41 Gigawatt – Quinta Parte

Completata la carrellata sulle tecnologie con cui nel nostro Paese già si produce energia elettrica, non potevo chiudere la rassegna senza parlare di un altro sistema con cui la si vorrebbe produrre nel medio termine. Parlo dell’energia elettrica derivabile dalle tanto discusse centrali nucleari.

7. Centrali nucleari.

Quando si parla di uranio e di centrali nucleari, più che di trattare di tecnologia sembra di entrare in una disputa teologica dove nuclearisti e antinuclearisti si comportano come adoratori di divinità diverse e nemiche fra di loro. Su internet ci sono centinaia di siti che parlano di energia nucleare, non sempre con un approccio “neutrale”: qui ho cercato – nei limiti delle mie possibilità – di riportare solo gli elementi conoscitivi essenziali (senza pretendere di esaurire in poche righe una materia tanto complessa) lasciando a ciascuno l’onere e il piacere di formarsi, confermare o modificare le proprie opinioni.

(Ah, la foto della Hunziker (*) non c’entra niente, era solo per tirare un po’ su… l’audience almeno di parte maschile.)

- Che cos’è una reazione nucleare?

Una reazione nucleare è un tipo di trasformazione della materia che riguarda il nucleo di un atomo di uno specifico elemento chimico, che viene convertito in un altro. La conversione avviene quando l’atomo perde o guadagna alcuni protoni, assorbendo o rilasciando in queste trasformazioni grandi quantità di energia. Questa conversione si può ottenere in due modi: per fusione o per fissione.

Sulla fusione si basa il principio della bomba H, (dove H sta per Idrogeno, non per Hunziker). Detta in soldoni, consiste nell’urto tra due nuclei atomici (tipicamente il Deuterio e il Tritio, due isotopi dell’Idrogeno) che dà luogo a uno “scombussolamento” della materia che si “fonde”, dando luogo ad enorme sviluppo di calore. Il fenomeno, nella sua forma controllata, è ancora in fase di sperimentazione e la prima centrale a fusione (ITER, un progetto USA-UE-Giappone-Russia-Cina) non dovrebbe vedere la luce prima del 2030-2035. Troppo in là per parlarne qui, ora.

Quelle di cui ci interessa parlare ora sono invece le centrali nucleari a fissione. Fissione è un termine astruso per indicare una scissione, una separazione indotta da qualche agente esterno, un po’ come succede quando in un tranquillo menage matrimoniale irrompe un/una amante.

La fissione nucleare consiste nella disintegrazione del nucleo dell’atomo di alcuni particolari elementi, detti fissili (come l’isotopo 235 dell’Uranio), per mezzo di piccolissime particelle (neutroni) che lo colpiscono e lo spezzano in due nuclei piu’ leggeri (Cripton e Bario) con qualche neutrone sparso in sovrappiù. La somma dei prodotti della fissione ha una massa piu’ piccola di quella del nucleo originale: poiché, come ben sapete, “nulla si crea e nulla si distrugge” ciò significa che, durante il processo, una parte della materia si trasforma in qualcosa d’altro. Questo qualcosa è energia, e per circa la metà è di tipo termico, ossia “calore”. Ora non crediate che sia poco, questo calore: pensate che dalla fissione di un solo chilogrammo di uranio si produce il calore che può essere generato dalla combustione di alcune tonnellate di legna.
Quei neutroni sparsi (ma sì, quelli che si liberano durante la fissione) si divertono, a loro volta, a colpire nuovi nuclei, e così via: si innesca una reazione a catena che deve però essere tenuta costantemente sotto controllo, altrimenti… BUM!!!. Per controllare la reazione, attenuandola o stoppandola quando occorre, si usano dei marchingegni che si interpongono come barriere tra questi neutroni liberi birichini e i gli altri nuclei che ne potrebbero essere colpiti.

Fin qui è chiaro? Ehm… mi sa di no: l’ho spiegato talmente da cani che il nostro caro Prof si starà rivoltando nella tomba… Ma se anche non aveste capito nulla, niente paura, tutto quello che ho detto fin qui non è essenziale. E’ invece essenziale che ricordiate tre cose.

