Baraonda energetica, VII: il nucleare, quarta parte

Quarta parte sull’analisi dell’energia nucleare, incentrata sui costi del nucleare civile.

Quanto costa costruire una centrale nucleare?
In termini assoluti, a parità di potenza reale prodotta, costa parecchio rispetto ad impianti a carbone o a gas, intorno rispettivamente al 50-200% in più. Rispetto ad impianti eolici e solari, invece, nettamente meno. In uno studio del Massachussets Institute of Technology (MIT) del 2003, il costo “sulla carta” di una centrale nucleare viene stimato in circa duemila dollari al kW di potenza installata. Pareggiando il valore del dollaro con l’euro (in maniera generosa, visto che oggi la divisa europea vale il 50% più di quella americana), ciò significa che una centrale nucleare da 1 GW di potenza nominale di tipo “classico” PWR/BWR, o magari qualche sua evoluzione come l’EPR, costa nominalmente due miliardi di euro: valore circa doppio di quello di una centrale a carbone, e circa triplo di quello di una centrale a gas a ciclo combinato.

Tra le centrali di produzione “massiccia”, si tratta certamente della spesa più ingente. La stima del MIT non è l’unica (alcune altre riportano 1200-1500 euro al kW installato) ma rende l’idea delle cifre in gioco. Questo fa capire che la costruzione delle centrali nucleari sia possibile solo grazie all’azione di grandi banche o dello Stato, il che si traduce in un’ulteriore incremento delle spese dovute agli interessi annuali. La cosa si fa più onerosa se si considera che i tempi di costruzione delle centrali nucleari non sono brevissimi: se sulla carta i tempi di costruzione dovrebbero essere sui quattro anni (con costruttori come l’americana Westinghouse che dichiarano 36 mesi per il completamento di una centrale), è possibile che ci possano essere dei ritardi che facciano slittare il momento in cui la centrale produrrà effettivamente elettricità, e che aumentino gli interessi sul prestito iniziale. Il già citato reattore finlandese di Olkiluoto-3, pur avendo la “scusante” di essere il primo reattore di tipo EPR al mondo, è in costruzione dalla primavera del 2005 ma per problemi varî non entrerà in produzione prima del 2010, quando la compagnia francese Areva aveva previsto inizialmente la piena operatività alla fine del 2008. C’è da ricordare, tuttavia, che alcuni recenti reattori costruiti in Cina, con uno stretto controllo sui tempi e sul budget, sono stati completati secondo la tabella di marcia.

Stimando un tasso d’interesse del 5% annuo, e tempi di costruzione di circa sei anni, l’investimento totale per un reattore da 1 GW può essere stimato in circa 2.68 miliardi di euro. Per i reattori di tipo CANDU i costi lievitano ulteriormente, soprattutto a causa dell’uso di acqua pesante pura al 99.75%, ma sono generalmente compensati da altri vantaggi, tra cui una maggiore efficienza complessiva e l’assenza della necessità di impianti di arricchimento dell’uranio. L’evoluzione ACR-1000, reattore di III generazione, fissa come obiettivo un costo di 1000 dollari al kW installato.

Non è finita. A questi costi, valevoli con diversi parametri anche per centrali termoelettriche o idroelettriche, si devono aggiungere anche quelli specifici di smantellamento (il tecnico termine inglese è decommissioning), cioè di quei costi necessari per la messa in sicurezza dei reattori nucleari dopo che hanno esaurito il loro ciclo vitale. Questa pratica è fondamentale perché i reattori risultano contaminati dopo un utilizzo lungo decenni. Uno studio del 2003 dell’Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico (OCSE) stima, sempre per un reattore da 1 GW, costi di smantellamento di 200-500 milioni di dollari per il tipo PWR, 300-550 per un BWR e 270-430 per un reattore CANDU. Il costo dello smantellamento può anche non essere compreso nell’investimento iniziale ma ricaricato preventivamente sul costo del kilowattora prodotto.

In soldoni, quanto ci costerebbe l’energia prodotta da una centrale nucleare?
Ai costi di costruzione della centrale, vanno aggiunti quelli per le operazioni e la manutenzione (abbreviato generalmente O&M) dell’impianto, quelli per il suo smantellamento, e quelli per il combustibile. Il già citato studio del MIT è autorevole ma pecca in difetto per alcuni fattori: in primis, la vita media di un reattore nucleare si può stimare in 40 anni, ma con progetti recenti potrebbe arrivare anche a 60; come secondo punto, stima un costo per l’O&M di 1.5 centesimi di dollaro al kWh prodotto, affermando che 1.3 centesimi sono un limite minimo per il caso americano, mentre invece è addirittura superiore alla media del 2007 di 1.29 centesimi al kWh, riferito a tutta l’industria nucleare civile americana, e già nel 2003 tale valore era di 1.4 c$/kWh (si noti come, naturalmente, i costi di O&M per le centrali nucleari siano sensibilmente più alti rispetto a quelli di altri tipi di centrali); ed in terzo luogo, stima come caso migliore un’efficienza dell’impianto (cioè, come rapporto tra energia effettivamente prodotta e quella che nominalmente potrebbe produrre) dell’85%, quando le centrali nucleari statunitensi sono ben oltre tale valore, arrivando al 91.8% di efficienza, e niente vieta di raggiungere efficienze maggiori con i reattori più moderni. Il reattore coreano Wolsong-4, di tipo CANDU, ha un’efficienza del 97.2%. In sostanza, lo studio del MIT sembra che miri a scoraggiare il nucleare, al fine però di adottare un più massiccio uso di gas e carbone, con il quale il nucleare è paragonato.

Stimando dunque, in un caso plausibilmente ingeneroso, un’efficienza dell’impianto del 90% ed una vita di 40 anni, si ha che il reattore nella sua vita produrrà circa 315.6 miliardi di kWh di energia elettrica, su ognuno dei quali il costo della costruzione della centrale peserà per circa 1.9 centesimi di euro. Ipotizzando un (generoso, secondo i dati OCSE) costo di smantellamento di 600 milioni di euro, ci si devono aggiungere circa 0.19 centesimi di euro. Per i costi di operazioni e manutenzione, si può considerare la media americana di 1.3 centesimi al kWh, e paragonarla ancora una volta con gli euro. Inoltre, c’è da considerare il consumo del combustibile nucleare: a differenza di altri impianti, quali il carbone ed il gas, tale voce è solo marginale nella produzione di energia elettrica, e si riporta un valore di 0.47 centesimi al kWh per l’industria nucleare americana del 2007 (di 69 reattori PWR e 35 BWR), comprendenti i costi di estrazione ed arricchimento dell’uranio e la costituzione del fondo per lo stoccaggio dei rifiuti. In totale, dunque, un kilowattora di energia elettrica prodotto da una centrale nucleare costa circa 3.85 centesimi di euro. Si noti che un utente privato italiano paga un kWh di elettricità circa 19 centesimi, un valore quasi 5 volte superiore.

C’è da aggiungere che alcuni parametri di costo possono essere assai variabili. Nel conto, si sono considerati i riferimenti dell’industria nucleare americana, efficiente e con tanta esperienza alle spalle, per cui i costi di O&M e del combustibile potrebbero anche raddoppiare in un ipotetico caso italiano. D’altra parte, si può ipotizzare una vita della centrale più lunga; conti più affidabili sul capitale iniziale (che non viene stanziato tutto all’inizio); efficienze migliori dei nuovi impianti e così via. C’è da dire che, nonostante queste variabili, il nucleare rimane comunque una fonte energetica economicamente competitiva: ricordando ancora lo studio del MIT, esso riporta come valori più ottimistici rispettivamente 4.4 e 3.8 centesimi al kWh per impianti a carbone e a gas a ciclo combinato. La convenienza dell’energia nucleare può anche dipendere dalla presenza o meno della carbon tax, che viene applicata alle centrali a carbone, petrolio o gas ma non a quelle nucleari.

A titolo di confronto, i soli costi di costruzioni della centrale solare termodinamica spagnola di Andasol-1, calcolati su un tempo di 40 anni, incidono su ogni kWh prodotto dalla centrale per ben 11.4 centesimi di euro al kilowattora; il costo un turbogeneratore eolico da 2 MW di potenza nominale e dal costo di 3.5 milioni di euro, operante per 30 anni con un’efficienza del 25%, inciderebbe per 5.2 centesimi al kWh, ancora una volta senza contare i costi di O&M (di cui mancano dati abbastanza affidabili).

