Energia Nucleare: tutte le implicazioni e i problemi di una scelta difficile.

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Il Governo Berlusconi ritorna a parlare di nucleare. In questi 13 anni in realtà si è sempre avuto il sentore che nel 1987 si sia fatto un errore. Presi dal terrore che un nuova nuvola di Chernobyl potesse coprire i cieli d’Italia e d’Europa, gli italiani hanno scelto di rinunciare al nucleare.

Delle quattro nostre centrali, una era già stata chiusa qualche anno prima, due avrebbero avuto vita breve, forse altri 3-4 anni, ma una, quella di Caorso, la più potente, non aveva neanche 10 anni e questa è oggi una delle candidate alla riapertura.

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Che cos'è l'energia atomica e come funziona una centrale nucleare?

L’energia che tiene legate le parti del nucleo (protoni e neutroni, chiamati nucleoni) è detta energia di legame nucleare ed è pari all’energia che si dovrebbe cedere al sistema per separare i nucleoni. Cedendo energia, per la relazione di Einstein (E=mc2) è come se si “regalasse” massa e di conseguenza diminuisse la massa del singolo nucleone. La differenza è chiamata difetto di massa. L’energia di legame non è quindi uguale per tutti ed è caratteristica per ogni isotopo (atomo con differente numero di neutroni). Se un sistema passa da un atomo con meno energia di legame ad uno con più energia, i singoli nucleoni passano da uno stato con massa maggiore ad uno con massa minore e la differenza di massa viene liberata sotto forma di radiazioni e calore (E=difetto di massa * c2).

Gli atomi con maggiore energia sono quelli che pesano fra i 50 e i 100 nucleoni. Imprimendo ad un atomo pesante un’energia sufficiente alla sua rottura (o fissione) in due parti, si passa a livelli di energia maggiori, ottenendo una scomparsa di massa per nucleone equivalente alla comparsa di energia. La fissione (dal latino findere = spaccare) e la fusione (fondere = unire) seguono questa legge, l’una partendo da atomi pesanti, l’altra da elementi leggeri.

È come se colpendo una mela si formassero due mezze mele e tanti pezzettini venissero sparati attorno e alcuni di questi pezzettini si trasformassero in energia.

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I materiali che possono essere colpiti da un neutrone e possono dare origine ad una reazione sono l’uranio 233, il plutonio 239 e l’uranio 235, detti materiali fissili. È proprio quest’ultimo l’elemento di partenza più comune che però in natura si trova in quantità molto ridotte, lo 0,7% dell’uranio complessivo. È necessario quindi procedere all’ “arricchimento” dell’Uranio 238, aumentando fino al 3% la quantità dell’isotopo 235.

A questo punto la reazione può aver luogo, l’isotopo è colpito, libera energia e altri neutroni andranno a colpire altri elementi, scindendoli in altri elementi più piccoli. Ci sono circa 40 combinazione possibili che a loro volta possono dar luogo ad altre reazione o decadere liberando radiazioni Beta.

Oltre ai materiali fissili, ci sono poi i materiali fertili, l’uranio 238 e il torio 232 che se vengono bombardati con neutroni lenti si trasformano rispettivamente in plutonio 239 e uranio 233, i fissili visti prima. Le centrali che utilizzano questi elementi vengono chiamate “autofertilizzanti” poichè si producono da sole il materiale fissile necessario.

I neutroni che vengono liberati nelle reazioni non vanno tutti a colpire altri elementi innescando nuove reazioni a catena ma in parte vengono assorbiti. Perché una reazione a catena proceda a velocità costante, ogni fissione deve generare una sola nuova fissione (K=1). Per assorbire i neutroni in eccesso e rallentare o fermare la reazione a catena, tra le barre di combustibile (uranio, torio, o plutonio) di forma esagonale ci sono degli spazi per barre di cadmio o bario che assorbono un gran numero di neutroni. Se le barre di cadmio o bario vengono calate completamente, tutti i neutroni vengono assorbiti (K=0) e la reazione di spegne in una mezz’ora circa, anche se il decadimento degli elementi produce valori importanti di calore per qualche ora.

Nelle centrali di prima generazione (PWR a pressione, BWR ad acqua bollente, CANDU a deuterio) il nocciolo (dove sono le barre) è immerso in acqua che funge sia da assorbitore di neutroni sia da vettore (pressurizzata o in vapore) del calore. Ricordate qualche film di 007 che passeggia sui reattori immersi in acqua?