La prima è che questa reazione si svolge nel reattore nucleare, ed è all’interno del suo nucleo (comunemente chiamato “nocciolo”) che si sprigiona questa enorme energia sotto forma di calore: e che ne facciamo? Lo usiamo per vaporizzare l’acqua contenuta nel “pentolone” dalle spesse pareti d’acciaio che circonda il nocciolo. Il vapore prodotto serve… (ma sì, avete indovinato!) a far girare le pale della solita turbina che a sua volta fa girare il solito alternatore che produce la solita corrente elettrica.

La seconda cosa è che la reazione nucleare è in grado di autoalimentarsi (reazione a catena) e che quindi va tenuta sotto costante, attento e competente controllo. Vi sono vari gradi di avaria o malfunzionamento, dalle perdite di acqua di raffreddamento dal pentolone (ricorderete il caso recente della centrale di Tricastin), alla fusione del nocciolo non abbastanza raffreddato, fino all’esplosione quando non si riesce a controllare la reazione a catena. Come sappiamo, le conseguenze di serie avarie possono essere gravissime.

La terza cosa da tenere presente è che il materiale che viene trattato è radioattivo, e quindi non è per niente igienico esserne contaminati, perché induce gravi malattie alle vie respiratorie, alla tiroide, alle ossa, ecc. Per di più, quando la reazione si è completata restano residui di lavorazione anch’essi radioattivi: le cosiddette “scorie”.

- La situazione in Italia e nel mondo.

E’ convinzione di molti, soprattutto dei più giovani, che l’Italia abbia scelto, tramite i tre referendum del 1987, di non convertirsi al nucleare. Non si sa – o si è dimenticato – che in Italia si produceva (eccome!) energia elettrica dal nucleare sin dal 1959, anno di costruzione del primo reattore di ricerca italiano costruito ad Ispra (VA) e lo si è fatto fino al 1986 con quattro centrali funzionanti (Latina, Caorso, Trino Vercellese, Garigliano) e una in costruzione (Montalto di Castro, poi convertita in termoelettrica con costi allucinanti). Anzi, nel 1966 l’Italia era il terzo produttore mondiale di energia elettrica derivata dal nucleare: sembra incredibile, eh?

Molto è cambiato da allora. Il reattore di Ispra era di “prima Generazione”, rientrava nella fase sperimentale. Il reattore di Chernobyl apparteneva invece alla cosiddetta “seconda Generazione”, più sicura di gran lunga della prima ma, come si è visto, non abbastanza da scongiurare un disastro che i più, peraltro, fanno risalire alle carenti condizioni di manutenzione e di protezione della centrale.

Sono oggi in esercizio nel mondo 439 reattori nucleari (di cui 218 in Europa compresi i 68 negli ex stati satelliti dell’URSS) per una potenza installata di 372 GW. Essi coprono circa il 15% della produzione mondiale di energia elettrica. La maggiore capacità produttiva è negli USA con 98 GW, seguiti da Francia con 63 GW, Giappone 48 GW, Russia 22 GW. Per quanto attiene la percentuale di energia elettrica prodotta con centrali atomiche in Europa, è in testa la Francia con il 78%, seguita da Lituania 72%, Slovacchia 56%, Belgio 54%, Svezia 48%, Ucraina 47%, Bulgaria 42%, Slovenia 40%, Svizzera 40%, Repubblica Ceca 30%, Finlandia 29%, Germania 28%, Spagna 26%, Gran Bretagna 19%, Russia 16%, ecc. Il trend attuale vede in prima fila per la “rinascita” del nucleare (indovinate un po’?) Cina ed India.

