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livello elementare.
ARGOMENTO: FONTI ENERGETICHE
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: nucleare, impianti di nuova generazione
La domanda che tutti ci poniamo è se potremmo produrre la stessa quantità di potenza consumata attualmente nel mondo senza i combustibili fossili, sfruttando altre risorse energetiche con nuove tecnologie allo stato dell’arte. Attualmente solo circa il 15% dell’energia totale (qualcuno si azzarda a dire 17/20% in prospettiva) è prodotto da fonti diverse da quelle fossili; in pratica un 6 % dalle centrali nucleari, un altro 6 % dalle centrali idroelettriche e il restante 3% suddiviso fra solare, eolico e biomasse.
Comprendiamo meglio il nucleare
Una soluzione percorribile è l’utilizzo di nuovi impianti nucleari. Sull’argomento ci sono molte avversioni da parte dell’opinione pubblica, nate nel secolo scorso a seguito del grave incidente avvenuto alla centrale di Cernobyl. Ritengo opportuno chiarire, in questo breve articolo, alcuni punti al fine di comprendere i reali pro e i contro di questa soluzione.
Ciò che differenzia l’energia nucleare, da altre fonti alternative ai fossili, è il fatto che questa non è una fonte rinnovabile. Innanzitutto chiariamo che le attuali centrali impiegano la fissione nucleare, un processo di disintegrazione durante il quale nuclei pesanti, come quelli dell’uranio e del plutonio, bombardati con neutroni, si dividono in due frammenti, entrambi di carica positiva, che si respingono con violenza allontanandosi con elevata energia cinetica. L’energia viene quindi convertita, attraverso una serie di meccanismi, in energia elettrica. Le attuali centrali a fissione producono energia attraverso la scissione di atomi pesanti fissili, solitamente Uranio 235 (U235) o Plutonio 239 (Pu239). L’U235 e il Pu239, oltre a non essere rinnovabili, sono scarsamente presenti sul nostro pianeta. Per sostituire l’energia elettrica attualmente prodotta con combustibili fossili si era calcolato che servirebbero 9000 reattori per i quali si stimava che le scorte di U238 e Pu239 si sarebbero esaurite in meno di 5 anni. Alla luce di queste stime l’energia atomica non sarebbe sembrata la strada da percorrere per sostituire le fonti fossili ed infatti, sino alle più recenti scoperte, i reattori di 4^ generazione, suddivisi in ben 6 tipologie e famiglie (che portano a prevedere anche una prossima 5^generazione) era prevista una diminuzione del numero di reattori, con quelli in costruzione in numero inferiore a quelli già esistenti che si stanno progressivamente avvicinando al termine della loro vita operativa. I sei sistemi prescelti di 4^ generazione sono contrassegnati dalle sigle: GFR (Gas-cooled fast reactor system), LFR (Lead-cooled fast reactor system), MSR (Molten salt reactor system), SFR (Sodium-cooled fast reactor system), SCWR (SuperCritical water-cooled reactor system), VHTR (Very high temperature reactor system).
Va compreso che il problema della scarsità delle riserve di U235 e Pu239, che ho accennato, potrebbe essere risolto dai reattori nucleari veloci autofertilizzanti. In questi reattori il materiale fissile è misto a materiale non fissile che, nel corso del funzionamento, viene trasformato anch’esso in combustibile nucleare. Nei reattori autofertilizzanti, gli atomi di U238 vengono trasformati dal bombardamento con neutroni veloci, cioè non rallentati dal moderatore (da cui il nome di reattori veloci), in atomi di Pu239, fissile, che pertanto viene continuamente rifornito. L’importanza dei reattori autofertilizzanti è dovuta al fatto che sono al punto di superare la fase sperimentale e – facilmente riproducibili – potrebbero fornire globalmente altrettanta energia di quanta ne producano complessivamente le centrali idroelettriche, termoelettriche e nucleari convenzionali oggi in funzione.
I reattori di 4 generazione
Il progresso tecnologico, fattore che dovrebbe essere sempre al centro di ogni dibattito ed analisi sulla transizione energetica, fornisce anche un’altra lettura visto che sono già oltre la fase di studio i reattori di 4^ generazione (se non di 5^ generazione), che potrebbero portare ad una rivalutazione di questa risorsa energetica. Al momento numerose tecnologie competono fra loro per affermarsi in termini di sicurezza, produttività e durabilità. Il passaggio più evidente e promettente sembra quello delle “Centrali a fusione”. La tecnologia attuale, ormai ampiamente diffusa, è quella delle centrali a fissione dove un elemento chimico pesante (U238, Pu239) viene opportunamente “bombardato” con dei neutroni fino a che avviene la fissione, ovvero fino a che il nucleo atomico si divide.
