Perchè SI al referendum contro il nucleare in Italia

Il 12 e 13 giugno 2011 i cittadini italiani saranno chiamati ad esprimersi sulla proposta di abolizione di quelle leggi che riguardano il ritorno dell'utilizzo dell'energia nucleare su grande scala in Italia, la possibilità di privatizzare l'acqua potabile, il legittimo impedimento del presidente del consiglio dei ministri e ministri. 

Per quanto riguarda il referendum abrogativo sul "nucleare", la Corte di Cassazione si è pronunciata in data 1 giugno 2011 sull'eliminazione di questo quesito in seguito alla moratoria approvata dal governo, lasciando intatto il quesito in quanto la moratoria prevista dal governo non esclude la possibilità di tornare al nucleare.

Per quanto riguarda gli esperti del settore, per quanto riguarda quanti operano nel mondo della ricerca in ambito energetico,  non c'è una posizione dominante fra nuclearisti ed anti-nuclearisti e si discute sopratutto su posizioni personali basate su valutazioni di diversa origine, ambientale, economica, sociale ancor prima che energetica.

Se in passato su questo blog è stata affrontata la tematica "energia nucleare" in maniera abbastanza - si spera - neutrale, le motivazioni dell'autore sul "SI" al referendum vanno spiegate in maniera che sia al contempo semplice, chiara e che accessibile ai non addetti ai lavori. E' notizia di oggi che la Germania ha varato un piano energetico che prevede la conversione ad altri fonti energetiche entro il 2022, abbandonando l'energia da fissione nucleare in undici anni, meno di quanto serve per costruire una singola centrale.  Va sottolineato e ricordato che una centrale nucleare permette di ridurre drasticamente le emissioni in atmosfera di CO2 e di agenti inquinanti.

COSTI
Si rimanda alla lettura dell'intervento sui reattori nucleari di terza generazione - La valutazione sui costi è stata effettuata prima che si verificasse il disastro nucleare di Fukushima.

SICUREZZA

E' indubbio che il grande limite allo sviluppo delle centrali nucleari sia il problema legato alla sicurezza vista più che come insieme dei sistemi il cui scopo sia quello di limitare i danni in caso di incidenti o cataclismi, come sicurezza percepita da parte del cittadino che vive in un raggio di 10-20-50 km dalla centrale nucleare.

Se appare evidente che le centrali nucleari siano quelle con maggiori sistemi ridondanti di sicurezza attiva e passiva, se è ovvio che gran parte del costo -enorme- di una centrale nucleare sia oramai indirizzato sul mettere in sicurezza l'impianto,  è altresì evidente che basta un singolo incidente a creare le condizioni per un disastro ambientale di proporzioni immani.  Per quanto si possano garantire standard di sicurezza elevatissimi, la possibilità di un attentato, di un incidente (come dimenticare Chernobyl?) così come quella di un forte cataclisma non necessariamente di gravità inattesa come quello che ha colpito il Giappone (Fukushima e dintorni)  non possono mai essere del tutto trascurate. 

Ci si trova pertanto in un duplice paradosso: le centrali nucleari sono gli impianti più sicuri al mondo ma che sono percepiti dalla popolazione come i meno sicuri; la possibilità che possa verificarsi un danno serio o grave è minima ma allorquando accada tutto ciò che circonda la centrale diventa per secoli zona interdetta alla vita.

GESTIONE SCORIE

Forse il problema principale legato alla fissione nucleare. Ciò che resta del combustibile utilizzato per alimentare il processo di fissione è un mix terribile di plutonio ed altre sostanze altamente radioattive la cui pericolosità resta immutata per secoli e millenni.  Non considerare il costo nel tempo legato ad una gestione sicura delle scorie nucleari significa semplicemente demandare ai figli dei nostri figli l'enorme il costo di smaltimento delle scorie, nella speranza che la ricerca faccia passi da gigante in tal senso.  

Se per stati che hanno ampie zone a densità abitativa bassa con le caratteristiche orografiche adatte ad ospitare depositi di scorie radioattivi è possibile creare zone sicure, per paesi come l'Italia ad alta densità abitativa, con un'orografia particolare e diverse zone sismiche o vulcaniche, immaginare di creare un deposito che sia stabile per secoli è davvero difficile.  Del resto attualmente le scorie sono conservate in più località italiane, spesso in zone del tutto inadatte.  In tal senso è riportato un servizio che Milena Gabanelli in Report su rai3 dedicò all'energia nucleare in Italia alcuni anni fa:

Impianti nucleari di III generazione e reattori EPR: il presente dell'energia nucleare

Chi scrive ha provato a riportare in questo breve post  scritto alcuni mesi or sono lo stato dell'arte e le peculiarità dei reattori  nucleari di III generazione, senza entrare nel merito dell'opportunità di investire o meno nel nucleare oggi.   Pregi e difetti della fissione nucleare, del resto, sono ben noti a tutti.  Le recenti notizie provenienti dal Giappone riguardanti lo stato delle centrali BWR seriamente danneggiate dal sisma devono far riflettere non poco. 