La maggioranza del parco mondiale attuale è costituito da reattori della cosiddetta “seconda Generazione”, corrispondente alla tecnologia nucleare sviluppata negli anni 60-80. La “terza Generazione”, sviluppata negli anni 90, rappresenta lo stato dell’arte attuale, ovvero i reattori disponibili oggi sul mercato. La differenza più rilevante degli impianti nucleari di terza Generazione rispetto a quelli di seconda consiste nell’adozione di sistemi di sicurezza passiva (ossia che non richiedono il controllo attivo mediante meccanismi automatici oppure tramite l’intervento dell’operatore) per la gestione di eventuali malfunzionamenti del sistema. Inoltre i reattori di III Generazione, detti anche “evolutivi”, rappresentano un avanzamento rispetto alla II Generazione per essere caratterizzati da:
- standardizzazione del progetto, con riduzione del costo e dei tempi di realizzazione;
- semplificazione e maggior “robustezza” del reattore, che ne rende l’esercizio più semplice e quindi meno vulnerabile ai malfunzionamenti operativi;
- vita operativa più lunga prima dello smantellamento (in gergo “decommissioning“), che può essere effettuato dopo 60 anni contro i 30-40 della generazione precedente;
- riduzione del rischio di fusione del nocciolo;
- riduzione dell’impatto ambientale a parità di energia prodotta;
- migliore efficienza di combustione, con conseguente riduzione del volume dei rifiuti ad alta radioattività.

Tra 15-20 anni dovrebbe essere matura la transizione ai reattori di “quarta Generazione”: è un progetto che va avanti dal 1999 e che ha in programma la realizzazione di impianti che assicurino la sostenibilità ambientale, sempre più sicurezza ed un forte risparmio di gestione e d’impianto. E’ un programma planetario che vede coinvolti direttamente grandi Stati come Argentina, Brasile, Canada, Francia, Giappone, Sudafrica, Corea del Sud e Inghilterra. In questo quadro geografico vanno inoltre incluse le centrali nucleari presenti in Svizzera, Germania e Slovenia.

Con tutto questo fermento viene perfino superfluo osservare che, qualora avvenisse un nuovo disastro nucleare in uno dei paesi vicini, l’Italia si troverebbe comunque ad affrontare gravi problemi ambientali e sanitari. Sappiate che la Francia si alimenta grazie alle 59 centrali presenti sul suo territorio (e l’equivalente del prodotto di 8 di queste lo vende a noi italiani). Sono 17 invece le centrali presenti in Inghilterra e Germania. In Spagna sono 11, mentre 10 centrali sono presenti in Svezia, 7 in Belgio e 5 in Svizzera.

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- Vantaggi e svantaggi

Il rinnovato forte interesse per l’opzione elettronucleare deriva essenzialmente:
- dalla sua sostanziale indipendenza dal costo della materia prima: il costo di approvvigionamento dell’uranio incide appena per il 5% sul costo totale; è invece assai impegnativo l’investimento iniziale sull’impianto e la spesa per il deposito delle scorie e per lo smantellamento finale;
- dalla necessità di garantire una produzione elettrica priva di emissioni in atmosfera. L’energia ottenuta dal nucleare è di tipo “pulito”, sotto il profilo dei rilasci nocivi di CO2 in atmosfera (se si trascura l’inquinamento indiretto causato dal trasporto della materia prima).

Non si può parlare di un’energia “rinnovabile” perché il processo è alimentato da materiale (Uranio) presente in natura in quantità finita, seppure si possa stimare in circa 70 anni (così si esprime l’ASPO, ma c’è chi si spinge a calcolare che siano oltre 400 anni e c’è pure chi prova a dimostrare che è un falso problema) la durata dei giacimenti presenti soprattutto in Australia, Canada e Kazakhstan, almeno al ritmo attuale della domanda. Certo, se poi si sviluppassero reattori che anziché l’Uranio utilizzano il Torio (elemento molto più disponibile in natura e che darebbe meno problemi anche di scorie) allora la musica cambierebbe di parecchio; ma oggi in questo campo siamo ancora alla sperimentazione, nonostante le appassionate raccomandazioni di fisici del calibro di Carlo Rubbia.

Un altro grande pregio di questa tecnologia è la possibilità di ricavare molta energia da ciascun impianto centralizzato. La potenzialità tipica delle centrali nucleari è dell’ordine del Gigawatt, ed una centrale di questa taglia ha un “consumo di territorio” dello stesso ordine di grandezza di quello di una centrale termoelettrica di pari potenzialità: sta cioè in un’area quadrata di poco più di un chilometro di lato.

