BICMIB - Blue-green infrastructures for the City of Milano in Bicocca

Severe and extreme weather events, such as droughts and floods, have increasingly impacted human-environment systems and are expected to intensify. Addressing this challenge is essential to build sustainable and resilient cities. This can be achieved through two complementary strategies: implementing Blue-Green Infrastructures for water and vegetation management and reducing CO2 emissions to mitigate climate change impacts. Blue-Green Infrastructures are designed to improve water management, promote biodiversity, reduce urban heat islands, and alleviate flood risks. This approach aligns with the European Green Deal’s goals, which include significant reductions in CO2 emissions by utilizing renewable energy sources like geothermal energy. In this study, a particular focus is given to low-enthalpy shallow geothermal systems, which are notably suitable and efficient in urban environments. The study area considered is the Milan Metropolitan Area, which is one of the most densely populated and industrialized regions in Europe. One important aspect analysed was the thermal properties of soils under different saturation levels using and confronting two different instruments applied for this scope, aiming to create a reliable methodology to obtain accurate values of thermal conductivity. Applying these tools can provide fundamental parameters for estimating the energy potential of geothermal systems. Additionally, were also investigated the hydrogeological parameters that govern Milan’s Metropolitan Area shallow aquifer. Retrieving trustworthy hydraulic conductivity values from grain size distribution analysis and classifying the considered layers in hydrofacies supported a deeper understanding of the local’s geological and hydraulic properties of the underground. Several numerical modelling were generated utilizing 3D finite-difference models with MODFLOW to simulate groundwater flow and thermal transport. The objective was to assess various geothermal system configurations. The findings revealed the importance of tailoring geothermal systems to the specific thermal and hydraulic properties of soils and groundwater. Optimal design significantly enhances systems’ efficiency, demonstrating the feasibility of improving energy production by installing specific geothermal configurations. An additional contribution was given by the municipality of Milan, which provided permits issued for the construction of geothermal systems in the city, in this way was possible to apply the theoretical outcomes to real case studies with arithmetic and statistical analysis. The database, developed through the digitalization and standardization of permit data, allowed the creation of spatial analyses of system performance. It also facilitates feasibility assessments for retrofitting existing installations into non-conventional configurations, offering a pathway to enhance efficiency and sustainability at a regional scale. Overall, the study underscores the potential of geothermal systems to contribute to urban sustainability by integrating energy and water management while reducing greenhouse gas emissions. By leveraging advanced modelling techniques and high-resolution data, the research provides a replicable framework for implementing geothermal solutions in metropolitan areas, addressing both environmental and socio-economic challenges.

Gli eventi meteorologici estremi, come siccità e inondazioni, hanno avuto un impatto crescente sui sistemi uomo-ambiente e si prevede che tali fenomeni si intensifichino ulteriormente. Per affrontare questa sfida, è essenziale creare città sostenibili e resilienti. Questo obiettivo può essere raggiunto attraverso due strategie complementari: l'implementazione di infrastrutture blu-verdi per la gestione delle risorse idriche e della vegetazione e la riduzione delle emissioni di CO2 per mitigare gli effetti del cambiamento climatico. Le infrastrutture blu-verdi sono progettate per migliorare la gestione idrica, promuovere la biodiversità, ridurre l'effetto isola di calore urbana e alleviare i rischi di inondazione. Tale approccio è in linea con gli obiettivi del Green Deal europeo, che include una significativa riduzione delle emissioni di CO2 attraverso l’uso di fonti di energia rinnovabile come l'energia geotermica. In questo studio, particolare attenzione è rivolta ai sistemi geotermici a bassa entalpia, specialmente adatti ed efficienti negli ambienti urbani. L'area di studio considerata è la Città Metropolitana di Milano, una delle regioni più densamente popolate e industrializzate d'Europa. Un aspetto importante analizzato riguarda le proprietà termiche dei suoli a diversi livelli di saturazione, utilizzando e confrontando due strumenti differenti progettati per questo scopo con l’obiettivo di creare una metodologia affidabile per ottenere valori accurati di conducibilità termica. L’applicazione di tali strumenti fornisce parametri fondamentali per stimare il potenziale energetico dei sistemi geotermici. Inoltre, sono stati indagati i parametri idrogeologici che governano la falda superficiale dell'area metropolitana di Milano. L’ottenimento di valori attendibili di conducibilità idraulica attraverso l'analisi della distribuzione granulometrica e la classificazione degli strati considerati in idrofacies ha supportato una comprensione più approfondita delle proprietà geologiche e idrauliche del sottosuolo locale. Sono stati generati numerosi modelli numerici utilizzando modelli a differenze finite tridimensionali con MODFLOW per simulare il flusso delle acque sotterranee e il trasporto termico. L’obiettivo era valutare diverse configurazioni di sistemi geotermici. I risultati evidenziano l'importanza di adattare i sistemi geotermici alle specifiche proprietà termiche e idrauliche dei suoli e delle acque sotterranee. Un design ottimale migliora significativamente l'efficienza dei sistemi, dimostrando la fattibilità di incrementare la produzione energetica attraverso l'installazione di configurazioni geotermiche specifiche. Un ulteriore contributo è stato fornito dal Comune di Milano, che ha messo a disposizione i permessi rilasciati per la costruzione di sistemi geotermici nella città. Grazie a questi dati è stato possibile applicare i risultati teorici a casi studio reali attraverso analisi aritmetiche e statistiche. Il database, sviluppato mediante la digitalizzazione e standardizzazione dei dati relativi ai permessi, ha consentito la creazione di analisi spaziali delle prestazioni dei sistemi. Ha inoltre facilitato le valutazioni di fattibilità per la riconversione di installazioni esistenti in configurazioni non convenzionali, offrendo un percorso per migliorare l’efficienza e la sostenibilità su scala regionale. Nel complesso, lo studio sottolinea il potenziale dei sistemi geotermici di contribuire alla sostenibilità urbana integrando la gestione energetica e idrica, riducendo al contempo le emissioni di gas serra. Sfruttando tecniche avanzate di modellizzazione e dati ad alta risoluzione, la ricerca fornisce un quadro replicabile per l’implementazione di soluzioni geotermiche nelle aree metropolitane, affrontando sia le sfide ambientali che quelle socioeconomiche.