L'esperto risponde / Tecnologia

Giulio Meazzini

Laureato in Ingegneria nucleare, con studi in bioingegneria, ha gestito progetti italiani ed europei nel settore dell’Information Technology. Collabora con Città Nuova fin da giovane. Fa parte della redazione dal 2008.

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Quale nucleare?

Ultimamente alcuni politici italiani si stanno riempiendo la bocca con lo slogan “nucleare pulito”. Inoltre è notizia di questi giorni la decisione della Commissione Europea di annoverare l’energia nucleare tra quelle rinnovabili. Mi sembra, se non ho inteso male, che si intenda fare riferimento al processo di fusione e non a quello di fissione. Sulla fissione ci sono state, dopo il disastro di Fukushima, decisioni importanti di dismissione delle relative centrali come ha fatto la Germania, che proprio in questi giorni ha completato la chiusura di tre centrali. La Francia sta facendo di tutto per investire nella fusione ed operare la transizione dalla vecchia tecnologia legata alla fissione. I nostri politici fanno passare il concetto che il nucleare “pulito” (fusione) sia qualcosa che si può attuare a breve termine. Tale processo (ne sento parlare da quando facevo l’università, anni ’80 …) richiede ancora tempi di realizzazione medio lunghi. Può fare chiarezza?

Corrado

Grazie della domanda. L’argomento è di quelli che generano reazioni istintive immediate, pro o contro. Succede così, di solito, per le discussioni su temi che in molti provocano “paura”, e il nucleare è uno di questi. Proverò quindi a fare un quadro (minimale) sull’argomento, in modo che ogni lettore possa, spero, farsi una propria opinione ragionata.

Prima di tutto, come spiega lei, ci sono due tipi di energia nucleare: la fissione, basata sul decadimento di atomi pesanti, come l’Uranio, e la fusione, che invece ottiene energia dall’unione di atomi leggeri, come l’idrogeno. Entrambe possono essere usate per il bene e per il male, per produrre energia (elettrica) a scopi civili o per uccidere:

  • le due bombe (atomiche) lanciate su Hiroshima e Nagasaki nel 1945 alla fine della seconda guerra mondiale erano basate sul processo di fissione,
  • la bomba H (a idrogeno) fatta esplodere nel 1952 nelle isole Marshall nell’oceano Pacifico era basata sul processo di fusione (innescato da una piccola esplosione a fissione).

 

Vediamo separatamente pro e contro di entrambe le forme di energia.

Energia da fissione

Il primo reattore nucleare entrò in funzione a Chicago nel 1942 grazie al genio dell’italiano Enrico Fermi. Da allora, centinaia di centrali nucleari per la produzione di elettricità sono state realizzate in tutto il mondo, con una potenza totale istallata dell’ordine di circa 400 Gigawatt (1 Gigawatt = 1 miliardo di watt).

La crescita costante di reattori costruiti nel mondo ha subito tre battute di arresto, in conseguenza dei gravi incidenti alle centrali di Three mile island (Usa 1979), Chernobyl (Ucraina 1986) e Fukushima (Giappone 2011). A seguito di questi incidenti si è sviluppata nell’opinione pubblica una crescente opposizione all’uso di questa forma di energia perché ritenuta troppo pericolosa.

In Italia, negli anni dal 1958 al 1990, hanno funzionato 4 centrali: Caorso (PC), Latina (LT), Trino Vercellese (VC) e Garigliano (CE). A seguito dell’incidente di Chernobyl, nel referendum del 1987 fu decisa la chiusura delle centrali, chiusura ribadita nel referendum del 2011. Le operazioni di smantellamento delle 4 centrali nucleari italiane (decommissioning) non sono state ancora completate, a più di 30 anni dalla decisione. Nei paesi alle frontiere dell’Italia sono attualmente in funzione 28 centrali nucleari: 19 in Francia, 3 in Svizzera, 1 in Slovenia e 5 in Spagna.