Di alcuni dei problemi di sicurezza che l’energia nucleare comporta abbiamo accennato: come ogni sistema nato dalla mente umana e gestito dall’uomo, anche il sistema nucleare presenta rischi di malfunzionamento: ancorché questi rischi, nelle centrali di tipo recente, siano molto diminuiti in termini probabilistici rispetto a quelli dei primi esemplari, tuttavia risultano elevati in termini di potenziali conseguenze dell’evento. Detto in parole povere, le centrali non si “rompono” così facilmente come poteva accadere trent’anni fa, ma quando si “rompono” allora sono guai grossi. Questo fatto comporta un rischio indiretto: le rende obiettivi “sensibili” per il sabotaggio, il che, in tempi di terrorismo, non è che ci renda allegri.

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Un altro problema spesso trascurato è che questi sistemi hanno una dannata sete di acqua di raffreddamento: forse qualcuno ricorderà che nella torrida estate del 2003 in Francia per la siccità si dovettero rallentare i reattori, si dovettero far spegnere i condizionatori d’aria e ci furono furiose polemiche.

C’è ancora un fattore che non fa vedere di buon occhio il nucleare: il parallelismo tra l’uso civile e quello militare di questa tecnologia. Dalla reazione nucleare si genera anche un po’ di plutonio, che è un ottimo ingrediente per fabbricare bombe. E’ questo un fattore (più geopolitico che tecnologico) che io non mi sento in grado di valutare appieno, specie nell’attuale momento storico, e che quindi lascio al vostro eventuale approfondimento.

Ma forse il problema più sentito oggi è quello delle scorie, che sono pericolose da maneggiare e difficili (dunque costose) da smaltire. Con il termine di “scorie” si indica il combustibile esausto originatosi all’interno dei reattori nucleari nel corso dell’esercizio. Esse rappresentano un sottoinsieme dei rifiuti radioattivi, a loro volta suddivisibili in base al livello di attività in tre categorie: basso, medio ed alto. Oddio, non crediate che siano montagne di robaccia: una bella centrale da 1 GW produce in un anno appena 4 mc di scorie altamente radioattive (un volume pari a quello del vostro armadio quattrostagioni) e 100 mc di scorie mediamente radioattive (il volume di due belle camere da letto): solo che il loro impatto biologico è devastante e sono dure a morire (le prime restano attive per decine di migliaia di anni, le seconde per qualche secolo) quindi vanno trattate con un certo rispetto. Fino ad oggi le scorie sono state stoccate principalmente presso le centrali stesse, ma prima o poi bisognerà organizzare “discariche” idonee ed adeguatamente controllabili: sul pianeta ne esiste per ora solo una, in Nevada (USA), nata tra le polemiche dei locali e non ancora mai utilizzata se non per farci visite guidate.

Last but not least, un ulteriore problema del nucleare in Italia è che siamo … italiani! Da noi l’effetto NIMBY (cioè “fate pure quel che a me serve, ma non vicino a me”) si esprime con particolare virulenza (vedi il problema discariche, inceneritori, TAV,…): l’installazione sul territorio troverebbe dunque fortissime resistenze da parte delle popolazioni locali. Inoltre, da noi sarebbe un problemone organizzare e gestire lo smaltimento delle scorie (prendi il problema monnezza e moltiplicalo per mille). Infine, ci sono i tempi biblici che noi italiani impieghiamo per la costruzione delle grandi opere: anche ammesso che la costruzione di una nuova centrale si decidesse domani mattina, occorrerebbero anni (chi dice almeno dieci, chi dice anche di più) per tirarci fuori il primo kWh.

Bene, cari amici. Siamo arrivati alla fine di questa cavalcata tra i vari sistemi che consentono (o potrebbero consentire) al nostro Paese di produrre l’energia elettrica di cui ha bisogno.

Queste le puntate precedenti:
Prima parte – Introduzione
Seconda parte – Termoelettrico ed Idroelettriche
Terza parte – Solare fotovoltaico e Termodinamico a concentrazione
Quarta parte – Eolico, Geotermico, Biomasse
Nella prossima puntata – l’ultima della serie – metteremo a confronto i vari sistemi, ne vedremo i costi comparati e cercheremo di trarre qualche valutazione conclusiva.

(*) In realtà si tratta di un cavolo, non della Hunziker. Anche se entrambi non c’entrano niente, il cavolo, a quanto pare,  è meno provocatorio pur essendo nudo lo stesso. Vedi commenti.