Scavare il calore: può l’acqua ad alta pressione aprire la strada alla geotermia domestica?
Dalla perforazione con water jet al recupero del calore: cosa sappiamo e cosa deve ancora essere verificato
L’idea è semplice: se per ottenere energia geotermica non fosse necessario perforare a profondità estreme, ma soltanto raggiungere il punto in cui il sottosuolo presenta una temperatura sufficientemente elevata, perché non utilizzare l’acqua ad alta pressione come principale strumento di perforazione?
La domanda non è fantascientifica. La perforazione mediante getti d’acqua ad alta pressione è stata studiata anche specificamente per applicazioni geotermiche. Esperimenti condotti su rocce a temperature elevate hanno analizzato l’influenza della pressione, del diametro dell’ugello e della distanza del getto sulla penetrazione della roccia.
La questione, quindi, non è stabilire se l’acqua possa rompere la roccia. Può farlo in determinate condizioni. La vera domanda è se possa farlo in modo continuo, controllato ed energeticamente conveniente a profondità geotermiche.
Non serve scavare all’infinito
Quando si parla di geotermia profonda si tende a immaginare perforazioni di diversi chilometri. Ma per un’abitazione l’obiettivo non dovrebbe essere raggiungere la massima profondità possibile.
L’obiettivo dovrebbe essere raggiungere la minima profondità capace di fornire una temperatura utile.
Il gradiente geotermico varia notevolmente da una zona all’altra. Un’importante analisi USGS riporta, negli Stati Uniti continentali, valori regionali indicativamente compresi tra 15 e 35 °C/km, con una media complessiva di circa 29 °C/km.
Questo significa che non è corretto stabilire a priori che, per esempio, due chilometri equivalgano sempre a una determinata temperatura.
Partendo soltanto come esempio da una temperatura superficiale di 15 °C e utilizzando un gradiente ipotetico di 25–30 °C/km, si otterrebbero circa 40–45 °C a 1 km, 65–75 °C a 2 km e 90–105 °C a 3 km.
Sono però stime illustrative, non previsioni per un sito reale.
L’acqua come utensile
Una perforazione convenzionale utilizza utensili meccanici per rompere la roccia. L’acqua, invece, può essere utilizzata come agente erosivo attraverso un ugello.
La pressione viene trasformata dall’ugello in un getto ad alta velocità. Il getto colpisce la superficie rocciosa e trasferisce energia al materiale.
Gli esperimenti pubblicati mostrano che pressione del getto, diametro dell’ugello, distanza dal bersaglio e proprietà del materiale influenzano significativamente la penetrazione. In uno studio sperimentale dedicato alle rocce calde sono state utilizzate pressioni del getto comprese fra 2,45 e 194 MPa.
Quindi il concetto di utilizzare l’acqua come agente di perforazione ha una base sperimentale.
Ma una cosa è ottenere una cavità o una penetrazione sperimentale; un’altra è trasformarla in un pozzo profondo, stabile e produttivo.
Il problema principale: l’efficienza
La letteratura più recente sulla perforazione geotermica conferma che le formazioni dure e abrasive, le alte temperature, l’usura degli utensili, la perdita di circolazione e la stabilità del foro costituiscono problemi importanti. Le tecnologie a getto d’acqua ad alta pressione sono considerate tra le possibili tecniche complementari o alternative in fase di sviluppo.
Un lavoro del Fraunhofer IEG dedicato proprio alla perforazione geotermica mediante acqua ad alta pressione individua tuttavia limiti relativi a dimensione del foro, direzionabilità, lunghezza laterale e capacità del getto di perforare efficacemente la roccia del serbatoio. Gli autori sottolineano inoltre la necessità di prove sperimentali rappresentative delle condizioni di fondo pozzo.
Questa è probabilmente la parte più importante dell’analisi.
L’idea è tecnicamente plausibile, ma l’efficienza reale deve essere dimostrata caso per caso.
Il problema dell’energia
L’acqua ad alta pressione richiede energia.
La potenza idraulica ideale è:
P = Δp × Q
dove Δp è la pressione e Q la portata.