Come funzionano i reattori nucleari autofertilizzanti?
L’uranio-238 non è un materiale fissile, cioè non subisce una fissione nucleare tramite bombardamento di neutroni. Tuttavia, è un materiale fertile, cioè può essere trasformato in materiale fissile. Questo avviene tramite il bombardamento con neutroni veloci (cioè neutroni con energia cinetica di almeno 1 MeV, megaelettronvolt), che trasmutano l’238U in 239Pu (plutonio-239) in circa un paio di giorni, e tale materiale è infine fissile. Il concetto di reattore autofertilizzante (breeder, in inglese) sta proprio nel principio secondo cui esso genera il materiale fissile di cui ha bisogno. Addirittura, i reattori autofertilizzanti ad uranio-plutonio (come vengono detti) possono produrre più combustibile di quanto ne consumino!

I principali ostacoli alla costruzione di reattori autofertilizzanti risiedono nel fatto che l’utilizzo di neutroni veloci implica un uso particolare di materiali e di sistemi di raffreddamento, che rendono la centrale economicamente meno conveniente di quelle tradizionali a fissione, ed il costo praticamente nullo del combustibile viene superato dagli aumentati costi di esercizio. In futuro, però, le cose potrebbero cambiare.

Quelli descritti sono i cosiddetti fast breeder, cioè reattori autofertilizzanti a neutroni veloci. Esiste, come già accennato, un ciclo autofertilizzante che però coinvolge il torio-232, fertile, che viene tramutato in appositi reattori (come il CANDU) in uranio-233, che è un isotopo fissile. I vantaggi di questa reazione sono notevoli, a partire dal fatto che si usano neutroni termici e non veloci, e che le scorie radioattive così prodotte diventano meno radioattive dell’uranio naturale già dopo circa un secolo dalla loro produzione.

Possiamo coprire tutto il nostro fabbisogno di energia elettrica con le centrali nucleari?
No. La questione è semplice: una centrale nucleare non è un dispositivo capace di accendersi e spegnersi all’istante, né è capace di variare in tempi brevi la potenza prodotta. Ci sono tempistiche dell’ordine di uno o due giorni. Dunque, si può dire che una centrale nucleare debba sempre andare al massimo del suo regime, tranne nei giorni di manutenzione e rifornimento. Il fatto è, però, che il consumo di energia elettrica (in Italia, ma similmente anche in qualsiasi altro Paese del mondo) non è costante ma varia durante il giorno, dai circa 50 GW del dì sino ai 28 GW nelle ore notturne. Se si producessero più di 28 GW di energia elettrica dal nucleare, ci sarebbe della potenza in più che non utilizzeremmo, e che potremmo vendere all’estero solo se in quantità non eccessive.

Dunque, verosimilmente, si può produrre sino al 50-55% del proprio fabbisogno elettrico senza causare problemi di sovrabbondanza e lasciando spazio di “manovra” per ulteriori pianificazioni energetiche, ma oltre non è forse conveniente spingersi. Il caso della Francia, che produce elettricità dal nucleare per il 78% del proprio fabbisogno, è piuttosto al limite: è noto che i Transalpini sono grandi esportatori di elettricità, verso l’Italia in particolar modo, ma è ben difficile che potranno estendere tale percentuale.

In Italia non siamo capaci di gestire neppure i rifiuti solidi urbani, figuriaci quelli radioattivi! Non possiamo permetterci il nucleare.
Sono affermazioni che fanno del disfattismo la propria base, ma che non hanno argomentazioni serie a proprio supporto. L’Italia è in grado di produrre personale tecnico per centrali nucleari di prim’ordine, e l’ENEL sta acquisendo esperienza nella costruzione di reattori nucleari. Del resto, il nostro Paese è già stato una potenza dell’industria nucleare civile, e nulla vieta che possa ridiventrarlo.

Con questo concludo la serie di articoli riguardanti il nucleare. Una serie corposa, e che tuttavia omette ancora una notevole quantità di dettagli ampiamente divulgabili senza scendere troppo nel tecnico. Ma è ormai tempo di passare ad altre fonti.

Precedenti articoli sulla questione energetica:

Published in: on martedì, 19 agosto 2008 at 0.02  Comments (12)  
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Baraonda energetica, VI: il nucleare, terza parte

Continuo la disquisizione sul nucleare, parlando di economia, sicurezza e fattibilità del nucleare. Purtroppo, data la complessità dell’argomento trattato, mi rendo conto che è necessaria almeno una quarta parte affinché si trattino tutti i punti con un dettaglio sufficiente per un livello divulgativo. Questo fa sì che gli altri due articoli che ho scritto, uno sull’energia solare ed uno sull’eolica, sembrano appena abbozzati; ed in fondo così è. Ma dato che l’Italia parebbe apprestarsi a ritornare sulla via del nucleare civile, preferisco chiarire il più possibile i punti a riguardo, per riservare in futuro ulteriori delucidazioni sulle altre fonti energetiche.

Quanto è sicura una centrale nucleare?
È una domanda cui non si può rispondere in maniera univoca, ma a grandi linee si può dire: molto. Si tratta di impianti complessi e che trattano reazioni potenzialmente molto pericolose, e dunque sono progettati per prevenire, controllare e resistere ai danni molto più delle comuni centrali termoelettriche. Anche il personale è grandemente specializzato.

Nella storia del nucleare civile, si sono avuti decine di incidenti alle centrali nucleari, di vario tipo, ma quelli che hanno comportato la morte del personale della centrale o rischi più che minimi alla popolazione locale si contano sulle dita della mano. Gli incidenti alle centrali nucleari sono classificati secondo la scala INES (International Nuclear Event Scale), una scala qualitativa dal valore di 0 a 7 con andamento basilarmente logaritmico (nel senso che un incidente di livello 7 è circa 107 volte più pericoloso – a livello di contaminazione – di un evento di livello 0). Gli eventi sino al livello 3 sono classificati come guasti, cioè come malfunzionamenti di varia gravità ma senza danni sensibili all’ambiente ed alla popolazione esterna, con esposizione alle radiazioni ben al di sotto dei limiti di legge. Dal livello 4 in poi sono incidenti che possono prevedere eventuali opere di bonifica all’esterno.

Nella storia del nucleare civile, se si escludono gli impianti di prima generazione degli anni ’50, c’è stato un solo incidente di livello 5, nel 1979 all’impianto americano di Three Mile Island (di cui non è ancora dimostrata un’incidenza sulla salute della popolazione locale); nessun incidente di livello 6; ed un incidente di livello 7, nel 1986 a Chernobyl, nell’odierna Ucraina. Riguardo a quest’ultimo evento, al di là delle diatribe sul numero di vittime che ha causato, è tale la particolarità delle condizioni, a partire dalla mancanza di sicurezza dell’impianto, per finire con l’incompetenza dei tecnici passando dall’irresponsabilità degli stessi (sembrava quasi che stessero cercando l’incidente) da far passare l’intero caso come un evento sostanzialmente irripetibile in una centrale, non tanto moderna ma appena decente, della seconda generazione, tipo i comuni reattori PWR, BWR e CANDU.

Il recente (luglio 2007) terremoto di 6.8 gradi della scala Richter vicino alla centrale giapponese di Kashiwazaki-Kariwa hanno fatto rilasciare una quantità di fluidi nell’ambiente non più radioattivi di un rilevatore di fumo da casa. Gli ultimi guasti alla centrale francese di Tricastin sono stati classificati tutti come livello 0 o 1. La grande eco che ne è scaturita si può dire che sia dovuta sostanzialmente a paure recondite, grandemente incrementate proprio dall’incidente di Chernobyl, e da allora rimaste. Ma proprio in base a questi timori, le comunicazioni sui guasti alle centrali nucleari sono sempre molto dettagliate e trasparenti, anche se, per le loro effettive conseguenze, forse non si meriterebbero nemmeno un trafiletto nel giornale locale. Ma, ovviamente, è meglio sapere le cose piuttosto che ignorarle.

A partire dalla seconda generazione, la sicurezza delle centrali è garantita da vari tipi di espedienti. Si tratta di sistemi attivi e ridondanti (cioè, ripetuti) di sicurezza, al fine di fermare il reattore in tempo relativamente breve, in caso di falle al sistema di raffreddamento. Tutto il nocciolo del reattore è contenuto in un “vascello” di contenimento, in cemento armato, capace di isolare eventuali fughe radioattive. Infine, sono presenti vari sistemi di emergenza per il raffreddamento ed il contenimento di materiale radioattivo. Anche i reattori sovietici di tipo RMBK prevedono tali dispositivi, ma bisogna ricordare che i reattori 3 e 4 di Chernobyl non avevano il vascello di contenimento, che avrebbe ridotto enormemente la portata del disastro.

Le centrali nucleari di terza generazione, come detto nel precedente articolo, sono generalmente evoluzioni più sicure delle più comuni centrali nucleari di seconda generazioni. I miglioramenti principali riguardano l’adozione di sistemi di sicurezza passivi, cioè che non richiedono né l’uso di sensori né tantomeno l’intervento dell’uomo, ed è certo come l’espansione termica dei metalli. I progetti prevedono un “tempo di sicurezza” di 100 milioni di anni, cioè una centrale di terza generazione in funzione dall’era mesozoica avrebbe il 50% di probabilità di avere un incidente grave. Inoltre, queste centrali sono progettate per resistere anche all’impatto di un grosso aereo, scongiurando anche pericoli terroristici.

