: pli chauda che la zona geologica che vegn explotada è, e dapli energia che sa lascha gudagnar.

#### Giaschaments ad auta entalpia
Correspundentamain vegn la producziun mundiala d’energia che vegn gudagnada or da la geotermia dominada da l’utilisaziun d’uschenumnads giaschaments ad auta entalpia, vul dir che furneschan chalur d’ina fitg auta temperatura. Igl èn quai zonas segnadas d’anomalias geologicas ch’èn savens colliadas cun magmatissem activ. En tals lieus sa chattan fluids (aua/vapur) da plirs tschients grads en ina profunditad da paucs tschients meters. La derasaziun da tals giaschaments correlescha fitg ferm cun las regiuns vulcanicas dal mund ch’èn activas u ch’eran pli baud activas. I dat però er champs d’auta entalpia ch’han in origin puramain plutonic u collià cun la structura geologica.

Tut tenor las relaziuns da pressiun e da temperatura pon giaschaments d’auta entalpia esser segnads ubain da vapur u dad aua. Pli baud vegniva la vapur relaschada suenter l’utilisaziun en l’aria, quai che manava ad ina considerabla savur da zulper (Italia, Larderello). Oz vegnan ils fluids sfradentads puspè pumpads enavos en la terra. En questa moda sa laschan evitar influenzas negativas sin l’ambient; a medem temp po vegnir augmentada la productivitad, damai ch’il nivel da pressiun en il giaschament sa sbassa uschia main ferm.

Il fluid chaud po vegnir tratg a niz sco vapur per l’industria u per spisgentar la rait da chalur locala u a distanza. Spezialmain interessanta è la producziun d’energia cun agid da vapur fitg chauda (turbina a vapur).

#### Giaschaments a bassa entalpia
En territoris betg vulcanics pon las temperaturas en il sutterran variar fermamain. Per arrivar fin als giaschaments ch’èn adattads sut aspects da la geotermia dovri però savens perfuraziuns profundas. Per la producziun da current electric èn necessarias temperaturas sur 80&nbsp;°C; per che l’explotaziun sa paja economicamain èsi giavischabel ch’il fluid haja ina temperatura da bundant 100&nbsp;°C.

Tar la geotermia profunda vegnan differenziadas trais furmas da retrair la chalur dal sutterran. Tgenina da quellas che vegn en dumonda dependa da las cundiziuns geologicas, da la quantitad d’energia necessaria sco er dal nivel da temperatura basegnà. Per ordinari vegnan perfuraziuns profundas fatgas per trair a niz directamain la chalur gudagnada (pia betg per transfurmar quella en current electric); quai lubescha in’utilisaziun rentabla er tar temperaturas da preflussiun relativamain bassas.
* Sistems idrotermals: Tals sistems vegnan endrizzads en stresas aquiferas. Aua termala vegn retratga dal sutterran e silsuenter puspè manada enavos en quel. Igl è quai actualmain il sistem il pli frequent en l’Europa Centrala. 
* Sistems petrotermals: Tar sistems petrotermals sa tracti dal princip da retrair geotermia da crap chaud e spess; perquai vegnan quels er numnads sistems HDR (*Hot-Dry-Rock*). È il grip en il qual ins frunta sin temperaturas chaudas pauc permeabel, uschia ch’ins na po betg retrair da là aua, alura sa lascha crear ina circulaziun d’aua artifiziala. Per quest intent vegn pressada aua u CO2 en la profunditad (uschenumnada stimulaziun idraulica u fracking). Tras quai s’avra en il grip in sistem da sfessas natiralas ed artifizialas che serva a laschar circular il liquid da transmissiun da chalur. Quel po alura puspè vegnì pumpà a la surfatscha.
* Sondas geotermicas profundas: Sondas geotermicas profundas èn in sistem serrà per gudagnar energia geotermica. Cumpareglià cun sistems ‹averts› vegn extratg relativamain pauc energia. Las sondas consistan d’ina suletta perfurada che tanscha per part en ina profunditad da 1000 fin 3000&nbsp;m. En quella circulescha in fluid ch’è per ordinari enserrà en in bischen coaxial: d’ina vart cula il fluid fraid engiu e vegn stgaudà en la profunditad; en in conduct pli graschel munta el alura puspè ad aut. Tar talas sondas n’exista nagin contact cun l’aua sutterrana; uschia crodan davent ils dischavantatgs da sistems averts ed ellas pon teoreticamain vegnir installadas dapertut. En mintga cas è la surfatscha che po vegnir stgaudada tras il crap circumdant fitg pitschna en cumparegliaziun cun ils auters sistems; perquai pon be vegnir gudagnads intgins tschient kW. 