Gran parte degli impianti nucleari attualmente in esercizio appartiene alla cosiddetta II generazione, progettata e sviluppata negli anni '60 e '70.   Di contro buona parte degli impianti attualmente in costruzione appartiene all' evoluzione di tali impianti, nota come III generazione di reattori nucleari, sviluppati negli anni '90.  I reattori Gen III si identificano essenzialmente nelle tre filiere:

• pressurized water reactor (PWR)  
• advanced boiling water reactor (ABWR)
• heavy water reactor (HWR o CANDU nella versione canadese). 

L'interesse del mercato si sta focalizzando sulle versioni definite gen. III+, più recenti ed innovative, quali i reattori EPR (Areva), gli AP1000 (Westinghouse) e IRIS (consorzio guidato da Westinghouse). Se a chiusura del ciclo del combustibile nucleare con riciclo completo degli attinidi (uranio, plutonio e attinidi minori) e la trasmutazione dei prodotti di fissione a vita lunga, rimane prerogativa della IV generazione, va scritto che gli sforzi maggiori riguardanti l'evoluzione degli impianti attualmente in esercizio è stato fatto su più fronti:

Reattore EPR in costruzione (a sinistra) fonte wikipedia

• Aumento della sicurezza e riduzione del rischio di incidenti con potenziale fusione del nocciolo
• Standardizzazione dei progetti e riduzione dei costi e tempi di esercizio
• Aumento della durata di vita dell'impianto, prolungata fino a 60 anni
• Maggiori tassi di combustione del combustibile e minor volume di rifiuti ad alta radioattività
• Possibilità di monoriciclo di plutonio ed uranio depleto grazie alla possibilità di utilizzare MOX (ossidi misti di uranio e plutonio) come combustibile

E' chiaro pertanto che lo sforzo innovativo e tecnologico è stato volto più ad incrementare la sicurezza passiva e al potenziamento dei sistemi di sicurezza attiva che  alla ricerca legata ad aspetti termofluidodinamici o di riduzione della produzione di inquinanti dell'impianto per la produzione di energia mediante reazione di fissione nucleare. 

A differenza degli impianti di II generazione, il rendimento degli impianti gen. III hanno un rendimento intorno al 35-37% per gli impianti di range fra i 1100 e 1600 MWe ed al 33% per gli impianti di piccola taglia (100-350 MWe) come l'IRIS, destinati alla produzione combinata di energia elettrica, termica e/o acqua potabile.   Per quanto riguarda la produzione di energia elettrica, la messa in esercizio di un impianto nucleare da 1000 MWe permettere di evitare l'emissione in atmosfera di circa 6.5 milioni di tonnellate di CO2 rispetto ad un impianto a carbone di pari potenza.

Per quanto riguarda i costi, le stime riguardanti le centrali EPR in Europa vanno dai 1875 €/kWe per l'impianto di Olkiluoto (Finlandia) del 2003 ai 2063 €/kWe  - incrementati di recente a oltre 2500 €/kWe - per quello di Flamanville (Francia) del 2007.  I costi di costruzione delle centrali di tipo AP1000 si aggirano invece intorno ai 2200-3000 €/kWe, stando alle valutazioni fatte per gli impianti in costruzione sia in Cina che negli Stati Uniti.

Tenendo conto di tutti i fattori e dell'elevato costo di stoccaggio e smaltimento delle scorie  (7-9 $/MWh) il costo di generazione dell'energia elettrica prodotta in centrali di tipo EPR o AP1000, stando a quanto stimato dai progettisti, saranno compresi rispettivamente tra 33 e 55 €/MWh e tra 33 e 78 $/MWh.