A questo punto è chiaro che la costruzione di una moderna centrale di terza generazione rappresenta un rischio molto basso per la popolazione locale, ed un impatto trascurabile anche nel caso dei guasti più gravi. Tuttavia, il timore del nucleare del dopo-Chernobyl rende queste considerazioni del tutto soggettive.

Quanto uranio c’è nel mondo?
Molto. Ma non tutto è conveniente da estrarre: in effetti, la maggior parte dell’uranio della Terra si trova in mare. Quello nelle miniere e conveniente da estrarre, invece, è relativamente poco: circa 5 milioni di tonnellate, bastanti per circa mezzo secolo o qualcosa più al ritmo di consumo attuale delle centrali nucleari. Tuttavia, per l’uranio non c’è mai stata una ricerca esaustiva delle miniere, così come invece c’è stato per i giacimenti di petrolio, e pertanto tale limite si può entendere, ma ovviamente non è lecito farvi affidamento.

Di certo, però, le centrali nucleari possono sfruttare anche il torio-232, con impianti noti e ben collaudati come il CANDU, ed il torio è quattro volte più diffuso dell’uranio in natura. Inoltre, il ciclo nucleare a torio ha il vantaggio di produrre una minore quantità di scorie ad alta attività, tra cui oltretutto il plutonio che si può usare nelle bombe atomiche.

Inoltre ci sono i già menzionati reattori autofertilizzanti, i cui costi operativi sono decisamente più alti di quelli degli impianti classici, ma che sono in grado di consumare pressoché tutto l’uranio che viene introdotto come combustibile, perché con i loro “neutroni veloci” sono capaci di trasformare l’238U in 239Pu (plutonio-239), che è materiale fissile. In questo modo, si risolverebbe quasi del tutto il problema dell’approvigionamento di combustibile nucleare. (Si noti che anche il ciclo del 232Th nei reattori CANDU è autofertilizzante, anche se non usa neutroni veloci.)

Infine, come si è detto, qualcosa si può ottenere se si arriva alla realizzazione del Rubbiatron, cui ho accennato nello scorso articolo, e che potrebbe inoltre aiutarci a risolvere il problema delle scorie nucleari finora prodotte a livello mondiale.

Ho letto che l’uranio ha raggiunto dei prezzi esagerati in pochissimo tempo! Questo non mina l’economia del nucleare civile?
No. O almeno, non ancora.

Negli anni ’70, in reazione alle susseguenti crisi energetiche il mondo spinse molto nella direzione del nucleare, con il risultato che il prezzo dell’ossido di uranio (U3O8) aumentò parecchio. Eppure non ci fu alcun tracollo dell’industria nucleare. Per lungo tempo, tra gli anni ’80 e gli anni ’90, il prezzo dell’uranio fu molto basso, intorno ai 10 dollari a libbra, in seguito anche ai trattati di smantellamento delle testate nucleari che resero disponibili grandi quantità di uranio da usare nei reattori, facendo calare notevolmente la richiesta mondiale.

Ma tra il gennaio del 2005 ed il luglio del 2007 il prezzo dell’ossido di uranio è passato dai 20 ai ben 140 dollari a libbra. Tuttavia non ci fu un così improvviso aumento della richiesta dell’uranio, né le scorte di uranio si ridussero così drasticamente in poco tempo. Non si trattava, quindi, del naturale meccanismo della domanda e dell’offerta ma più probabilmente si è trattato del frutto di speculazioni economiche, forse in seguito ad un rinnovato (ma ancora non concreto) interesse nell’industria nucleare a livello mondiale, in seguito anche al rialzo dei prezzi del barile di petrolio.

In ogni caso, il prezzo dell’uranio è risultato sopravvalutato ed il trend è stato poi spezzato. Ad oggi (agosto 2008), il prezzo dell’ossido di uranio è tornato intorno ai 60 dollari alla libbra.


Ma in Italia si possono costruire centrali nucleari? I risultati del referendum del 1987 non lo impedirebbero?
Qui bisogna fare subito chiarezza: i referendum del 1987 non hanno affatto imposto la chiusura delle nostre centrali nucleari. Lo sviluppo dell’industria nucleare civile fu frutto di un accordo economico internazionale cui l’Italia prese parte, e su tali questioni, in base proprio alla nostra Costituzione, il popolo italiano non può mettere naso. I tre quesiti riguardanti il nucleare stabilirono solo aspetti marginali della nostra politica energetica, e per la precisione che:

  1. lo Stato Italiano non può intervenire se un comune nega l’autorizzazione alla costruzione di una centrale nucleare nel suo territorio;
  2. lo Stato Italiano non può elargire contributi compensativi ai comuni che ospitano centrali nucleari;
  3. l’ENEL non può partecipare alla costruzione di centrali nucleari all’estero.

Furono i successivi governi ad interpretare il risultato del referendum come un’intenzione, da parte degli Italiani, di non fare più uso delle centrali nucleari. L’interpretazione fu probabilmente giusta, ma di sicuro gli Italiani pagano ancora oggi le conseguenze della dismissione anticipata delli suoi impianti nucleari.

In ogni caso, i giuristi reputano che un’opinione pubblica, se non più così sentita, si può certamente sovvertire con un’azione di governo dopo 20 anni dal referendum, per cui l’esecutivo non ha ostacoli nella sua azione. Il terzo punto, comunque, era stato già abrogato nel 2004, e da allora l’ENEL ha già partecipato alla costruzione di diverse centrali nucleari nell’Est europeo (in Slovenia in particolare).

Da più di 20 anni il numero delle centrali nucleari al mondo è pressoché costante: siamo sicuri che il nucleare convenga?
Questa è una considerazione che lascia il tempo che trova, se non correttamente interpretata. Infatti, non si capirebbe perché, nonostante la richiesta di energia elettrica sia sempre aumentata in questi 20 anni, la parte prodotta dal nucleare è sempre e comunque intorno al 16-17%.

Negli Stati Uniti le centrali nucleari sono 104 dal 1978, eppure la loro produzione è passata dai 291 TWh del 1978 agli 807 TWh del 2007. Nel mondo, è aumentata in ogni caso la potenza installata, e proporzionalmente ancor di più l’energia prodotta annualmente dalle centrali nucleari:

Produzione ed installazione del nucleare civile mondiale (da Wikipedia)

Produzione ed installazione del nucleare civile mondiale (da Wikipedia)

I motivi non sono difficili da capire. L’efficienza dei reattori nucleari è aumentata drasticamente tra la fine degli anni ’70 e l’inizio degli anni ’80, passando da circa il 50% ad oltre l’80%. In secondo luogo, non costruire più centrali nucleari non significa che non vengano costruiti più reattori: infatti, ogni centrale può constare da diversi reattori, anche 7-8. Questa politica è stata certamente determinata dall’incidente di Chernobyl e dal diffondersi del timore verso il nucleare civile, pertanto l’installazione di nuovi reattori è certamente una mossa, dal punto di vista dell’opinione pubblica, meno rischiosa.

Si può anche obiettare che, in ogni caso, nessun Paese che non sfruttasse il nucleare civile ha poi cominciato a farlo. C’è tuttavia da ricordare che stiamo parlando di periodi in cui i prezzi dei combustibili come petrolio, gas e carbone erano molto abbordabili, e non si parlava ancora di riduzione delle emissioni di anidride carbonica nell’atmosfera. I costi e le tecnologie delle altre centrali erano ugualmente più convenienti. Non c’è quindi da stupirsi se il nucleare civile non si sia diffuso ulteriormente.

Ora, invece, le cose stanno cambiando nettamente e molti Paesi in forte crescita economica, tra cui soprattutto Cina ed India, non trascurano questa fonte di energia. In ogni caso, a seguito dell’incidente di Chernobyl solo un Paese ha dismesso in blocco le proprie centrali nucleari: l’Italia.

Precedenti articoli sulla questione energetica:

Published in: on mercoledì, 13 agosto 2008 at 6.15  Comments (4)  
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Baraonda energetica, V: il nucleare, seconda parte

Vediamo ora di esaminare i vari aspetti del nucleare civile.