### Geotermia pauc profunda

La noziun geotermia pauc profunda designescha utilisaziuns da l’energia geotermica fin en ina profunditad da ca. 400&nbsp;m. Ord vista geologica è mintga parcella adattada per endrizzar ina sonda geotermica. I ston però vegnir resguardads aspects economics, tecnics e giuridics.

L’implant geotermic sto vegnir dimensiunà per il singul edifizi. Sias dimensiuns dependan da la quantitad da chalur che vegn duvrada sco er da la conductivitad da chalur e da las relaziuns d’aua sutterrana al lieu.

L’utilisaziun da l’energia geotermica succeda cun agid da collecturs u da sondas; medemamain existan pitgas d’energia (pitgas da betun cun bischens da plastic che servan a stgamiar la chalur) u funtaunas da chalur (chalur dal sulegl che vegn arcunada en la terra).

Il transport da la chalur succeda sur conducts da bischens en ils quals circulescha in fluid ch’è per ordinari collià cun ina pumpa a chalur. 

### Geotermia da tunnels e minieras
Energia termica sa lascha er gudagnar or da l’aua che culla or da tunnels. Per motivs da la protecziun da l’ambient stuess quest’aua uschiglio l’emprim vegnir retegnida en batschigls da sfradentar avant ch’ella po vegnir manada en in aual u flum. L’emprim implant che tira a niz la chalur da l’aua che sorta dal tunnel è vegnì endrizzà il 1979 al portal meridiunal dal tunnel da via tras il Gottard. Dal nov tunnel da basa dal Gottard – il tunnel da viafier il pli lung dal mund ch’è vegnì avert il 2016 – sorta aua cun temperaturas tranter 30 e 34&nbsp;°C; quella vegn manada en in conduct da chalur a distanza.

Minieras serradas e champs da gas natiral ch’èn exaurids èn ulteriurs lieus adattads per projects da geotermia. L’aua che sa rimna en la profunditad da talas chavas u sistems da galarias ha tut tenor ina chalur da 60 fin 120&nbsp;°C. Las perfuradas ed ils vaus ch’èn per ordinari anc avant maun pon vegnir utilisads per retrair l’aua chauda.

### Accumulaturs da chalur stagiunals

La geotermia stat adina a disposiziun, pia independentamain da di e notg, da las stagiuns e da l’aura. In implant che tira a niz il nivel da temperatura datiers da la surfatscha lavura il meglier sch’el è en funcziun a moda alternanta durant l’enviern e la stad. Quai è per exempel il cas sche quest nivel da temperatura da ca. 10&nbsp;°C vegn duvrà l’enviern per stgaudar; correspundentamain sa sbassa il nivel da temperatura. Vegn il medem reservuar alura duvrà la stad per sfradentar, sche sa regenerescha la temperatura en il profund. En il cas ideal èn quests dus quantums d’energia identics. Il consum d’energia dal sistem sa restrenscha alura a l’impuls per far ir la pumpa a chalur.

Questa funcziun po vegnir rinforzada sche la geotermia vegn utilisada ensemen cun auters implants, sco per exempel d’energia termosolara. La chalur che deriva dal sulegl stat surtut a disposiziun da stad cura ch’ella na vegn betg duvrada. Cun cumbinar l’energia termosolara cun la geotermia sa lascha quest’energia manar la stad en in accumulatur da chalur sutterran e po vegnir utilisada la stagiun fraida. Las perditas dependan da las relaziuns al lieu, ma n’èn per ordinari betg fitg grondas.

Tals accumulaturs stagiunals sa laschan endrizzar tant datiers da la surfatscha sco er pli a bass. Uschenumnads accumulaturs d’auta temperatura (>&nbsp;50&nbsp;°C) èn però be pussaivels en grondas profunditads e cun installar in’isolaziun correspundenta.

## Utilisaziun da la geotermia
Tar la geotermia sa tracti, guardà globalmain, d’ina funtauna d’energia che sa lascha utilisar a lunga vista. Las reservas ch’èn arcunadas en ils trais kilometers superiurs da la crusta da la terra bastassan teoreticamain per cuvrir il basegn d’energia mundial per bundant 100&nbsp;000 onns. En realitad sa lascha però be ina pitschna cumpart da quest’energia trair a niz cun meds tecnics; ultra da quai èsi anc intschert tge effects ch’ina explotaziun da chalur a gronda dimensiun ha sin la crusta da la terra.

