L’Istituto per la Ricerca sulle Acque Eawag ha recentemente avviato un progetto per studiare l’impatto dell’uso di scambiatori di calore in foro (BTES) sul terreno circostante, sulle acque sotterranee e sui microrganismi presenti. In collaborazione con l’Empa e il suo Demonstrator Energy Hub (ehub), il progetto viene sviluppato in un contesto unico presso il campus di Dübendorf.
Durante l’inverno, le pompe di calore geotermiche tradizionali estraggono calore dal terreno per riscaldare gli edifici. Le sonde geotermiche installate nei siti dell’Empa e dell’Eawag non solo estraggono calore in inverno, ma lo restituiscono al terreno nei mesi estivi per essere riutilizzato in inverno. La temperatura massima che può essere immessa nel serbatoio è di 65 gradi Celsius, un record unico in Svizzera. Di conseguenza, le temperature nel terreno possono raggiungere una media di 50 gradi Celsius.
Tuttavia, le reazioni del sottosuolo a tali serbatoi ad alta temperatura sono poco conosciute. Il progetto di ricerca ARTS (Aquifer Reaction to Thermal Storage) dell’Istituto per la Ricerca sulle Acque Eawag intende indagare come il riscaldamento e il raffreddamento regolari delle sonde a profondità fino a 100 metri possano influenzare i componenti chimici delle acque sotterranee e le comunità microbiche.
Un Progetto Unico
Nel sito di nuova costruzione del campus di Dübendorf, sono state installate 144 sonde geotermiche che raggiungono una profondità di cento metri. Queste sonde sono monitorate e controllate dal sistema energetico del campus Empa/Eawag (GAMS). I dati raccolti vengono memorizzati nel database dell’edificio NEST di Empa ed Eawag e sono accessibili ai ricercatori.
A gennaio, sono stati effettuati tre nuovi pozzi di osservazione delle acque sotterranee per raccogliere campioni d’acqua e studiare la reazione della microbiologia e della composizione chimica dell’acqua. Cinque pompe estrarranno campioni dai tre pozzi prima, durante e dopo il contatto con le sonde geotermiche. Nei primi anni del progetto, solo due delle tre stazioni di monitoraggio saranno rilevanti per i confronti, poiché l’acqua impiega anni a spostarsi lentamente nel sottosuolo fino alla terza stazione.
Spettrometro di Massa Miniaturizzato
L’obiettivo del progetto è comprendere le reazioni innescate dall’accumulo di calore nelle acque sotterranee, inclusa l’analisi dei gas come ossigeno, metano e anidride carbonica. Questi gas, consumati e prodotti dai batteri nel sottosuolo, sono influenzati dal calore. L’acqua estratta dalla pompa viene analizzata dallo spettrometro di massa GE-MIMS (Mini-RUEDI) sviluppato presso Eawag, che misurerà i gas disciolti ogni ora.
L’acqua campionata viene anche analizzata regolarmente dai ricercatori dei dipartimenti di Microbiologia Ambientale ed Ecologia Acquatica dell’Eawag. Essi studiano come la diversità microbica cambia sotto l’influenza delle temperature elevate e utilizzano tracce di DNA (eDNA) per determinare quali organismi popolano le acque sotterranee e come variano in risposta alle sonde geotermiche.
Interesse Federale e Cantonale
La Svizzera, con la più alta densità di sonde geotermiche in Europa, vede un grande interesse in questo progetto da parte dei Cantoni e del governo federale. La transizione energetica ha aumentato la domanda di nuove opzioni per la generazione e l’immagazzinamento di energia stagionale. Il progetto ARTS è supportato dall’Ufficio Federale dell’Energia e dai Cantoni di Zurigo, Argovia, Turgovia, Zugo e Ginevra, in collaborazione con l’Empa e l’Eawag. Anche gli uffici ambientali di Zurigo e Turgovia contribuiscono alla comprensione idrogeologica. La rapida realizzazione del progetto dimostra l’urgenza del problema. “Ci sono voluti solo dieci mesi dall’idea iniziale alla realizzazione dei fori per i sensori nel campus,” spiega Joaquin Jimenez-Martinez, responsabile del progetto e ricercatore del dipartimento Acqua e Acqua Potabile dell’Eawag.