Quanti tipi di centrali nucleari ci sono?
Parecchi. Generalmente le centrali nucleari sono classificate in “generazioni”. Le centrali di prima generazioni erano i reattori sperimentali, attivi tra gli anni ’50 e ’60, e sono tutti decommissionati (cioè, spenti). Le centrali di seconda generazione sono quelle attualmente in uso in tutto il mondo. I tipi più comuni sono i reattori PWR (Pressurized Water Reactor), largamente usati negli Stati Uniti (e in Italia a Trino Vercellese); i reattori BWR (Boiling Water Reactor), molto comuni in Europa (lo erano tutti gli altri reattori italiani); i reattori RMBK, di concezione sovietica, diffusi nell’Est europeo, meno sicuri degli standard comuni; infine, i reattori CANDU (CANadian Deuterium Uranium), ad acqua pesante, di progettazione canadese e molto flessibili nel combustibile usato (dall’uranio naturale al torio, senza scompensi alcuni) ed utilizzabili anche nei periodi di manutenzione e rifornimento. Vale la pena di menzionare le sperimentazione, in questi decenni, dei primi reattori autofertilizzanti (tra cui il più noto è probabilmente il francese Superphénix), che probabilmente in futuro potrebbero giocare un ruolo importante nell’industria nucleare civile.

I reattori nucleari di terza generazione stanno venendo realizzati in questo periodo, e sono generalemente evoluzioni più sicure dei reattori di seconda generazione. Tra i progetti più noti c’è sicuramente l’EPR (European Pressurized Reactor), di cui un esemplare è in costruzione in Finlandia, ad Olkiluoto.

Attualmente solo in sviluppo e progettazione sono, invece, le centrali nucleari di quarta generazione. Sono stati messi su carta diversi tipi di prototipi, con caratteristiche molto interessanti dalla sicurezza all’efficienza, dall’impatto ambientale all’utilizzo alternativo (ad esempio, la produzione di idrogeno). I limiti che ci impediscono di costruire tali centrali sono sostanzialmente strutturali, per mancanza di materiali adeguati alla realizzazione di tali impianti.

Quanto inquina una centrale nucleare?
Parlando delle comuni centrali nucleari a fissione, esse producono quasi esclusivamente, come prodotto di scarto, le note scorie nucleari. Tali materiali sono più o meno radioattivi a seconda di quali centrali li hanno prodotti. C’è da notare che la maggior parte delle scorie nucleari sono solo debolmente radioattive: nel caso di combustione dell’uranio, sono composti per circa il 95% da uranio impoverito, e globalmente hanno bisogno di circa 80 000 anni per raggiungere una radioattività inferiore a quella dell’uranio naturale.

Molto marginalmente, le centrali nucleari producono una sorta di “inquinamento termico”, come conseguenza dell’utilizzo dell’acqua per il raffreddamento del circuito. Si tratta, in ogni caso, di un problema comune a tutte le centrali termoelettriche e geotermiche.

Per rendere chiare le cose, le centrali nucleari non producono alcun tipo di gas-serra, così come non immettono nell’atmosfera alcun tipo di inquinante (dalle torri di raffreddamento esce solo vapor acqueo).

Quante scorie nucleari produce una centrale nucleare?
Considerando gli anni tra il 1995 ed il 2002, negli Stati Uniti, a fronte di una potenza installata delle loro 104 centrali nucleari di 97-100 GW (circa 950 MW di potenza installata media per ciascuna centrale), sono state messe nei depositi 17 508.5 tonnellate di scorie radioattive. (Non si tratta esattamente delle scorie prodotte dai reattori americani in quel periodo, dato che inizialmente le scorie vengono dapprima conservate nelle centrali stesse, ma il dato sugli otto anni riduce il divario. Leggere più avanti per ulteriori dettagli sul trattamento delle scorie.) Ciò significa che, in media, un reattore nucleare di tipo PWR/BWR da 1 GW produce circa 22 tonnellate di scorie radioattive in un anno. Dimensionalmente, si tratta di poco più di un metro cubo di scorie in un anno.

No, non è un errore. Come non è un errore affermare che una centrale a carbone della stessa potenza ha bisogno in media di 3 milioni e 350 mila tonnellate di carbone ogni anno (cioè oltre 150 mila volte il combustibile necessario al reattore nucleare), che si traducono in quasi sei milioni di tonnellate di CO2 dispersa nell’aria.

C’è da notare, inoltre, che il problema delle scorie nucleari (ed anche del consumo di combustibile fissile) viene pressoché eliminato nel caso di reattori autofertilizzanti, capaci nel ciclo intero di consumare pressoché tutto il materiale usato per la fissione.

Le scorie saranno anche “poche”, ma pericolose. Cosa ne facciamo?
Nell’attesa che il loro livello di radioattività scenda sotto quello dell’uranio naturale (o del torio) da cui derivano, cosa che avviene in 20-200 mila anni (a seconda del ciclo usato), la soluzione più comune consiste nello stoccaggio in depositi sicuri. Con “sicuri” si intende che possano resistere a dissesto idro-geologico con ragionevole certezza per un periodo simile di tempo.

Le scorie radioattive delle centrali nucleari sono classificate come scorie “ad alto livello” (High Level Waste, HLW). Esse vengono tenute inizialmente per 10-30 anni all’interno della centrale, nelle cosiddette “piscine di raffreddamento”, in modo da ridurre gli elementi radioattiva di vita più breve. Dopodiché, le scorie dovrebbero essere stoccate in depositi geologici sicuri, a centinaia di metri nel sottosuolo. Eventualmente, tali scorie possono essere riprocessate tramite diversi procedimenti, come la vetrificazione, che ne garantiscono un’efficace difesa dagli agenti esterni (essenzialmente, l’acqua) che ne possono pregiudicare, nel tempo, la conservazione nel luogo di confino. La vetrificazione rende le scorie nucleari di dimensioni all’incirca doppie.

Si noti che negli Stati Uniti le scorie non vengono riprocessate, ma stoccate direttamente nel deposito nazionale di Yucca Mountain. Tale deposito è adatto alla conservazione a lungo termine delle scorie nucleari, ma per ora questo è solo un progetto e non un’effettiva attuazione. Del resto, la vetrificazione renderebbe le scorie buone unicamente per lo stoccaggio, mentre in realtà è possibile trovare altri usi per le scorie nucleari, tutti ad uso civile, compreso un secondo utilizzo come combustibile nucleare.

Quindi esistono altre strade per le scorie nucleari?
Al momento non c’è ancora niente di concreto, ma la realizzazione di alcune soluzioni può essere vicina. In questo senso, uno dei progetti più interessanti è sicuramente quello del Rubbiatron, da un’idea (come si può facilmente intuire) di Carlo Rubbia. Si tratta di un reattore nucleare subcritico, cioè incapace di autosostenere la reazione nucleare senza una fonte esterna di neutroni. Nel caso del Rubbiatron, si farebbe uso di un sincrotrone capace di accelerare i protoni con un’energia di 800-1000 MeV (megaelettronvolt, dove l’elettronvolt è un’unità molto piccola di energia usata spesso in fisica nucleare). I protoni, quindi, investirebbero un contenitore di piombo fuso che così emetterebbe i neutroni necessari alla fissione nucleare. Il Rubbiatron, nonostante consumi energia in sé per alimentare il sincrotrone, sarebbe comunque in grado di produrne in quantità ancora maggiori, comportandosi quindi come un vero e proprio reattore nucleare.

Il Rubbiatron avrebbe diversi vantaggi: può funzionare utilizzando praticamente “qualsiasi cosa”, almeno tra i materiali comunemente noti nell’ambito del nucleari civile (uranio-235, uranio-233, plutonio, MOX, torio e, appunto, scorie nucleari); a differenza dei reattori convenzionali, può essere fermato in qualsiasi momento semplicemente spegnendo il sincrotrone; è in grado di ridurre le scorie nucleari in modo tale che esse diminuiscano la radioattività ai livelli iniziali in poche centinaia di anni, anziché nelle decine o centinaia di migliaia delle scorie non trattate, rendendo quindi la loro custodia e sicurezza un affare di gran lunga più gestibile. Purtroppo, la costruzione di un Rubbiatron non è affatto affar semplice, a cominciare dalla realizzazione del sincrotrone (ad oggi, i sincrotroni in grado di garantire una tale energia ai protoni si contano sulle dita di una mano), ma in futuro anche prossimo è possibile che tali problemi si possano risolvere.

In Italia come siamo messi? Abbiamo scorie nucleari?
Naturalmente, in Italia abbiamo le scorie nucleari prodotte dai nostri vecchi reattori elettronucleari, più quelle dei reattori dei laboratori scientifici. Si tratta comunque di poca roba, che in certa parte può ancora giacere nelle piscine di raffreddamento. A queste scorie ad alto livello, si aggiunge un’ingente quantità di altro materiale radioattivo, ma a livello parecchio inferiore, generato soprattutto dagli ospedali. Tali rifiuti, pur costituendo la maggior parte del volume totale, costituiscono solo una piccola parte della radioattività complessiva. Ma si devono comunque smaltire.