Per esempio, 500 bar e 100 litri/minuto corrispondono a circa 83 kW di potenza idraulica, prima delle perdite della pompa e delle tubazioni.
Questo esempio non stabilisce i parametri necessari per una perforazione reale. Serve soltanto a mostrare perché il bilancio energetico è fondamentale.
Una tecnologia del genere sarebbe interessante se il risparmio ottenuto nella perforazione compensasse l’energia necessaria alla pressurizzazione dell’acqua.
La domanda corretta diventa quindi:
quanta energia serve per rimuovere una determinata quantità di roccia?
Il problema dei detriti
Immaginiamo che il getto riesca effettivamente a distruggere la roccia.
Rimane un problema fondamentale: rimuovere continuamente il materiale dal fondo del foro.
L’acqua potrebbe svolgere contemporaneamente una seconda funzione: trasportare i detriti verso la superficie.
Il fluido diventerebbe quindi teoricamente:
utensile + refrigerante + mezzo di trasporto dei detriti.
È un aspetto interessante, ma richiede un controllo preciso della circolazione.
Se l’acqua entra nelle fratture della formazione invece di tornare verso la superficie, si può verificare una perdita di circolazione. Questo è uno dei problemi ben noti della perforazione geotermica.
La roccia cambia tutto
Non esiste una “roccia standard”.
Calcari, arenarie, argille, basalti e rocce cristalline presentano proprietà molto diverse.
La perforabilità dipende dalla resistenza, dall’abrasività, dalla fratturazione e dalle caratteristiche termiche e idrauliche della formazione.
Per questo il Fraunhofer IEG ha sviluppato un approccio di modellazione che combina parametri operativi, caratteristiche tecniche e proprietà della roccia per stimare la capacità di perforazione a getto.
Questo rafforza un punto fondamentale: prima della perforazione occorre conoscere la formazione geologica.
Una strada ancora più interessante: acqua + meccanica
La ricerca non indica necessariamente che il futuro debba essere “solo acqua”.
Un progetto europeo denominato ThermoDrill ha studiato una tecnologia che combina perforazione rotativa e getti di fluido ad alta pressione, sfruttando simultaneamente l’azione meccanica e quella idraulica sulla roccia.
Anche una recente rassegna sulle tecnologie di perforazione geotermica considera i getti d’acqua ad alta pressione tra le tecniche promettenti, soprattutto come supporto alla perforazione convenzionale, al raffreddamento dell’utensile e alla rimozione dei detriti.
Questo non dimostra che la soluzione completamente idraulica sia impossibile. Dimostra però che la ricerca attuale considera seriamente il principio idraulico, ma non ha ancora eliminato tutti i problemi della perforazione convenzionale.
E dopo la perforazione?
Qui l’idea diventa ancora più interessante.
Una volta raggiunta una formazione sufficientemente calda, il sottosuolo può diventare uno scambiatore termico.
Nei sistemi geotermici avanzati l’acqua può essere utilizzata per aumentare la permeabilità e la superficie disponibile per lo scambio termico attraverso stimolazione idraulica. Una revisione degli Enhanced Geothermal Systems descrive proprio la stimolazione idraulica come una delle principali tecniche per aumentare permeabilità e area specifica di scambio.
Quindi esiste una possibile continuità concettuale:
perforazione → circolazione → scambio termico → ritorno del fluido → ricircolo.
Non significa che una singola tecnologia possa automaticamente svolgere tutte queste funzioni. Significa che i diversi fenomeni fisici sono già oggetto di ricerca separata.
Il vero criterio: energia recuperata contro energia investita
Il progetto avrebbe senso soltanto se il bilancio complessivo fosse favorevole.
Bisognerebbe confrontare:
energia necessaria per perforare
contro
energia termica recuperabile durante la vita del sistema.
E non bisogna dimenticare il costo della perforazione stessa. Studi economici sulla geotermia indicano che la perforazione può rappresentare una parte molto significativa del costo complessivo di un progetto.
È proprio per questo che anche una riduzione relativamente importante del costo e del tempo di perforazione potrebbe avere un impatto significativo sulla geotermia.