Areguard il diever da la geotermia vegn fatg la differenza tranter l’utilisaziun directa da la chalur e l’utilisaziun indirecta, vul dir la transfurmaziun da quella en forza electrica en in’ovra geotermica. Per optimar l’efficacitad pon ovras geotermicas vegnir concepidas sco implants che cumbineschan chalur e forza electrica. Sa chatta l’ovra geotermica però en in lieu pauc populà u lunsch davent d’abitadis che basegnan chalur, alura n’è quai strusch pussaivel.

### Utilisaziun directa

Applicaziuns balneologicas istoricas èn cumprovadas en ils bogns da l’Imperi roman, en il reginavel mesaun dals Chinais e tar ils Osmans. A Chaudes-Aigues en la Frantscha Centrala exista ina rait da chalur a distanza, da la quala ils origins sa laschan datar en il 14avel tschientaner.

Ozendi vegn la chalur duvrada per fitg differentas applicaziuns. Ina survista classica da las temperaturas ch’èn mintgamai necessarias dat il diagram da Lindal (Baldur Lindal, 1918–1997).

### Stgaudar e sfradentar cun energia geotermica
Per la gronda part da las applicaziuns dovri be temperaturas relativamain bassas. La geotermia profunda furnescha per il solit directamain las temperaturas che vegnan duvradas. Na basta quai betg, po la temperatura vegnir auzada cun agid da pumpas a chalur, sco che quai è il cas tar la geotermia pauc profunda.

En cumbinaziun cun pumpas a chalur vegn la geotermia per ordinari duvrada per stgaudar e sfradentar edifizis sco er per la preparaziun d’aua chauda. Tar questa furma da trair a niz l’energia termica sa tracti da l’applicaziun la pli derasada en tut il mund. 

In stgaudament a pumpa a chalur retira da l’ambient chalur (geotermia, ma tut tenor er da l’aua sutterrana u da l’aria) ed augmenta quella cun agid d’ina pumpa a chalur sin in nivel utilisabal, per ordinari per stgaudar edifizis. Sper la cumpart che deriva da la funtauna da chalur sezza vegnan radund 25 fin 30&nbsp;% da l’energia termica gudagnads cun la pumpa a chalur, vul dir sur energia electrica. Permess che l’electricitad na deriva betg da funtaunas fossilas, sa lascha uschia stgaudar cun fitg paucas emissiuns.

Tecnicamain funcziunescha la pumpa a chalur tuttina sco ina frestgera, cun la differenza che la pumpa tira a niz la vart chauda (il rarifitgader da la pumpa a chalur) per stgaudar. Pli pitschna ch’è la differenza da temperatura tranter il reservuar da chalur (p.ex. aua or da la profunditad da 7&nbsp;°C) e la temperatura da preflussiun ed a moda pli effizienta ch’ina tala pumpa sa lascha utilisar (temperatura da preflussiun = temperatura cun la quala l’aua entra en il cirquit termic). Pli gronda ch’è la differenza da temperatura che la pumpa a chalur sto cumpensar, e pli pitschna che sia prestaziun daventa. La gronda part da las pumpas da chalur èn preparadas per cuntanscher temperaturas da preflussiun fin maximal 60&nbsp;°C.

In’ulteriura pussaivladad è il sfradentament natiral. Qua vegn l’aua cun la temperatura da la stresa superiura dal sutterren – che correspunda a la temperatura media annuala dal lieu – duvrada directamain per sfradentar in edifizi (pia senza far diever d’ina pumpa a chalur). Quest sfradentament natiral ha il potenzial da remplazzar en tut il mund milliuns d’indrizs da climatisaziun electrics. 

Medemamain in’applicaziun directa è la pussaivladad da tegnair liber da glatsch punts, vias e plazzas aviaticas. Er qua n’è necessaria nagina pumpa a chalur: l’accumulatur vegn regenerà cun arcunar la chalur che sa rimna da stad sin la via (cun agid d’ina pumpa da recirculaziun).

Betg d’emblidar è la finala che la geotermia serva er a tegnair en funcziun las lingias dad aua: Quella ha numnadamain per consequenza che la terra schela en l’Europa Centrala be fin en ina pitschna profunditad. 

### Producziun d’electricitad

Per producir forza electrica è la geotermia vegnida tratga a niz l’emprima giada a Lardorello en la Toscana. Il 1913 ha il cont Piero Ginori Conti erigì là in’ovra electrica, en la quala turbinas a vapur producivan 220&nbsp;kW prestaziun electrica. Oz èn installadas en quest lieu radund 750&nbsp;MW prestaziun electrica. Sut la Toscana arriva il magma relativamain datiers da la surfatscha. Quest magma chaud augmenta la temperatura dal sutterren en tala moda che quel sa lascha explotar commerzialmain.