Per quanto riguarda l'energia nucleare, in attesa che la ricerca possa portare a sviluppi interessanti nel campo dei reattori a fusione o dei reattori a fissione di IV generazione, i reattori di III e III+  generazione si candidano ad occupare un ruolo di primaria importanza per i prossimi 10-20 anni. In tal senso si prevede che i reattori di piccola taglia (es. IRIS) possano ritagliarsi significative quote di mercato in paesi emergenti od in via di sviluppo.
E' evidente che lo sviluppo dell'energia nucleare è limitato da diversi fattori:

• la gestione delle scorie nucleari
• l'alto costo di capitale ed il rischio di investimento
• l'accettabilità sociale ed i rischi connessi alla proliferazione nucleare

Se da un punto di vista meramente economico, il costo sempre maggiore dei combustibili tradizionali di origine fossile fa sì che impianti del genere possano diventare economicamente competitivi, se da un punto di vista ambientale è indubbio che l'utilizzo di reattori nucleari possa portare ad una drastica riduzione delle emissioni di CO2 ed inquinanti in atmosfera,  è altresì evidente che i problemi legati alla sicurezza delle centrali rappresentano il più grosso scoglio anche per quanto riguarda il convincere l'opinione pubblica a convivere con un impianto nucleare, dato che il ricordo dell'orrore del disastro di Chernobyl è ancora giustamente sotto gli occhi di tutti.    Appurato che gran parte degli sforzi in termini di investimenti e ricerca sono stati fatti per aumentare fino a livelli di ridondanza plurima i sistemi di sicurezza passiva ed attiva, rimane il problema legato alla produzione di energia elettrica attraverso la fissione nucleare è rappresentato dalla gestione delle scorie di materiale altamente radioattivo.  In assenza di studi veramente innovativi in tal senso, sarà difficile immaginare un reale incremento dell'energia prodotta da fissione nucleare in ambito mondiale.

Gli impianti EPR

Il reattore nucleare europeo ad acqua pressurizzata (EPR) è del tipo PWR da 1600 MWe di potenza netta  sviluppato da Areva, società franco-tedesca originata da Framatome e Siemens. Si tratta di una derivazione dei progetti PWR N4 (francese) e Konvoi (tedesco), con una riduzione dei costi pari almeno al 10% rispetto agli impianti di precedente generazione.  Peculiarità di questa classe di impianti è di essere stata progettata, a differenza delle centrali nucleari di passata generazione, per funzionare a carico variabile e non a punto fisso e per elevati burn-up del combustibile (circa 60 MWd/kg contro i 45-50 MWd/kg dei PWR Gen II) con efficienza netta prossima al 37%, ottenuta anche attraverso un gruppo turbo-alternatore innovativo che permette un guadagno di 70 MWe.

Per quanto riguarda la sicurezza dell'impianto, questa si basa sulla ridondanza quadrupla dei sistemi di intervento attivi e sul miglioramento dei sistemi di contenimento realizzati in cemento armato a doppia parete di circa   di spessore, con liner interno di rivestimento in acciaio. La probabilità che avvenga un incidente atomico grave con conseguente fusione del nocciolo è ridotta a valori inferiori a 10e-5 eventi/reattore anno e sono ridotte e confinate le conseguenze collegate ad incidenti gravi anche grazie al sistema di recupero e raffreddamento del nocciolo fuso.   Su wikipedia è ben descritto in pochi punti sintetici lo sforzo innovativo in tal senso, anche se sono diversi i dubbi mossi da diverse riviste scientifiche ed enti contrari alla proliferazione del nucleare:

• quattro sistemi indipendenti di refrigerazione d'emergenza, ognuno capace da solo di refrigerare il nocciolo del reattore dopo il suo spegnimento;
• un contenimento metallico attorno al reattore, a tenuta per le eventuali fuoriuscite di materiale radioattivo in caso di incidente con rottura del circuito primario;
• un contenitore (core catcher) ed un'area di raffreddamento passivo del materiale fuso, nell'improbabile evento che il nocciolo di combustibile nucleare radioattivo fuso possa fuoriuscire dal recipiente in pressione (vedere edificio di contenimento);
• doppia parete esterna in calcestruzzo armato, con uno spessore totale di 2,6 metri, progettata per resistere all'impatto diretto di un  aereo di linea di grosse dimensioni.

Le informazioni sopra riportate sono state dedotte da articoli e report tecnici presenti in rete, in particolar modo su siti direttamente riconducibili all'ENEA. 

Fusione nucleare - lo stato dell'arte e l'ITER

Il tokamak

Non è errato affermare che una delle principali sfide che investiranno l'uomo nei prossimi decenni sarà quella di individuare fonti di energia illimitate e pulite, in modo tale da sopperire alla sempre maggiore richiesta da parte dell'umanità senza danneggiare ulteriormente l'ecosistema ed il pianeta nel suo complesso. 