In ogni caso, se l’Italia si affidasse nuovamente all’energia nucleare, non aumenterebbe da subito la quantità di scorie nucleari da smaltire nell’immediato, poiché, come già detto, le scorie devono prima passare qualche decennio nelle piscine di raffreddamento. Questi anni saranno utili per l’individuazione, la progettazione e la costruzione di un centro di stoccaggio geologico delle scorie radioattive, dove mettere anche le nostre scorie passate. C’è da ricordare, in ogni caso, che la costruzione di un deposito geologico per lo stoccaggio delle scorie radioattive è un compito oneroso e dai costi consistenti, in grado di incidere, anche se in maniera non eccessiva, sul costo finale del chilowattora prodotto tramite centali nucleari. Si parla di 0.5-2 miliardi di euro nel totale.

L’ultimo tentativo che è stato fatto, in Italia, per individuare un sito per lo stoccaggio nazionale delle scorie nucleari è dovuto al governo Berlusconi nel 2003. La scelta ricadde su Scanzano Jonico, un sito ricco di salgemma (che garantisce la stabilità idrogeologica: se c’è acqua, non c’è sale!) protetto da diversi strati di tufo e argilla, anche più del deposito americano di Yucca Mountain. Tuttavia, per un deposito nazionale di scorie nucleari, è necessario uno studio specifico ed approfondito, mentre la decisione del 2003 fu presa in base alla letteratura geologica dell’area, che sebbene già nel 1971 identificasse il luogo come potenzialmente adatto alla costuzione di un deposito di scorie nucleari, non approfondiva comunque la questione. In più, nel novembre del 2003 furono fatti diversi errori a livello politico e comunicativo, che resero una decisione potenzialmente buona soggetta a critiche confuse da più fronti, agitando la popolazione locale. Il risultato è che il nome di Scanzano Jonico fu depennato dalla lista dei possibili siti per un deposito nazionale di scorie nucleari, di fatto senza alcun motivo tecnicamente valido che dimostrasse che la scelta del sito lucano fosse errata.

A livello mondiale, la questione delle scorie nucleari non è ancora del tutto risolta. Ad oggi, solo gli Stati Uniti hanno già da tempo avviato le pratiche in tal senso, e nel 1999 è attivo il deposito di Carlsbad, nel Nuovo Messico, denominato WIPP (Waste Isolation Pilot Plant). Alcune proposte a livello internazionale prevedono la costruzione di centri di stoccaggio internazionale, in base al principio secondo il quale in questo modo si moltiplicano i controllori e quindi riducono la possibilità di problemi e perdite di controllo del materiale da confinare.

Precedenti articoli sulla questione energetica:

Baraonda energetica, IV: il nucleare, prima parte

Solare ed eolico sono forme di energia sfruttate in maniera varia sin dall’antichità: dovunque ci fosse un mulino a vento, uno specchio ustore, o anche solo una vela. Bruciare olio o carbone è una pratica anche più antica. Da sempre si sfrutta il moto dei fiumi, ed anche il calore dal sottosuolo (con le terme). Ora i metodi sono più moderni, ma i concetti e le fonti sono sempre gli stessi. C’è solo una fonte che viene sfruttata da molto di recente, e precisamente dal 2 dicembre 1942: l’energia nucleare.

La centrale nucleare di Three Mile Island

Quel giorno, il fisico italiano Enrico Fermi in un laboratorio a Chicago diede inizio alla prima reazione nucleare a catena autosostenuta e controllata. Da allora, l’energia nucleare ha avuto due utilizzi: il primo, più triste, è quello bellico, ma di questo non parlerò, o almeno non nel dettaglio; il secondo è quello della produzione di elettricità. Da quel giorno del 1942, il nucleare cosiddetto “civile” è arrivato a produrre il 16% dell’energia elettrica mondiale, con punte del 30% di Paesi come Giappone e Germania, e di ben il 78% della Francia.

Eppure in Italia non abbiamo alcun reattore nucleare ad aiutarci nel nostro bilancio energetico: sono stati tutti spenti agli inizi degli anni ’90, in seguito alle decisioni del referendum del 1987. E dopo anni di status antinuclearista, la cosa ci è sempre parsa normale. Invece normale non lo è affatto, ed anzi la nostra situazione si avvicina di più ad un’anomalia che alla regola. Del resto, nel 1966 l’Italia era il terzo produttore mondiale di energia elettrica dal nucleare, dopo Stati Uniti e Gran Bretagna.

E allora perché siamo arrivati a privarci dell’energia nucleare? Perché Berlusconi vuole riportarlo? Perché il G8 ha prospettato la costruzione di ben mille centrali nucleari nel mondo nei prossimi decenni? Cosa sta succedendo alla centrale nucleare francese di Triscatin? Cos’è successo a Scanzano Jonico? E le scorie, quante sono e dove le mettiamo? A queste ed altre domande vorrei cercare di rispondere, nel tentativo di dare un quadro chiaro dell’argomento. Non si tratta di una questione facile da analizzare, perché nel tempo è stata soggetta ad una tale miriade di analisi che è facile perdercisi. Anche a livello politico la cosa non è semplice e rischia di sfociare in sterili polemiche.

Il funzionamento di una centrale nucleare ha quasi del fantascientifico: si tratta di spaccare i legami stessi della materia per ricavarne l’energia, tramite il procedimento di fissione atomica. Utilizzando materiali particolarmente adatti allo scopo (uranio, plutonio, torio) è possibile ricavare una quantità ingentissima di energia: la fissione di un grammo di uranio-235 (U235 o 235U, cioè uranio con 143 neutroni) produce 68 GJ (gigajoule) di energia, ben 1.62 milioni di volte più della combusione del petrolio. Sebbene l’uranio estratto naturalmente contiene solo lo 0.7% di 235U (ed il resto è 238U, non adatto all’uso nei reattori), e quindi tale valore scende a circa 11300 volte, si capisce comunque quanta più energia è possibile ricavare struttando la struttura stessa della materia…

Centrale di tipo PWR (da Wikipedia)

Centrale di tipo PWR (da Wikipedia)

La fissione nucleare avviene attraverso il bombardamento con neutroni degli atomi di 235U, che si spaccano in atomi di altri elementi, rilasciando energia ed altri neutroni in grado di spaccare altri atomi di uranio. L’energia rilasciata riscalda l’acqua (o altro fluido) all’interno del nocciolo, che può essere usata direttamente per alimentare una turbina (nei reattori BWR) o passando da uno scambiatore (reattori PWR). L’acqua, dopo essere passata come vapore nella turbina, viene raffreddata nelle “torri di raffreddamento”, quegli immensi coni ricurvi che sono un po’ il simbolo delle centrali nucleari, ma che invece sono comunemente usati anche nelle centrali termoelettriche (e rilasciano solo vapor acqueo, non gas inquinanti). Questo è il funzionamento di base dei reattori nucleari più comuni, ma in realtà esistono tantissime tipologie di reattori, molti dei quali ancora in studio e sviluppo (i cosiddetti reattori di IV generazione).

Questa è solo la prima parte di quanto vorrei scrivere sul nucleare. L’argomento è vasto e complesso, e merita attenzione, in virtù anche del probabile prossimo ritorno al nucleare dell’Italia. Questi sono i precedenti articoli che ho scritto riguardo la questione energetica:

Baraonda energetica, III: l’eolico

Si può dire che anche l’eolico sia una forma di energia solare, in quanto è il Sole la principale causa del clima sulla terra, e quindi della creazione di zone di alta e bassa pressione che determinano i venti. Il modo di sfruttare quest’energia addizionale dal sole, però, è del tutto diversa.

La nostra bandiera al vento

In tutto il mondo, la potenza media globale dei venti è di circa 870 TW, oltre 50 volte superiore al consumo energetico dell’umanità in un secondo. Non sono gli 86 mila terawatt dell’energia solare, ma è comunque molto più di quanto necessitiamo. E c’è il vantaggio che sfruttare questa risorsa è molto più semplice rispetto al solare: bastano qualche pala, una dinamo, l’allacciamento alla rete elettrica e siamo già pronti a produrre energia. Ed a costi nettamente più contenuti.

Nel 2007, secondo i calcoli del Global Wind Energy Council (GWEC), un impianto di generazione eolica di larga scala ha un costo di costruzione di circa 1300 euro per chilowattora di potenza installata, cioè di potenza che il generatore eolico è capace di fornire come massimo. Tale rapporto sale leggermente con la potenza: i più moderni generatori eolici possono arrivare a potenze nominali di ben 2 megawatt, dal costo di 3.5 milioni di euro (esempi qui e qui per il generatore Enercon E-82). Può sembrare una cifra molto elevata, e tuttavia vorrei ricordare che per raggiungere 2 MW di potenza installata con il solare termodinamico servono ben 12.4 milioni di euro (parlando della moderna centrale Andasol-1), per meglio tacere del fotovoltaico. Una centrale a carbone ha costi al megawatt del tutto simili. Ma non è finita, perché l’energia eolica è una tecnologia in fase ancora di maturazione, ed è possibile che nel futuro i costi di costruzione e manutenzione degli impianti saranno ancora più competitivi.