Le centrali di seconda generazione sono caratterizzate per avere grafite invece di acqua come moderatore di neutroni. La grafite ha infatti una maggiore capacità di assorbire calore in caso di guasti. Per una centrale di prima generazione da 1 GW il calore emesso dai prodotti di fissione (quindi a reazione ferma K=0) sarebbe di 210 MW termici capaci di generare le prime rotture dopo appena 50 secondi, ad una temperatura di 1650 gradi. Con la grafite ci vorrebbe un’ora per raggiungere tale temperatura e si può resistere fino a temperature di 2.200 gradi, valore raggiungibile in 10 ore, tempo più che sufficiente per prendere le necessarie precauzioni e riportare il sistema a regime. In questo sistema il vettore refrigerante è un gas, elio o anidride carbonica, che non diventano radioattivi e che, anche in caso di fessure dell’involucro, non avrebbero la forza di uscire in grandi quantità a causa della perdita di pressione.

Problemi

Problema N. 1: le scorie

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Il problema più grande delle centrali nucleari sono le scorie. Le scorie sono i prodotti della reazione primaria (fissione dell’uranio) che continuano a decadere o dividersi, generando calore sotto forma di radiazione. Tale processo di decadimento può durare milionesimi di secondo per alcuni elementi o milioni di anni per altri. Dove sistemare questi elementi? Finchè producono energia sufficiente li si lascia nel reattore. E poi? In teoria devono essere stoccati in apposite costruzioni, sotto terra, o in edifici in superficie appositamente schermati, in pratica, talvolta, seguono altre strade: alcune vanno a fare da sottofondo a strade africane, altri vanno in petroliere che stranamente sprofondano nei mari, anche di casa nostra, altri sono abbandonati in qualche entroterra sconosciuto di Paesi lontani.

Dove possono essere sistemati i depositi per i rifiuti tossici? È necessario che il terreno non sia sismico, sia lontano da abitazioni o aree urbanizzate e che sia lontano da falde acquifere. Quali sono queste aree? In Italia pare nessuna. Per anni si è cercato di individuare un sito per il deposito nazionale e dopo aver individuato una miniera di sale in profondità in Basilicata, l’opposizione dei cittadini ha impedito il proseguimento del progetto. L’Italia è un Paese altamente sismico e fortemente urbanizzato (trovate un posto dove non ci sia qualche casetta o capannone?) e difficilmente si riuscirà a trovare un luogo idoneo senza una forzatura da parte del Governo. E non è che non abbiamo bisogno di un deposito dato che non abbiamo centrali. Gli ospedali producono materiale radioattivo perché alcune terapie necessitano l’utilizzo di isotopi instabili che vanno a colpire particolari organi da distruggere perché malati. Un esempio è lo Iodio 131. La tiroide è una gran mangiatrice di Iodio (ecco perché si usa il sale iodato) ma a volte, se ammalata, la si deve asportare e i residui vanno rimossi dandogli “bocconcini avvelenati” di I-131. Ma non ci sono solo ospedali, ci sono centri di ricerca e università. Dove va a finire tutta questa roba ch si unisce ogni anno ai residui delle nostre vecchie centrali ferme? In depositi temporanei, temporanei forse per sempre o finché qualche Presidente non deciderà di cambiare nome e farli diventare “definitivi”

Problema N. 2 – Dove?

siti_nucleariAmmesso che venga prima definito costruito un deposito nazionale, dov’è che si potrebbero installare le centrali? Chi accetterebbe di affacciarsi alla finestra e ammirare i prodigi dell’ingegneria nucleare in una novella Springfield (quella dei Simpson)?

Si propongono i nomi di Caorso, Trino Vercellese (Vercelli), riaccendendo le vecchie centrali, in una zona a basso rischio sismico nella Pianura Padana e alta disponibilità di acqua di fiume. Poi si pensa a Montalto di Castro (VT), area scarsamente sismica e vicino al mare da dove approvvigionarsi di acqua, poi Termoli (CB), Monfalcone (Go) Scanzano Jonico (Matera), Palma (Ag), Oristano, Chioggia (Ve) e Porto Tolle (Ro), al posto dell’attuale centrale a carbone. Totale 10 centrali. Ma perché farne 10 e non 2 o 3? Perché l’uranio costa e l’Italia non lo produce. È necessario quindi acquistarne una certa quantità per ottenere delle economie di scala (uno sconto sull’acquisto). Ma i Teramani, i Sardi, i Molisani accetteranno il nuovo affaccio alla finestra? Accetteranno i Veneziani di avere una centrale alla fine della laguna, a Chioggia, e una poco più giù, tra la foce dell’Adige e la foce del Pò, Porto Tolle? E una poco più sopra, a Monfalcone?

Pare di no dato che 10 regioni avevano fatto ricorso contro la legge 99 del 2009, che delega al governo la riapertura degli impianti nucleari, ricorso bocciato poi dalla Corte Costituzionale.