I vantaggi dell’energia nucleare da fissione sono principalmente questi:

  • ogni centrale sviluppa una grande potenza, tipicamente multipli di 600 Megawatt (1 Megawatt = 1 milione di watt),
  • questa potenza è costante, cioè non dipende dal sole o dal vento, quindi è l’ideale per un sistema integrato a livello nazionale o europeo,
  • la centrale non produce l’anidride carbonica responsabile del riscaldamento climatico,
  • una volta in funzione, il costo dell’energia prodotta è relativamente basso,
  • finora le centrali sono state costruite solo dagli stati, ma ora l’industria privata promette di realizzare piccole centrali che possono essere costruite velocemente e a costo contenuto.

 

In Europa è in corso un dibattito molto acceso, se includere il nucleare tra le fonti di energia che possono aiutare il passaggio dal carbone alle energie rinnovabili. La recente crisi del gas ha costretto la Germania e altri Paesi a riattivare temporaneamente le centrali a carbone: questo dimostra che la transizione sarà lunga e complessa, per cui molti ritengono che gas e nucleare siano indispensabili in questa fase di passaggio.

Un’altra considerazione da fare è che, indipendentemente dalla costruzione delle centrali, un Paese come l’Italia non può abbandonare completamente la tecnologia nucleare. Lo sviluppo della ricerca in questo settore è così veloce (e in parte imprevedibile) che perdere queste competenze significherebbe impoverire il nostro Paese in un settore, quello dell’energia, vitale per lo sviluppo futuro.

Gli svantaggi dell’energia nucleare da fissione sono diversi:

  • per costruire una nuova centrale attualmente i tempi previsti sono di almeno 20 anni,
  • i costi iniziali sono molto elevati. Anche la dismissione di una centrale nucleare alla fine della sua vita operativa (dopo 20 o 30 anni) è molto costosa (decommissioning),
  • le scorie radioattive prodotte dalla centrale sono difficili da ricollocare nel territorio e vanno gestite per centinaia (o migliaia) di anni,
  • produrre energia nucleare da fissione rende pericolosamente facile decidere di dotarsi di armi nucleari,
  • la sicurezza delle centrali a fissione rimane un tema critico, anche se molto abbiamo imparato da incidenti tipo Chernobyl,
  • gestire la sicurezza delle centrali a fissione porta inevitabilmente ad uno Stato con controllo più centralizzato e autoritario,
  • le centrali di IV generazione, che dovrebbero garantire maggiore sicurezza ed evitare incidenti tipo Chernobyl, non sono ancora entrate in produzione e non si sa quando saranno disponibili,
  • le centrali a fissione sono complesse e di grossa taglia, quindi poco adatte a Paesi in via di sviluppo,
  • la distribuzione del combustibile nucleare (uranio e plutonio) nel mondo non è omogenea,
  • il fatto che anche l’industria privata entri nel business dell’energia nucleare da fissione potrebbe favorire una disseminazione di materiale nucleare difficile da controllare, materiale che potrebbe finire in mano ai terroristi,
  • tanta gente ha “paura” del nucleare, una paura in parte irrazionale, ma in parte basata su problematiche e rischi ormai ben conosciuti.

 

Energia da fusione

Da 50 anni a questa parte si cerca di produrre energia elettrica usando le stesse reazioni (di fusione) che tengono accese le stelle. In pratica si tratta di riscaldare un gas (per esempio di Deuterio e Trizio) per creare un plasma confinato a temperature così alte che i nuclei si fondono tra loro e rilasciano energia che serve per produrre elettricità.

Nonostante gli enormi investimenti degli stati, però, i progressi sono stati molto lenti, tanto che siamo ancora molto lontani dal realizzare una vera e propria centrale di produzione. I motivi di questa difficoltà sono sostanzialmente due:

  • una volta innescato il processo di fusione, le temperature del plasma sono talmente alte che nessun materiale riesce a contenerle senza fondere a sua volta. Come si fa quindi a costruire una centrale? Si sono studiati vari metodi ingegnosi, più o meno efficaci: con un primo metodo il plasma viene confinato a formare una specie di ciambella all’interno di fortissimi campi magnetici che impediscono quindi qualsiasi contatto con le pareti metalliche della centrale. In un altro metodo, una pallina di materiale viene bombardata da raggi laser potentissimi, fino a innescare la fusione.
  • Il secondo problema è come mantenere il processo nel tempo. Finora si è riusciti a innescare la fusione solo per tempi brevissimi, quindi con una produzione di energia molto bassa. Ma attivare i laser o i campi magnetici necessari richiede una fortissima concentrazione di energia, quindi finora il problema è stato come produrre un’energia maggiore di quella necessaria per far funzionare il sistema stesso.