Turbina Enercon E-70 da 2.3 MW a Reading, GB (da Wikipedia)

Turbina Enercon E-70 da 2.3 MW a Reading, GB (da Wikipedia)

Non è un caso che nel 2007, sempre secondo il GWEC, la potenza eolica globale installata sia aumentata di ben il 27% rispetto al 2006, con 20 GW circa di potenza installata in più. L’Italia non è stata da meno, con un incremento del 28.4%. Sembra, quindi, che davvero l’energia eolica possa rappresentare l’energia del futuro: economica, non inquinante, in pieno sviluppo. Ma davvero le cose stanno così?

Purtroppo no: ci sono parecchi risvolti da considerare anche quando si parla di energia eolica, e si tratta di considerazioni che macchiano indelebilmente il “sogno” dell’energia pulita per tutti. In primo luogo, fino ad ora ho parlato solo di potenza installata, che purtroppo è cosa ben diversa dalla potenza reale che può fornire l’impianto. Mentre una centrale a carbone da 1 GW di potenza produrrà quasi sempre 1 GW di elettricità (tranne nei periodi di manutenzione), un parco eolico da 1 GW non raggiungerà quasi mai questa potenza. Per fare due conti, nel 2007 la Germania, il leader mondiale della produzione di elettricità dal vento, aveva una potenza installata di ben 22247 MW con i suoi generatori eolici: una cifra pari al 33% del fabbisogno medio annuale elettrico della nazione. Eppure, con tutta quella potenza installata in Germania si sono prodotti “solo” 39.5 TWh (terawattora) di energia elettrica, a fronte di un consumo nazionale di circa 585 TWh: insomma, dal vento la Germania ha coperto “appena” il 6.75% del suo fabbisogno elettrico. In sostanza, è come se le turbine eoliche tedesche fossero sempre andate al 20% della loro potenza massima. La Spagna (altro Paese di grande sviluppo del mercato eolico) nel 2006 è andata meglio, con il 29.3%; gli Stati Uniti, circa il 25.5%; la Danimarca il 27%.

In definitiva, l’economicità di una centrale eolica è seriamente messa in dubbio da questi fattori. Eppure, se si esclude l’idroelettrico ed il geotermico, l’eolico rimane sicuramente la fonte rinnovabile più conveniente, anche in virtù del fatto che, rispetto alla centrale a carbone presa come esempio, non consuma alcun tipo di carburante. Per confronto, in media nel 2006 gli Stati Uniti hanno speso 35 miliardi di dollari (circa 30 miliardi di euro di allora) per le loro centrali a carbone, della potenza installata di 313 GW: si può quindi assumere che una centrale a carbone da 1 GW di potenza installata, pur costando “appena” un miliardo di euro circa per la costruzione, consuma intorno ai 100 milioni di euro di carbone all’anno. Senza contare i costi di manutenzione dei due impianti, è comunque chiaro che con l’andare del tempo la competitività degli impianti eolici aumenta.

Ci sono però altri problemi legati allo sfruttamento dell’energia eolica. Innanzitutto, non si può sfruttare sempre e dovunque: ci sono zone meno adatte allo sfruttamento dell’eolico. In Italia queste sono situate soprattutto al sud, in particolare in Sardegna ed in Sicilia, poi la Puglia. L’atlante eolico del CESI può dare un’idea adeguata della distrubuzione dei venti nella penisola e, soprattutto, della produzione elettrica potenziale (espressa in MWh/MW annui, cioè dei MWh prodotti in un anno per ogni MW di potenza installata). Inoltre, i “parchi eolici” non sono di dimensioni trascurabili: per ottimizzare lo sfruttamento del vento, si richiedono circa 10 ettari di terreno per ogni megawatt di potenza installata. Una centrale da 1 GW occuperebbe, quindi, circa 100 chilometri quadrati! Numeri affatto trascurabili, che di fatto riducono la potenza installabile in Italia a circa 45 GW, che ci porterebbe ad una potenza reale di circa 10 GW, intorno cioè al 25% del nostro attuale fabbisogno energetico (costandoci circa 60 miliardi di euro). Purtroppo, non credo che neanche in futuro riusciremo mai ad andare oltre questa percentuale.

C’è poi un ultimo, e sempre meno trascurabile, problema legato agli impianti eolici: l’impatto locale. A parte la morìa di uccelli che si schiantano contro le pale (in realtà, abbastanza limitata), ed il rumore denunciato dalla gente che abita intorno alle turbine, i generatori eolici migliori (dalle centinaia di chilowatt in su) sono grandi, enormi. Il generatore Enercon E-70 nella foto sopra può essere alto fino a 113 metri, ed ha pale per un diametro di 71 metri. Inutile dire che in tanti giudicherebbero tale costruzione, paradossalmente, un “ecomostro”. Ed infatti sono in tanti i comuni in Italia che rinunciano ai parchi eolici, proprio per ragioni estetiche.

Una soluzione parziale ci sarebbe: l’eolico off-shore, cioè a largo della costa. Non è un mistero che il vento, nel mare, sia decisamente più elevata. In virtù di ciò, la Danimarca ha sfruttato i bassi fondali dei suoi mari per installare una potenza di oltre 3.1 GW da generatori eolici, abbastanza da soddisfare il 16.8% del fabbisogno di energia elettrica danese nel 2006. Il rovescio della medaglia è che l’eolico off-shore costa ovviamente di più come costruzione e manutenzione degli impianti, tant’è vero che in Danimarca l’energia elettrica per i privati costa più che da noi (23 centesimi di euro al KWh contro i nostri 19), ma è un modo per alleviare il problema dell’impatto visivo.

In Italia, purtroppo, i mari sono generalmente profondi, e quando non lo sono (come l’Adriatico) vi soffia poco vento, però qualcosa si può fare. Ma quando leggo che il primo impianto del genere in Italia, a tre miglia nautiche dalla costa di Gela, ha trovato comunque l’opposizione del sindaco (pure di sinistra) del paese, nonostante Gela abbia ormai poco da perdere dal punto di vista paesaggistico, penso che in fondo l’eolico in Italia avrà sempre poco successo, e forse manco ce lo meritiamo. Anzi, mi sorprendo che in fondo l’Italia sia il settimo produttore mondiale di energia elettrica dall’eolico, davanti a Paesi come Francia, Regno Unito, Canada ed Australia.

Aggiornamento 5/8/2008: anche il nuovo sindaco di Salemi (TP), Vittorio Sgarbi, si è dichiarato contrario all’installazione di generatori eolici nel comune che amministra. Afferma che deturpano il paesaggio, ed in alcuni casi può aver ragione; afferma che fanno un “rumore infernale” e, per quanto la questione del rumore sia ancora da approfondire in maniera esaustiva, ha torto (in realtà, non si tratta di niente di insopportabile); e certamente ha torto quando si mette a parlare di “energia che viene indebitamente sottratta” a Salemi… Forse un po’ meglio rispetto al sindaco di Gela, ma insomma, pare proprio che con queste fonti rinnovabili, in Italia, ci accenderemo giusto un paio di lampadine a fluorescenza.

Published in: on lunedì, 28 luglio 2008 at 22.14  Comments (3)  
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Baraonda energetica, II: il solare

Il Sole! La nostra stella! La nostra grande stella, che poi, a ben guardare, tanto grande non è… ma forse è meglio, perché dopo 5 miliardi di anni di vita ne ha circa altrettanti davanti, mentre altre stelle nascono e muoiono nel giro di qualche milione di anni, di fatto impedendo la nascita della vita. E comuque non è neppure così piccola, dato che nella cinquantina di sistemi stellari entro i 17 anni luce di distanza da noi, il Sole è la quinta stella più luminosa dopo Sirio, Altair, Procione ed Alpha Centauri.

Il Sole splende nel nostro cielo in maniera prepotente ed incurante di ciò che succede nel nostro pianeta, emettendo in un solo secondo la quantità di energia che tutte le centrali elettriche della Terra produrrebbero in oltre due milioni di anni. Ovviamente, però, solo una minima parte di questa potenza arriva sulla Terra: si tratta di ben 174 400 TW (terawatt, cioè mille miliardi di watt), quando tutto il mondo ha bisogno di una potenza media di appena 16 TW circa. Cioè, neanche di una parte su diecimila… In realtà, di tutta quella potenza solo la metà circa arriva effettivamente al suolo, mentre il resto viene riflesso nello spazio o assorbito dall’atmosfera, ma è sempre un quantitativo enorme.