schema di massima di una centrale nucleare – Fonte blog https://berenicepallotta.blogspot.com/
I nuovi reattori a fissione di 4^ generazione differiscono nel funzionamento e nei fluidi refrigeranti che vengono impiegati nella centrale, acqua (leggera, pesante o super critica), gas, sodio, metallo liquido, sali fusi o altro e, senza entrare in dettagli o in complicati tecnicismi, l’evoluzione di ognuno di questi sistemi può portare a miglioramenti nell’efficienza, nel livello di sicurezza, nella semplificazione e quindi nella riduzione dei costi dell’impianto. Gli attuali nuovi reattori a fissione di 4^ generazione differiscono nel funzionamento e nei fluidi refrigeranti che vengono impiegati nella centrale, acqua (leggera, pesante o super critica), gas, sodio, metallo liquido, sali fusi o altro e, senza entrare in dettagli o in complicati tecnicismi, l’evoluzione di ognuno di questi sistemi può portare a miglioramenti nell’efficienza, nel livello di sicurezza, nella semplificazione e quindi nella riduzione dei costi dell’impianto.
Le centrali a fusione invece sono basate sul principio fisico opposto, cioè l’unione di due elementi chimici leggeri (deuterio, trizio che sono abbondantissimi sulla Terra), la stessa reazione che avviene naturalmente nelle stelle. Il problema di fondo, difficile ma in via di soluzione, è l’innesco, per il quale bisogna raggiungere temperature intorno ai 100 milioni di gradi (sei volte quella all’interno del Sole), ma la soluzione sembrerebbe essere arrivata dal confinamento della fusione all’interno di un campo magnetico per evitare il contatto con i materiali che non potrebbero resistere a tali temperature. Dominare e diffondere la fusione porta ad avere a disposizione enormi quantità di energia, inoltre la parte radioattiva del combustibile, il trizio, verrebbe trasformata in neutroni e alfa non radioattivi.
Queste centrali risulterebbero intrinsecamente più sicure, risulterebbe impossibile un aumento incontrollato della radioattività, ed i combustibili impiegati non sono interessati dal problema della proliferazione nucleare.
in attesa degli impianti a fusione la IV generazione è molto vicina e consentirà di mandare in pensione molti impianti di vecchie generazioni ancora in uso
Per quanto concerne i reattori a fusione sono il traguardo tecnologico a cui tendono le più grandi eccellenze mondiali nella ricerca in ambito energetico. Questi sono i principali progetti, italiani e internazionali, per la ricerca sulla fusione a confinamento magnetico:
- Commonwealth Fusion Systems (CFS), spin-out del MIT
- Plasma Science and Fusion Center (PSFC) del MIT
- Divertor Tokamak Test (DTT), progetto dell’Enea, Frascati (Italia)
- CNR “Ettore Maiorana” di Gela (Italia).
L’obiettivo è di realizzare la prima centrale a fusione in grado di immettere in rete energia elettrica a zero emissioni di gas clima-alteranti. Non è fantascienza e si prevede di arrivare a mettere in funzione il primo reattore pilota SPARC nel 2025.
Conclusioni
Le prospettive sul nucleare sembrano quindi molto promettenti ma ancora una volta, e soprattutto in Italia, subiamo il nefasto influsso del terrorismo ambientale, spesso sfruttato dalla politica, che ha caratterizzato gli ultimi 40 anni, relegandoci a fanalino di coda del mondo globalizzato. Fattore da sottolineare è il fatto che sono stati enfatizzati oltre misura gli incidenti attribuiti all’uso dell’energia atomica, fra i più tristemente noti e gravi quelli di Cernobyl e di Fukushima, e non altre circostanze concomitanti.
Il disastro di Chernobyl fu un incidente nucleare che avvenne la notte del 26 aprile 1986 nel reattore nº 4 della centrale nucleare di Chernobyl, nell’allora Repubblica Socialista Sovietica Ucraina, non causato da un errore tecnico ma umano – Foto di Paweł ‘pbm’ Szubert
Chernobyl – power plant – reactor 4 02.jpg – Wikimedia Commons
Nel caso del disastro nucleare di Cernobyl una serie di fattori diversi ha concorso all’evento: l’inconcepibile ed inadeguata preparazione e competenza dei tecnici che comportò l’incidente, i difetti di progettazione che rendevano la centrale intrinsecamente instabile, e la volontà di sottodimensionare l’accaduto da parte delle autorità. All’epoca l’Ucraina faceva parte del blocco sovietico e l’economia centralizzata dell’URSS non era mai riuscita a tenere il passo di quella liberale, in termini di produttività. Alla centrale di Cernobyl era stato chiesto di produrre troppo per rispettare i piani di crescita dettati a tavolino dal governo. Va aggiunto come il sistema totalitario al potere imponesse una forte censura, ritenuta necessaria a mantenere il consenso, con la conseguenza che l’opinione pubblica riceveva un’informazione molto parziale e di parte e si sapeva ben poco di ciò che accadeva realmente nel Paese.