In tale ottica assumono importanza strategica gli studi e le ricerche riguardanti la produzione di energia elettrica attraverso il fenomeno della fusione nucleare.  I meccanismi di reazione legati alla fusione nucleare, sotto certi aspetti diametralmente opposti rispetto a quelli riguardanti la fissione nucleare, sono alla base delle più distruttive bombe atomiche mai realizzate dall'uomo, quelle bombe H all'interno delle quali la reazione di fusione, innescata da una reazione di fissione nucleare, innesca a sua volta un'ulteriore reazione di fissione nucleare.  Nonostante  tale tipo di reazione sia stata ampiamente studiata per fini tutt'altro che pacifici, è proprio l'applicazione nel campo civile che - qualora vengano risolte diverse problematiche strutturali - consentirà all'uomo di avere a disposizione una produzione di energia praticamente illimitata senza emissioni inquinanti e quasi nulla produzione di scorie radioattive da un combustibile facilmente ricavabile dall'acqua. 

Cosa è e come funziona la fusione nucleare.

Nonostante esista in letteratura una discussione che negli anni scorsi è stata molto accesa riguardante la cosiddetta "fusione fredda", gran parte degli sforzi economici in termini di ricerca e realizzazione degli impianti pilota interessa la "fusione calda", quella che avviene da sempre all'interno del nucleo del sole e delle altre stelle del firmamento.  

In determinate condizioni lo scontro fra particelle di deuterio e trizio (isotopi dell'idrogeno), presenti in natura nell'acqua, comporta la fusione di queste in elio (He) e la liberazione di un neutrone e di un'elevatissima quantità di energia (diversi Mev - megaelettronvolt).  

Una delle reazioni utili per tale tipologia di impianto è la seguente:  D+T=4He+n+Q  (con Q=17.6 Mev), ma sono stati fatti studi per realizzare la fusione fra due molecole di deuterio.

I vantaggi dell'utilizzo di tale reazione ai fini della produzione di energia sono numerosi e tali da modificare completamente la vita dell'umanità:

• combustibile inesauribile e disponibile ovunque
• Rischio di incidente nucleare nullo
• Nessuna produzione di scorie nucleari ad alta radioattività a lunga vita
• Nessuna emissione in atmosfera di inquinanti od anidride carbonica

Di contro è proprio l'altissimo livello di tecnologia necessario per rendere l'impianto utile a costituire il maggior svantaggio allo stato attuale.  Per contenere il flusso di plasma ad elevatissima pressione e temperatura (milioni di Kelvin) è necessario un campo magnetico di impressionante intensità in grado di confinare il plasma all'interno delle quali avvengono le reazioni di fusione e salvaguardare le pareti della struttura. 

ITER - il cammino verso il futuro

L'Unione europea, insieme a Stati Uniti, Russia, Cina e Giappone, sta realizzando a Cadarache, nel sud della Francia, un primo prototipo di dimensioni industriali di un reattore nucleare a fusione. ITER (acronimo per International Thermonuclear Experimental Reactor) è un reattore deuterio-trizio in cui il confinamento del plasma è ottenuto in un campo magnetico all'interno di una macchina denominata Tokamak. Il costo previsto per la realizzazione di questo prototipo si aggira intorno ai 10 miliardi di euro. Lo scopo principale di ITER è quello di ottenere una reazione di fusione stabile (500 MW prodotti per una durata di circa 60 minuti).
ITER sarà quindi il primo impianto a fusione di dimensioni paragonabili a quelle di di una centrale elettrica convenzionale conl'arduo compito di dimostrare la fattibilità scientifica e tecnologica della fusione come fonte di energia. 

ITER è basato sul concetto di confino magnetico del "tokamak" (tradotto dal russo: Cella toroidale con bobine magnetiche) all'interno del quale il plasma è contenuto in un recipiente vuoto a forma di ciambella. Il combustibile, una miscela di deuterio e trizio, due isotopi dell'idrogeno, è riscaldato a temperature superiori a 150 milioni di gradi °C, formando un plasma caldo. Campi magnetici molto forti, prodotti da bobine di superconduttori circondanti il recipiente (vessel) e da una corrente elettrica guidata attraverso il plasma,  sono utilizzati per mantenere il plasma distante dalle pareti.  Sul sito ufficiale del progetto ITER è possibile "visitare" virtualmente il tokamak.

Va scritto che il problema è legato sopratutto alla realizzazione di un impianto che sia in grado di produrre più energia di quella che ne consuma affinchè la reazione abbia inizio e si possa sostenere.
L'Italia partecipa al progetto attraverso gli studi e ricerche compiuti dal centro ricerche ENEA di Frascati, all'interno del quale c'è un tokamak  la cui camera toroidale ha un diametro di circa 90 mm.