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.

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