Dal concetto all’esperimento
A questo punto non sarebbe scientificamente corretto affermare:
“Basta l’acqua ad alta pressione.”
La formulazione corretta è:
“L’acqua ad alta pressione è un possibile mezzo di perforazione che merita una verifica sperimentale specifica per applicazioni geotermiche.”
Il primo esperimento non dovrebbe essere un pozzo di chilometri.
Dovrebbe essere un banco prova.
Bisognerebbe misurare:
- pressione;
- portata;
- diametro dell’ugello;
- distanza dal materiale;
- tipo di roccia;
- velocità di penetrazione;
- volume di roccia rimosso;
- energia consumata;
- quantità di detriti trasportati;
- perdita di acqua nella formazione.
Da questi dati sarebbe possibile determinare un parametro fondamentale:
energia consumata / volume di roccia rimosso.
Solo allora sarebbe possibile confrontare quantitativamente il metodo idraulico con la perforazione meccanica.
Conclusione
L’idea dell'”acqua che scava il calore” ha quindi un fondamento reale, ma non deve essere confusa con una tecnologia già pronta.
Gli esperimenti scientifici hanno dimostrato che getti d’acqua ad alta pressione possono penetrare e disgregare materiali rocciosi, anche in condizioni di alta temperatura.
La ricerca contemporanea sulla perforazione geotermica considera inoltre i water jet ad alta pressione una tecnologia di interesse, pur evidenziandone i limiti ancora aperti.
La vera sfida non è dunque scavare “all’infinito”.
È individuare la minima profondità nella quale il calore disponibile, la geologia e il costo energetico della perforazione rendano il sistema complessivamente conveniente.
Questa trasformazione della domanda è fondamentale.
Non:
“Quanto possiamo scavare?”
ma:
“Quanto dobbiamo scavare per ottenere abbastanza calore?”
È una domanda molto più concreta e, soprattutto, sperimentalmente verificabile.
Fonti essenziali
- U.S. Geological Survey — dati sui gradienti geotermici: USGS — Geothermal gradients in the conterminous United States
- Kiyohashi, Tohoku University — esperimenti sul water-jet drilling di rocce calde: Water Jet Technology to Drilling Hot Dry Rock and Magma
- Hahn, Fraunhofer IEG — water jet drilling applicato alla geotermia: Water jet drilling technology for application in geothermal environments
- Stoxreiter et al. — progetto europeo ThermoDrill: combinazione perforazione rotativa + getto ad alta pressione: ThermoDrill — EU H2020
- Mahmoud & Gajbhiye, Geothermics, 2026 — rassegna sulle tecnologie avanzate di perforazione geotermica: Geothermal drilling technologies — Geothermics 2026
- Jia et al. — revisione della stimolazione idraulica negli Enhanced Geothermal Systems: Hydraulic stimulation strategies in enhanced geothermal systems
Nota: il testo analizza una possibilità tecnologica e non costituisce un progetto esecutivo. Una perforazione profonda reale richiede indagini geologiche, idrogeologiche, strutturali, energetiche, ambientali e autorizzative specifiche.
Disclaimer AI
Questo articolo è stato elaborato con il supporto dell’intelligenza artificiale. Le informazioni tecniche, scientifiche e le interpretazioni riportate hanno finalità esclusivamente informative e divulgative e non costituiscono un progetto ingegneristico, una certificazione tecnica né una garanzia di fattibilità.
Le fonti indicate sono riferimenti verificabili, ma dati, condizioni geologiche, prestazioni, costi e risultati possono variare sensibilmente in funzione del sito e della tecnologia utilizzata. Prima di realizzare qualsiasi perforazione o impianto geotermico è indispensabile una valutazione da parte di professionisti qualificati e il rispetto della normativa vigente.
L’ipotesi dell’utilizzo dell’acqua ad alta pressione per la perforazione geotermica deve essere considerata, allo stato dell’analisi, una possibilità tecnologica da verificare sperimentalmente e non una soluzione già dimostrata per l’uso domestico.
Hyłf Göt!
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