Fukushima assunse un’improvvisa notorietà mondiale quando, a seguito del terremoto dell’11 marzo 2011, seguito da un maremoto, si verificò un grave incidente alla centrale nucleare situata a 60 Km di distanza. Nella foto un serbatoio di stoccaggio liquido danneggiato nella centrale nucleare a causa dello tsunami – Fonte: http://www.iaea.org/NewsCenter/…/index.jsp – Photo Credit: Giovanni Verlini IAEA . Visit to the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant (6234793576).jpg – Wikimedia Commons
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Ben diverso l’incidente di Fukushima in Giappone che, insieme a quello di Cernobyl, è stato l’unico a raggiungere il livello 7, ovvero il massimo della gravità nella scala INES dell’IEA (anche se la quantità di radiazioni disperse a Fukushima è stata dieci volte inferiore a quella di Cernobyl). Certo parliamo di un contesto ben diverso, sia storicamente (impianti più moderni) con un livello di innovazione tecnologica da decenni ai vertici mondiali. Inoltre, la situazione politica e economica giapponese è ben diversa da quella dell’URSS degli anni ‘80; il Giappone è un modello di democrazia riconosciuto in tutto il mondo, si distingue per libertà di informazione ed un ottimo grado di scolarizzazione della popolazione, bassa corruzione.
In estrema sintesi, le circostanze dell’evento di Fukushima sono parecchio differenti dal precedente: mentre a Cernobyl si trattò di negligenza a tutti i livelli – dalla progettazione alla gestione- a Fukushima l’incidente si è verificato a seguito di un maremoto indotto dal più forte terremoto mai registrato nella storia giapponese. Comunque sia anche in questo caso, nonostante il pronto intervento e la competenza degli operatori, fu il “sistema” a minimizzare la portata dell’accaduto, con effetto frenante su quanto si sarebbe potuto fare tempestivamente per contenere i danni. L’evento di Fukushima è un case study che dimostra che gravi incidenti possono verificarsi anche nei contesti dove sembrano meno probabili, ma anche che le conseguenze, pure in ambiti ristretti, sono contenibili, considerando che l’evoluzione tecnologica porta verso la riduzione del fattore radioattivo, il rischio più temuto dalle popolazioni.
E in Italia?
Per quanto riguarda l’Italia, sotto il mandato del governo Draghi, si sono visti spiragli per un cambio di politica: mentre l’ENI è associata al MIT negli Stati Uniti nel più promettente dei programmi di reattori a fusione, l’alternativa nucleare è stata toccata dal Presidente del Consiglio come parte dell’esigenza di differenziare il mix energetico dell’Italia, per ridurre la dipendenza dal gas russo. «L’impegno tecnico ed economico, ha detto Draghi, è concentrato sulla fusione a confinamento magnetico, che attualmente è l’unica via possibile per realizzare reattori commerciali in grado di fornire energia elettrica in modo economico e sostenibile» entrando nel dettaglio della strategia europea per le energie nucleari a fusione che, come ho accennato, «prevede l’entrata in funzione del primo prototipo di reattore a fusione nel 2025-2028». Una soluzione sviluppata dal Consorzio EUROFUSION, che gestisce fondi EURATOM pari a oltre 500 milioni di euro per il periodo tra il 2021 e il 2025.
Un’alternativa che va rivalutata guardando al futuro.
Gian Carlo Poddighe
In anteprima: schema ipotetico di una centrale nucleare a fusione, 2020 autore e fonte Dipartimento Editoriale del laboratorio di ricerca navale (Naval Research Laboratory Publishing Department) IFE Power Plant.png – Wikimedia Commons
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Ufficiale del Genio Navale della Marina Militare Italiana in congedo, nei suoi anni di servizio è stato destinato a bordo di unità di superficie, con diversi tipi di apparato motore, Diesel, Vapore, TAG. Transitato all’industria nazionale ha svolto incarichi di responsabilità per le costruzioni della prima legge navale diventando promotore delle Mostre Navali Italiane. Ha occupato posizioni dirigenziali sia nel settore impiantistico che delle grandi opere e dell’industria automobilistica, occupandosi della diversificazione produttiva e dei progetti di decarbonizzazione, con il passaggio alle motorizzazioni GNV.
E’ stato membro dei CdA di alcune importanti JV internazionali nei settori metallurgico, infrastrutturale ed automotive ed è stato chiamato a far parte di commissioni specialistiche da parte di organismi internazionali, tra cui rilevanti quelle in materia di disaster management. Giornalista iscritto all’OdG nazionale dal 1982, ha collaborato con periodici e quotidiani, ed è stato direttore responsabile di quotidiani ricoprendo incarichi di vertice in società editoriali. Membro di alcuni Think Tank geopolitici, collabora con quotidiani soprattutto per corrispondenze all’estero, pubblica on line su testate del settore marittimo e navale italiane ed internazionali. Non ultimo ha pubblicato una serie di pregevoli saggi sull’evoluzione tecnologica e militare sino alla 2^ Guerra Mondiale, in particolare della Regia Marina, pubblicati da Academia.edu.