 

Problema N. 3 – Import export

uranioUn tempo, all’inizio della nostra era industriale ottocentesca, l’energia era prodotta grazie ai grandi impianti idroelettrici alpini e appenninici che coprivano abbondantemente il nostro fabbisogno. Tali centrali non erano solo opere di ingegneria ma anche di architettura che mischiavano tecnica e arte. Dove andiamo a prendere le nostre fonti energetiche oggi? Da Algeria e Russia principalmente, poi Libia e Francia. E con il nucleare? Non cambierebbe molto. L’’Italia non ha depositi di uranio mentre gran parte delle riserve e della produzione è concentrata in tre soli paesi, l'Australia, il Canada e il Kazakhstan che detengono circa il 58% delle riserve note ed economicamente estraibili (dati 2009). Questi i maggiori produttori d'uranio nel 2003: Canada (10.457 tonnellate), Australia (7.572), Kazachistan (3.300), Niger (3.143), Russia (3.150), Namibia (2.036), Uzbekistan (1.770), USA (846), Ucraina (800), Sudafrica (824), Cina (750).

C’è poi l’uranio proveniente dal disarmo che potrebbe corrispondere al 10/12% della domanda nei prossimi 10 o 15 anni. Il nucleare non risolverebbe quindi il problema degli approvvigionamenti, né il conseguente rischio geopolitico, motivo per cui si stanno realizzando i gassificatori che permettono di diversificare i fornitori di gas naturale.
A questa produzione molto concentrata in pochi Paesi, si aggiunge la poderosa crescita demografica ed economica di Paesi come Cina, India e Brasile che devono rispondere in tempi rapidi al forte incremento di domanda di energia della loro economia. Loro sì stanno investendo nel nucleare e sono i nuovi compratori di uranio nel mercato mondiale. Ma se lo possono permettere, anche se il costo dell’uranio o altro combustibile dovesse crescere, avendo economie che crescono del 7/8% l’anno. Uno scenario ben diverso da quello delle stanche economie europee.

Com’è che cantava Shakira? “Waka waka, it’s time for Africa”. Esatto, e se anche l’Africa tra 20/30 anni dovesse iniziare una crescita economica non come quella Ccnese ma comunque importante, magari trainata da investimenti Arabi e Cinesi? Intanto, in attesa che “il secolo dell’Africa” mostri i suoi segni, il prezzo dell'uranio sul mercato mondiale è già cresciuto dai 7 dollari per libbra del 2001 ai 135 dollari per libbra del 2007.

È in questo contesto che si colloca la nostra scelta di tornare al nucleare. Un Paese piccolissimo, con un’economia debole, con una democrazia traballante, non produttore del combustibile, con un deficit altissimo e quindi con bassa capacità di acquistare merce dall’estero.

Problema N. 4 – Etica

Un po’ di etica non guasta, specialmente in un Paese dove non se ne parla mai. L’Italia, pur avendo chiuso le centrali nucleari, e avendo quindi in teoria chiuso la porta all’atomo da un punto di vista legale, di marketing e specialmente morale, in realtà ha continuato ad occuparsene. Abbiamo continuato a costruire centrali oltralpe e abbiamo continuato a comprare energia prodotta da centrali nucleari dall’estero. Insomma abbiamo detto “dato che abbiamo troppa paura delle conseguenze del nucleare, andiamo a farle fuori dal nostro Paese e poi l’energia ce la ricomprimo”.

Metà del reattore della Superphenix 1, una delle più grandi e tecnologicamente avanzate centrali nucleari centrali francesi, costruita a Creys Malville, è stata costruita dalla Francese EdF, dalla Tedesca RWE e dell’Enel al 33% più altre aziende minori. Per quanto riguarda l’isola nucleare, il 40% è stato costruito da aziende italiane e un terzo della produzione passava al di là delle Alpi verso l’assetata penisola.

Tale comportamento non avrebbe dovuto essere quello di un Paese che con consapevolezza rifiuta l’uso di una fonte energetica, ma questa è stata la nostra storia, un’ulteriore pagina che non ci fa certo onore.

Inoltre la mancanza di un serio piano energetico nazionale ha fatto sì che il buco creato dalla mancanza dell’energia nucleare fosse rimpiazzato dal termoelettrico, ossia petrolio e gas. Una sola centrale termoelettrica da 1000 MW di metà anni ’80 scaricava mediamente ogni secondo 270 kg di anidride carbonica e 4,5 chili di anidride solforosa che si stima provocare 25 decessi, 60.000 casi di malattie respiratorie e danni agli oggetti per più di 15 milioni di dollari, oltre a ossidi di azoto e benzopirene (dati della National Academy of Science). Anche se gli impianti hanno aumentato notevolmente la loro efficienza, ancora oggi una centrale a carbone pulito (di cui Prodi era un grande fan) da 500 MW produce circa 3 milioni di tonnellate l’anno di CO2 (pewclimate.org). Non male se si definisce “pulito”.