 

Proprio in questi giorni, nelle campagne di Culham in Inghilterra, presso l’impianto Jet (Joint European Tourous), si è accesa una piccola stella che ha brillato, in maniera controllata, per 5 secondi, producendo un’energia di 59 megajoule di energia termica. Sembra poca roba, ma è un grande risultato per la ricerca in questo campo perché dimostra che siamo in grado di ottenere energia elettrica dalla fusione. Il prossimo passo sarà la realizzazione di un impianto più grande, Iter, in Francia, che dovrà migliorare processo e risultati.

Ma perché è così importante questo risultato? Vediamo vantaggi e svantaggi di questo tipo di energia.

I vantaggi dell’energia nucleare da fusione sono principalmente questi:

  • la centrale a fusione non rilascia scorie radioattive di lungo periodo,
  • è una centrale intrinsecamente sicura. Il processo di fusione, per sostenersi, va infatti alimentato costantemente, iniettando dall’esterno gas di deuterio e trizio e rimuovendo l’elio prodotto, per cui basta smettere di fornire materiale e la reazione si spegne subito. La centrale può quindi eventualmente essere realizzata anche vicino ai luoghi abitati.
  • utilizza una materia prima facilmente disponibile e inesauribile: l’acqua,
  • la potenza sviluppata è costante, cioè non dipende dal sole o dal vento, quindi ottima per un sistema integrato a livello nazionale o europeo,
  • la centrale non produce l’anidride carbonica responsabile del riscaldamento climatico,
  • una volta in funzione, il costo dell’energia prodotta dovrebbe essere relativamente basso,
  • finora la ricerca è stata portata avanti solo dagli stati, ma ora l’industria privata promette di entrare nel business contribuendo con soluzioni innovative all’accelerazione del processo di sviluppo delle centrali commerciali.
  • è un’energia per definizione sostenibile: rispetta l’ambiente con zero impatto da estrazione combustibili, con sicurezza intrinseca, con assenza di scorie, con assenza emissioni gas serra, con minimo inquinamento, con distribuzione geografica omogenea del combustibile.

 

L’Italia partecipa con molti suoi scienziati alla ricerca nel campo della fusione, sia nel reattore Jet, sia nel suo successore, il reattore Iter in corso di costruzione in Francia. Nel frattempo l’Enea, in collaborazione con CNR e INFN, ha in progetto di costruire a Frascati il DTT, una macchina sperimentale per la fusione all’interno di un polo scientifico nazionale aperto a scienziati di tutto il mondo.

Gli svantaggi dell’energia nucleare da fusione sono principalmente questi:

  • non sono state ancora realizzate centrale a fusione funzionanti, quindi siamo ancora nel campo dei prototipi e delle previsioni,
  • la prima centrale a fusione commerciale dovrebbe essere realizzata verso il 2040,
  • i grandi sforzi in questo campo non arriveranno in tempo per aiutare la transizione energetica che nei prossimi dieci o venti anni dovrà portare dai combustibili fossili alle fonti rinnovabili,
  • uno degli elementi che potrebbe essere usato nella fusione, il trizio, è molto costoso da produrre,
  • la reazione di fusione attualmente utilizzata nei prototipi genera neutroni che a lungo andare possono contaminare il reattore. Si stanno studiando processi alternativi per eliminare il problema,
  • non esiste una tecnologia energetica completamente pulita, anche la fusione ha scorie a basso impatto.

 

A fronte di questi pro e contro, anche se i tempi non saranno brevissimi, una cosa è chiara: abbiamo bisogno nel lungo periodo della tecnologia di fusione a livello commerciale per decarbonizzare la produzione di energia.

Ricordiamoci che 800 milioni di persone oggi nel mondo non hanno accesso all’energia elettrica.

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