Piattaforma per acqua, gas e calore
Gli accumulatori di calore a sonda sono sonde di terra che non solo trasportano il calore del terreno verso la superficie in inverno, ma possono anche restituire il calore dei mesi estivi al terreno in modo che possa essere nuovamente utilizzato in inverno, ad esempio per il riscaldamento. Tuttavia, sono state condotte poche ricerche sull'effetto di questo sbalzo di temperatura (fino a 50° C) sul suolo. Il regolare riscaldamento e raffreddamento delle sonde può influenzare i componenti chimici delle acque sotterranee e le comunità microbiche del suolo e dell'acqua. Come e in che misura ciò avvenga è ora oggetto del progetto di ricerca ARTS (Aquifer Reaction to Thermal Storage) dell'istituto di ricerca acquatica Eawag. Per il progetto di ricerca viene utilizzato uno scambiatore di calore a pozzo di proprietà dell'Eawag.
Nel campus di Dübendorf sono stati «affondati» 144 scambiatori di calore a pozzo. Si estendono fino a 100 metri di profondità e convergono in un locale interrato accanto al nuovo parcheggio multipiano. Sono monitorati e controllati dal sistema di gestione dell'energia (GAMS) del sito Empa/Eawag, poiché il campo sonde è integrato idraulicamente nel sistema energetico del campus. I valori misurati del serbatoio di accumulo vengono poi memorizzati nel database dell'edificio NEST di Empa ed Eawag e sono a disposizione dei ricercatori. Sono stati effettuati tre nuovi fori come punti di osservazione. Nei prossimi tre anni, campioni d'acqua verranno portati in superficie dal sottosuolo per fornire informazioni su come la microbiologia dell'ambiente reagisce alle sonde e sulla misura in cui la composizione chimica delle acque sotterranee viene influenzata.
I ricercatori utilizzano cinque pompe per estrarre campioni di acqua sotterranea dai tre pozzi prima, durante e dopo il contatto con le sonde. Nei primi anni del progetto, solo due delle tre stazioni di monitoraggio saranno rilevanti, poiché i confronti possono essere effettuati pochi mesi dopo la messa in funzione delle sonde. Tuttavia, potrebbero essere necessari diversi anni prima che le acque sotterranee provenienti dalle immediate vicinanze delle sonde raggiungano la terza stazione più lontana, poiché l'acqua scorre lentamente nel sottosuolo.
L'obiettivo del progetto è quello di approfondire le reazioni che questi tipi di serbatoi di calore innescano nelle acque sotterranee. Ciò include non solo l'idrogeochimica e la microbiologia, ma anche l'analisi di gas come l'ossigeno, il metano o l'anidride carbonica prodotti dall'effetto del calore nel suolo. Tali gas vengono consumati e prodotti principalmente dai batteri presenti nel sottosuolo, a seconda degli effetti del caldo e del freddo. A questo scopo, l'acqua della pompa confluisce nello spettrometro di massa GE-MIMS (noto anche come Mini-RUEDI) sviluppato presso l'Eawag. «Per i prossimi tre anni, i dispositivi mini-RUEDI misureranno i gas disciolti nelle acque sotterranee ogni ora, mentre 2,4 litri d'acqua vengono pompati nello spettrometro di massa ogni minuto», spiega Joaquin Jimenez-Martinez, responsabile del progetto e ricercatore del dipartimento Acqua e acqua potabile dell'Eawag.
I campioni d'acqua prelevati saranno inoltre regolarmente analizzati in laboratorio dai ricercatori dei dipartimenti di Microbiologia ambientale ed Ecologia acquatica dell'Eawag. Essi si stanno concentrando sulla questione di come cambia la diversità microbica sotto l'influenza di temperature di questa portata. Le tracce di DNA (il cosiddetto eDNA) possono essere utilizzate anche per determinare quali organismi popolano le acque sotterranee e se il loro numero e la loro distribuzione cambiano in seguito alle sonde geotermiche.
ARTS è sostenuto dall'Ufficio federale dell'energia e dai cantoni di Zurigo, Argovia, Turgovia, Zugo e Ginevra ed è gestito in collaborazione con Empa e Eawag. Anche i dipendenti degli uffici ambientali di Zurigo e Turgovia contribuiscono alla comprensione idrogeologica. Una collaborazione di questa portata non è comune e la velocità con cui è stato sviluppato il progetto è senza precedenti. «Ci sono voluti solo dieci mesi dall'idea iniziale nel corridoio dell'Eawag alla realizzazione dei fori per i sensori nel campus», spiega Jimenez-Martinez.
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