Quale energia per quale futuro

Puntare sulle rinnovabili dicono alcuni. Ma quali? Il fotovoltaico esiste solo grazie ai sussidi statali (cioè alle tasse pagate dai cittadini) e buona parte vanno nei bilanci di ditte cinesi e tedesche dato che in Italia ancora non esiste una filiera completa dell’industria fotovoltaica.

Le biomasse vanno bene ma i tristi episodi delle immondizie di Napoli dimostrano che non sempre si riesce a condurre una raccolta differenziata rigorosa. Talvolta poi la parte umida dei rifiuti urbani (FORSU) o i reflui degli allevamenti vengono mischiati con biomasse vegetali che necessitano di grandi estensioni di terreni, cosa che in Italia non abbonda come in Brasile o in Cina. eolico? Tale tecnologia applicata su impianti industriali sta dando sempre più problemi per i danni alla salute. Il rumore a bassa frequenza crea infatti stress che può arrivare a causare tumori, oltre alla perdita totale di valore delle abitazioni.

Forse la soluzione migliore è il risparmio energetico e il miglior sfruttamento dell’energia solare.

La città solare

Generazioni di architetti hanno parlato di “città solari”, ossia di città costruite secondo criteri meteorologici che massimizzassero il guadagno di calore dal sole, garantendo allo stesso tempo interni freschi e ventilati. Ma anche i consumi elettrici possono trovare risposta dal sole grazie alle nuove tecnologie del Concentrated Solar Power (CSP).

Esistono quattro modalità di sfruttamento del sole a livello industriale.

Termodinamico: la radiazione solare viene concentrata nel fuoco della parabola dove scorrono dei sali che fanno da vettore portando il calore ad un circuito secondario di acqua che va in turbina.

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Lineare Fresnel: è un termodinamico con la differenza che gli specchi sono piani e non parabolici e ruotano durante le ore del giorno

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A torre: la radiazione solare viene concentrata su un punto in cui c’è una costerna d’acqua che viene portata in pressione e alimenta una turbina. Impianto molto diffuso nei deserti dell’Ovest Americano. Un esempio tutto italiano è la centrale Archimede appena inaugurata in Sicilia.

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Fotovoltaico a concentrazione: la radiazione viene concentrata nel fuoco di UNA parabola dove è posizionata una cella fotovoltaica che produce energia elettrica in CC (corrente continua). Rispetto al FV tradizionale qui si ottiene un enorme aumento di efficienza della cella, che è la parte più costosa di un impianto fotovoltaico a causa del lungo e costoso processo di produzione.

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Alcune previsioni vedono come sia questa la fonte di energia del futuro con una produzione concentrata nei Paesi Mediorientali e Nordafricani (MENA)

Nel 2050 si prevede che i maggiori contributi nella produzione energetica verranno da idroelettrico (in percentuale uguale ad oggi), eolico (con un’importante crescita tra 2010 e 2030) e CSP importato con la scomparsa della fonte nucleare nel 2040. In Europa in particolare il 65% delle energie sarà rinnovabile propria, il 17% importata di origine solare e solo il 18% da fonte fossile, a copertura di guasti e per picchi di domanda.

Impossibile? In Spagna sembra proprio di no. In Italia c’è solo un impianto termodinamico da 5 MW alle porte di Siracusa. Ma sempre nell’ambito del termodinamico, la Spagna ha in costruzione 10 impianti da 100 MW e 20 impianti da 50 MW . Il più grande impianto di questo tipo è in California (354 MW) seguito dall’impianto Andasol (100 MW) a Granada in Spagna. La tipologia a torre è particolarmente diffusa nell’interno della Spagna.

In alcuni Paesi si stanno quindi accumulando importanti conoscenze (skills dicono gli amanti delle dottrine aziendali) che potranno essere sfruttate non solo per l’installazione di nuovi impianti ma anche per consulenze all’estero e la nascita di nuove aziende.

In Italia, nonostante l’immobilità del Governo, qualcosa è iniziato a muoversi e delle aziende si sono consorziate per offrire pacchetti completi ad eventuali investitori ma è tutto in una fase embrionale e l'inaugurazione del nuovo impianto Archimede può fungere da spinta.

Allora questa è l’unica risposta alle necessità energetiche europee? Forse sì, forse no. Speriamo solo che i politici lascino il posto a chi conosce il tema e siano promotori di un serio dibattito scientifico sul futuro delle energie in Italia. Churchill diceva che gli Italiani affrontano una partita di calcio come fosse una guerra e una guerra come una partita di calcio. Speriamo che la battaglia per l’approvvigionamento energetico non sia trattato come una partita di calcio tra chi è favore del nucleare e chi è a favore delle rinnovabili o del sole, ma sia trattata come argomento scientifico. Perché l’ambiente non è di destra o di sinistra, di questo o quel governo, l’ambiente è di tutti, specialmente dei nostri figli.

Massimo Andriolo