Energy tunnels: recommendations for investigation and parameter assessing

La gestione delle risorse energetiche è negli ultimi anni una delle questioni più rilevanti su scala mondiale. Considerando l'innalzamento incontrollato delle temperature del globo, dovuto principalmente all'eccesso di sfruttamento di risorse fossili e al conseguente inquinamento, nasce la necessità di individuare nuove tecnologie per poter sfruttare energie rinnovabili. L'energia geotermica rappresenta una valida alternativa rinnovabile, che garantisce un basso impatto ambientale e risparmi finanziari a lungo termine. Una modalità relativamente recente di sfruttare le risorse geotermiche è rappresentata dalle cosiddette "geostrutture energetiche": strutture geotecniche che, oltre al loro ruolo strutturale primario, possono essere equipaggiate con sistemi di tubi e utilizzate come scambiatori di calore. La tipologia analizzata nella trattazione è la galleria energetica, in grado di combinare, in una singola operazione, le funzioni strutturali ed energetiche su larga scala, sfruttando l'energia geotermica superficiale e coinvolgendo un maggior volume di terreno e di superficie per lo scambio di calore rispetto ad altre tipologie in uso, come i pali energetici. Al giorno d’oggi, per analizzare l'efficienza degli energy tunnels, sono state effettuate un numero ancora molto limitato di analisi numeriche e sperimentali. Le conoscenze relative all'attivazione energetica di una galleria performante risultano ancora modeste, confrontate con quelle di altre tipologie di geostrutture energetiche, nonostante i benefici ambientali ed economici che ne derivano. L'interazione idro-termo-meccanica tra gli elementi strutturali attivati della galleria e il terreno è ancora in fase di studio, le informazioni su questo tipo di comportamento sono ancora limitate. È importante valutare meticolosamente tutti i parametri geotecnici e termici al fine di ottimizzare il processo di progettazione e avere una valutazione accurata delle proprietà strutturali e della disponibilità di energia. In questo documento viene riportata una breve trattazione sui metodi di indagine in laboratorio e in situ, sia per i parametri geotecnici che per i parametri termici, i primi responsabili del comportamento strutturale, i secondi del comportamento termico in termini di efficienza energetica. Alcuni dei parametri geotecnici, inoltre, risultano influenzati dalla temperatura, come i parametri di deformabilità e la permeabilità, ed è necessario introdurre il concetto di comportamento termo-meccanico del terreno, il quale è condizionato anche da fattori quali la mineralogia, la densità, le condizioni di drenaggio, il contenuto di umidità e soprattutto il fattore di sovraconsolidazione (OCR). In questo scenario, l’elaborato si pone di evidenziare i parametri che più influenzano il comportamento termo-meccanico del sistema, non considerando ciò che concerne l'efficienza energetica. Un’analisi parametrica su un numero limitato di parametri è stata effettuata con l’ausilio del software di modellazione alle differenze finite, FLAC. Il fine ultimo risulta essere quello di poter valutare più coscientemente le procedure di indagine su cui è fondamentale soffermarsi nelle fasi di progettazione di un tunnel energetico, ottimizzando sia tempo che risorse economiche disponibili.