Ma, come è naturale, è difficile avere una dovuta comprensione di questi dati. Meglio rispondere subito: quanta di questa energia possiamo sfruttare? È presto detto: il progetto PVGIS della Comunità Europea ci viene incontro e ci dice che a Roma, come media in un intero anno, su ogni metro quadro di suolo arrivano 4.041 kWh di energia dal Sole ogni giorno. Cioè, neanche 170 W di potenza, su un metro quadrato di superficie. Rispetto ai numeri stratosferici snocciolati poco fa, questi sembrano davvero poca roba. Intendiamoci, non sono poi malaccio: è come se ci fosse una lampada alogena sempre accesa in ogni metro quadrato dei dintorni di Roma! È un sacco di energia che ci viene fornita gratis, e dobbiamo solo trovare un modo di recuperarla. Il grande quesito ora è: come?

Pannelli fotovoltaici (da Wikipedia)

Pannelli fotovoltaici (da Wikipedia)

Un modo per produrre direttamente elettricità è quello di utilizzare i pannelli fotovoltaici. Si tratta di un sistema che trovo molto elegante per produrre elettricità, perché estremamente diretto e modulare (cioè, è possibile costruire impianti di qualsivoglia dimensione). Molte persone indicano questo metodo come il futuro della produzione di energia elettrica, tralasciando alcuni particolari: in primis, il fotovoltaico è estremamente costoso, nell’ordine del migliaio di euro per ogni metro quadrato di pannelli installati; in secondo luogo, l’efficienza dei pannelli commercialmente venduti è relativamente bassa, tra l’8% ed il 16%, e ciò vuol dire che solo una piccola parte di quei 170 W per metro quadrato vengono effettivamente convertiti in potenza elettrica (i pannelli delle applicazioni aerospaziali raggiungono efficienze dell’ordine del 40%, ma grazie a materiali estremamente costosi ed inquinanti). Per fare i conti, una centrale fotovoltaica che produca una media di 1 GW (gigawatt, un miliardo di watt) nell’arco di un anno, supponendo un’efficienza dei pannelli del 15%, nei dintorni di Roma dovrebbe occupare ben 40 ettari, e costare la cifra esorbitante di 40 miliardi di euro… Cioè, più della manovra economica di Padoa Schioppa nel 2007!

Senza ancora aver menzionato il fatto che è necessario un inverter per convertire la corrente continua proveniente dai pannelli nella comune corrente alternata della rete elettrica, con un’ulteriore perdita del 10% circa, e che i pannelli fotovoltaici perdono circa l’1% di resa ogni anno, credo che sia chiaro che il fotovoltaico non può essere, attualmente, un metodo economicamente valido per la produzione di massa di energia elettrica, e non lo sarà nemmeno nei prossimi decenni. Non finché i costi saranno così elevati e le efficienze così basse. I pannelli fotovoltaici hanno il loro perché nelle piccole apparecchiature volte a soddisfare le esigenze elettriche di piccoli utilizzatori distaccati dalla rete elettrica, non di più.

2)Serbatoio di accumulo; 4)Pannello di assorbimento (da Wikipedia)

2)Serbatoio di accumulo; 4)Pannello di assorbimento (da Wikipedia)

Molti dei pannelli solari che vediamo già oggi installati sui tetti delle case, invece, sono dei collettori solari termici, il cui scopo è quello di riscaldare l’acqua contenente in un serbatoio per fornire acqua calda all’abitazione. Non si tratta, quindi, di elettricità, ma comunque di qualcosa che si utilizza comunemente ed in abbondanza. Il costo è comunque alto, intorno ai 600-800 euro al metro quadrato (in dipendenza anche dalle dimensioni del serbatoio), e con il problema della maggior efficacia proprio quando meno serve, cioè d’estate. Tuttavia, a seconda dei casi si può arrivare ad ammortizzare l’investimento (cioè, a risparmiare tanti soldi quanti sono stati necessari per comprare l’impianto) in 3-8 anni, quando l’impianto ha una vita di circa 20 anni, e può essere un modo importante per risparmiare, soprattutto il gas per il riscaldamento: si tenga conto che l’efficienza di questi impianti si aggira intorno al 70%, cioè del calore che ci arriva dal Sole sette parti su dieci vengono effettivamente trasferite al serbatoio d’acqua. Contando che riscaldamento ed acqua calda corrispondono a circa il 70-80% del fabbisogno energetico di un’abitazione italiana (il resto è elettricità), il risparmio può farsi interessante. Ma è chiaro che non è un metodo per produrre energia elettrica e non può essere sfuttato in grandi centrali, se non per qualche progetto di teleriscaldamento.

Solare termodinamico (a concentrazione)

Solare termodinamico (a concentrazione)

Un altro metodo per la produzione di energia elettrica dal sole è quello del solare termodinamico. Questo sistema riprende l’antichissimo concetto degli specchi parabolici per concentrare i raggi solari su un tubo contenente una miscela di oli o sali, in grado di raggiungere la temperatura di circa 400-550 °C. Tale miscela viene poi coinvogliata nelle turbine per la produzione di corrente, e quindi reimmessa nell’impianto. In totale, l’efficienza della centrale si attesta intorno al 15%, simile a quella dei sistemi fotovoltaici, ma a costi più contenuti (meno della metà). Si tratta, però, sempre di costi molto elevati.

Un vantaggio di queste centrali, rispetto al fotovoltaico, è che la produzione è molto più stabile perché i sali vengono tenuti in tubi coibentati e può lavorare anche durante la notte; tra gli svantaggi, oltre ai costi già citati, c’è la grande occupazione del territorio e la parziale perdita della modularità dell’impianto. Al mondo, esistono pochi esempi di queste centrali, tutte di recente costruzione. L’americana Nevada Solar One produce una media di 15.3 MW di potenza elettrica, su una superficie di 160 ettari. Per coprire il fabbisogno di elettricità italiana ci vorrebbero più di 2500 centrali di questo tipo, con una superficie complessiva di 4000 chilometri quadrati (quasi quanto il Molise) ed un costo ancora astronomico (basti pensare che gli Statunitensi hanno speso 266 milioni di dollari per il Nevada Solar One).

La più recente centrale spagnola di Andasol-1, indicata spesso come esempio per un futuro sfruttamento dell’energia solare, ha una potenza media di circa 18 MW, occupa circa 2 chilometri quadrati di superficie ed è costata 310 milioni di euro. Non sono affatto valori più concorrenziali della sopra citata centrale americana. Il nostro premio Nobel Carlo Rubbia negli ultimi anni ha spinto molto nella direzione del solare termodinamico, collaborando durante la sua presidenza dell’ENEA con il Progetto Archimede dell’ENEL, che mira a costruire un impianto termodinamico da 40 MW installati a Priolo Gargallo (Siracusa). Rubbia ha anche immaginato scenari per cui ricoprendo la Sicilia con tali impianti si può soddisfare il fabbisogno elettrico italiano, ma dal momento che i costi sono del tutto improponibili la sua affermazione non si riduce ad altro che una sparata pubblicitaria cui far abboccare i meno informati tra politici ed attivisti.

Allora, dopo tutto questo discorso sull’energia solare, cosa possiamo concludere? È presto detto:

  1. La produzione di massa di elettricità tramite pannelli fotovoltaici occuperebbe grandissime superfici, dell’ordine di chilometri quadrati, e con costi proibitivi, circa 40 volte quelli di una centrale a carbone.
  2. Il solare termico è comodo e può risultare conveniente anche a medio termine, ma può produrre solo acqua calda ed in grandi impianti può funzionare solo come teleriscaldamento.
  3. Il solare termodinamico, invece, ha ancora problemi di estensione occupata, sempre nell’ordine dei chilometri quadrati, ed ancora costi di costruzione elevatissimi, circa 17 volte quelli di una centrale a carbone.

Delusi? Sì, francamente lo sono anche io. Personalmente credo che ci sia ancora tanto, tantissimo lavoro da fare, tanta ricerca da effettuare. Il problema, però, è il tempo: già da oggi abbiamo il barile di petrolio a sfiorare i 150 $ ed il gas naturale sempre più caro. È evidente che al momento non possiamo permetterci di sfruttare il solare per generare elettricità in percentuali che siano minimamente significative, ma ci si chiede allora quando questo sarà possibile. E nel frattempo che facciamo? Beh, ci sono ancora tanti modi per produrre energia…

Published in: on giovedì, 24 luglio 2008 at 17.38  Comments (12)  
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Baraonda energetica, I

Era da tempo che volevo parlare di fonti di energia e di approvigionamento energetico, in ottica principalmente futura. L’argomento è quanto mai non solo “di moda”, perché la questione è di un’importanza che va oltre la moda, ma proprio di interesse nazionale. Il prezzo del petrolio ha raggiunto livelli che solo due anni fa avremmo definito da capogiro, i carburanti sono sempre più salati, e di conseguenza i trasporti incidono sempre di più sui prezzi finali, col risultato di avere un’inflazione al 3.8% senza avere una crescita economia che lo giustifichi (e dunque anzi ne risente terribilmente). Senza contare, poi, i costi dell’elettricità e del gas per il riscaldamento e per la cucina.