Tar la producziun d’electricitad idrotermala èn necessarias temperaturas da l’aua d’almain 80&nbsp;°C. Giaschaments da vapur cun temperaturas sur 150&nbsp;°C pon vegnir duvrads directamain per far ir ina turbina.

Sur lung temp è l’aua termala vegnida duvrada exclusivamain per promover edifizis cun chalur. Ma cun il svilup d’implants che funcziuneschan tenor il princip da l’Organic-Rankine-Cycle (ORC) èsi daventà pussaivel da trair a niz temperaturas a partir da 80&nbsp;°C per producir forza electrica. Tals implants lavuran cun in medium organic (p.ex. pentan) che svapurescha tar temperaturas relativamain bassas. Questa vapur organica metta alura ad ir cun agid d’ina turbina in generatur d’electricitad. Ils fluids che vegnan duvrads per tals process èn però savens inflammabels u toxics. Sco alternativa vegn per part fatg diever d’ina maschaida d’amoniac ed aua.

Tradiziunalmain vegn electricitad or da geotermia surtut producida en pajais che disponan da giaschaments d’auta entalpia, en ils quals ins frunta sin temperaturas da plirs tschient grad celsius en profunditads relativamain pitschnas (2 e da la stgarsezza dals combustibels fossils è vegnì discutà pli vastamain. En tut il mund han ins cumenzà cun exploraziuns geologicas ed er las pussaivladads tecnologicas èn sa sviluppadas fitg ferm. Damai che l’energia geotermica sco tala è gratuita, dependa la rentabilitad surtut dals custs d’investiziun e da mantegniment da l’implant.

L’utilisaziun da la geotermia datiers da la surfatscha, en furma da stgaudaments cun pumpa a chalur, po percunter concurrer en fitg blers cas cun auters sistems da stgaudar. Correspundentamain crescha questa sparta actualmain a moda rasanta. Tar ils custs da gestiun da tals implants gioga praticamain be l’isada dals tocs muventads ina rolla (pumpa a chalur). 

Areguard il potenzial d’energia è da resguardar ch’i vegn tut tenor retratg dal profund dapli chalur che quai ch’il refurniment natiral po regenerar. Quest problem è sa chapescha bundant pli pitschen sche l’aua retratga vegn puspè manada enavos. Ed el sa lascha schizunt eliminar quasi dal tuttafatg tar stgaudaments d’edifizis, numnadamain cun manar durant la stad en la profunditad la chalur che vegn retratga d’enviern.

## Annotaziuns

 
## Litteratura
* C. Clauser: *Geothermal Energy*. En: K. Heinloth (ed.): *Advanced Materials and Technologies*, tom 3: *Energy Technologies, Subvol. C. Renewable Energies*. Springer, Heidelberg/Berlin 2006, 480–595, ISBN 3-540-42962-X.
* Burkhard Sanner: *Erdwärme zum Heizen und Kühlen. Potentiale, Möglichkeiten und Techniken der Oberflächennahe Geothermie*. (*Kleines Handbuch der Geothermie*, tom 1). Red. B. Sanner, W., Bußmann. Geothermische Vereinigung, Geeste 2001 (3. ed. amplifitgada), ISBN 3-932570-21-9.
* W.J. Eugster, L. Laloui (ed.): *Geothermische Response Tests.* Verlag der Geothermischen Vereinigung, Geeste 2002, ISBN 3-932570-43-X.
* Ernst Huenges: *Energie aus der Tiefe: Geothermische Stromerzeugung.* En: * Physik in unserer Zeit.* Wiley-VCH, Weinheim 35.2004, 6, p. 282–286.
* Stober, Ingrid; Bucher, Kurt: *Geothermie.* Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2012, ISBN 978-3-642-24330-1
* M. Augustin, W. Freeden e.a.: *Mathematische Methoden in der Geothermie*, en: *Mathematische Semesterberichte*, 59/1, p. 1–28, Springer Verlag 2012.
* Bußmann, W.: *Geothermie – Energie aus dem Innern der Erde.* Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2012, ISBN 978-3-8167-8321-3.
* Bauer, Mathias; Freeden, Willi; Jacobi, Hans; Neu, Thomas: *Handbuch der Tiefen Geothermie.* Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2014, ISBN 978-3-642-54511-5

## Colliaziuns

* ''Tiefe Geothermie in Deutschland – Nutzungsmöglichkeiten in Deutschland'' (PDF; 3,7&nbsp;MB)
* ''Geschichte der Geothermie'' sin: buch-der-synergie.de
* ''The Future of Geothermal Energy'' (PDF; 14,7&nbsp;MB) geothermal.inel.gov, Massachusetts Institute of Technology (MIT)