Questo sarà il primo di una serie di articoli che voglio scrivere sull’argomento, perché sento che in giro c’è parecchia disinformazione, che riguarda soprattutto la comprensione delle cifre in gioco, che invece giocano un ruolo fondamentale nella progettazione di un piano nazionale energetico decente nei prossimi decenni. Il premier Silvio Berlusconi negli ultimi mesi ha rilanciato l’opzione nucleare per la produzione di energia in Italia; ma sempre più spesso si parla di “energie rinnovabili” (vedremo poi cosa vuol dire), come il solare e l’eolico, e dell’utilizzo di idrogeno al posto di benzina e gasolio; ed ancora di biocarburanti, termovalorizzatori, risparmio energetico e tutta una serie di concetti conciati alla bell’e meglio dai media italiani, per cui uscirne con le idee confuse può essere comprensibile.

Cominciamo innanzitutto col distinguere il concetto di energia, che viene intuitivamente compreso praticamente da tutti come “quantità di sforzo” usato da una persona od un apparecchio, da quello di potenza, che talvolta viene spesso confusa con l’energia e che invece è la quantità di energia che viene fornita o consumata nell’unità di tempo. Affermare quindi che un apparecchio è più potente di un altro, o che assorbe più potenza, significa rispettivamente che può fornire uno sforzo energetico maggiore, o può consumare una quantità di energia maggiore, in un secondo (o in un’ora, un mese, un anno…) rispetto all’altro.

Secondo il Sistema internazionale, l’unità di misura della potenza è il watt, con simbolo W, così chiamata in onore del fisico scozzese James Watt. È comune trovare quest’unità di misura in relazione alle lampadine ed alla loro capacità di illuminare; ma anche relativamente agli elettrodomestici in generale, come un forno a microonde, un asciugacapelli, un aspirapolvere, e pure un frigorifero, un televisore, una radiosveglia. Gli allacci elettrici più comuni forniscono ad ogni abitazione una potenza massima di 3 kW (cioè tremilla watt). Questo significa che la somma della potenza consumata dagli apparecchi e dalle lampadine di una casa non può superare i 3 kW, pena il distacco automatico della fornitura elettrica (e la noiosa pratica di dover riattivare il contatore… al buio, pure).

Invece, in ambito automobilistico (ed in generale motoristico), si rimane fedeli all’utilizzo del cavallo vapore (con simbolo HP, o spesso in Italia CV), corrispondente a circa 745.7 W, per indicare la potenza meccanica fornita da un motore. Questo significa che anche un’utilitaria, come può essere ad esempio la recente Fiat 500 1.2 che ha un motore da 69 HP e quindi 51 kW, è in grado di fornire una potenza ben 17 volte superiore a quella che il gestore elettrico fornisce comunemente alle abitazioni. C’è da ricordare, ovviamente, che in un caso si tratta di potenza elettrica e nell’altro meccanica, e trasformare quest’ultima nella prima è un’operazione con un’efficienza al più del 65% in impianti industriali (cioè, il 65% diventa elettricità ed il restante 35% se ne va in calore); mentre l’operazione inversa ha un’efficienza di oltre il 95%, e dunque anche da questo si capisce come l’elettricità sia una forma di energia grandemente più pregiata rispetto a quella meccanica e, soprattutto, quella termica, oltre che per gli ovvi motivi di praticità e trasportabilità.

L’unità di misura dell’energia è il joule, pronunciato comunemente “giàul” (anche se sarebbe più corretto dire “giùl”, /ˈdʒuːl/, dal fisico inglese James Prescott Joule) ed indicato con il simbolo J. Tuttavia, negli impieghi più comuni non viene usato quasi mai il joule, quanto piuttosto, in ambito soprattutto alimentare, la chilocaloria (o “grande caloria”, o più comunemente ed erroneamente solo “caloria”), con simbolo kcal, corrispondente a 4186.8 joule; ed in ambito più propriamente elettrico il kilowattora, con simbolo kWh, corrispondente a 3.6 milioni di joule. Per i condizionatori d’aria si usa anche il Btu/h, dove un Btu è una british thermal unit, unità britannica di calore, definita in maniera simile alla caloria ma con le unità di misura tipiche anglosassoni. Un Btu equivale a circa 1055 joule. Questo dato però non si riferisce al consumo dell’apparecchio (che può essere anche inferiore, nei modelli più efficienti), ma alla sua capacità di raffreddare o riscaldare l’aria, cioè di immettere o portare via energia termica dall’aria.

Il kilowattora è l’energia consumata da un apparecchio della potenza di 1 kW in un’ora esatta. O da un phon da 1500 W in 40 minuti, o da un condizionatore da 2 kW in mezz’ora, o da un forno a microonde da 750 W in un’ora e venti minuti alla massima potenza. Un kWh, in Italia, costa ad un utente privato circa 19 centesimi di euro.

Per ora, concentriamoci sul fabbisogno di elettricità delle case e delle industrie italiane. Secondo l’ultimo recente rapporto Terna, nel 2007 l’Italia ha consumato 339.9 TWh (terawattora, cioè miliardi di kWh) di energia elettrica, in aumento dello 0.7% rispetto al 2006. Questo quantitativo, che è talmente grande da essere difficile da immaginare, è comunque circa un settimo dell’energia totale consumata in Italia, e circa i due terzi del fabbisogno di carburante per l’autotrazione, cioè per le auto, i camion, i treni diesel, gli aerei.

Di questi 339.9 TWh di energia elettrica consumati dall’Italia, che corrispondono ad una potenza consumata media di 38.7 GW, solo 293.6 provengono dal nostro territorio, ed i restanti 46.3 (il 13.6% del totale) sono acquistati dall’estero. Si noti, inoltre, che ben 21 TWh di energia vengono dispersi dalla rete elettrica. E non si tratta del solito “spreco all’italiana” (o almeno, solo in parte), ma di un fenomeno irrisolvibile e “fisiologico” del trasporto di energia elettrica, noto come effetto Joule (ancora lui!). Ma non è finita.

La nostra produzione di elettricità si basa per ben l’84.3% sul termoelettrico, cioè sulle centrali che sfruttano la combustione di gas, petrolio, carbone e biomasse: sono tutte fonti “deprecabili”, nel senso che sfruttano la combustione e che quindi comportano direttamente inquinamento dell’aria ed aumento dei cosiddetti “gas serra” nella nostra atmosfera. Per di più, dal momento che tale produzione è basata per il 66.1% dal gas naturale, per il 15.7% dal carbone e per l’8.2% da petrolio e derivati (per fortuna in netto calo), e che di tali materie prima l’Italia ne è assai povera, questo si traduce sostanzialmente in un’enorme importazione di tali fonti, e quindi di una colossale dipendenza dall’estero per il nostro fabbisogno di energia elettrica. Non sorprende che in Italia l’energia costi così cara.

E le fonti “rinnovabili”? Con “rinnovabile” s’intende una fonte energetica che è possibile sfruttare indefinitamente nel tempo, come nel caso del sole, del vento, dei fiumi, dei moti ondosi, del calore del sottosuolo. L’energia idroelettrica copre quasi tutto il resto del nostro fabbisogno elettrico nazionale, con il 12.6% (in forte calo rispetto al 2006 a causa della siccità, ma si spera che questo 2008 ben più piovoso riaggiusti le cose); l’energia geotermica ha contribuito nel 2007 per l’1.75%, quella eolica per l’1.3% (con una produzione in aumento del 36.1% rispetto al 2006). E l’energia solare? Parliamo di numeri talmente bassi da sembrare ridicoli: appena lo 0.013% della produzione nazionale, solo 39 GHw in tutto il 2007. Eppure, è un dato oltre 16 volte più alto rispetto al 2006. E per chi se lo chiedesse: no, non siamo un Paese con un occhio particolarmente negligente verso questa fonte di energia. Al limite, sono Germania e Giappone ad essere Paesi particolarmente fiduciosi.

Alla luce di questi dati, vorrei discutere su quali possono essere le migliori opzioni per la produzione energetica nazionale, ed anche europea, se non addirittura globale, per i prossimi decenni, ed inquadrare tutto il fenomeno all’interno del contesto economico, ambientale e politico. Nel prossimo articolo, parlerò proprio della risorsa che Italia pare essere la meno sfruttata, e sui cui in tanti ripongono immensa fiducia: il solare.