Il principio fondamentale grazie al quale si produce energia nelle centrali nucleari è la fissione (divisione) dei nuclei degli atomi provocata da neutroni. Questi ultimi, assieme ai protoni, costituiscono il nucleo di un atomo. Quando un neutrone colpisce il nucleo di un atomo, esso, dividendosi in due o più nuclei più piccoli, libera energia e allo stesso tempo vengono liberati dalla fissione due o tre neutroni che a loro volta permetteranno nuove fissioni scatenando una reazione a catena.
Il nucleare in Svizzera
In Svizzera ci sono cinque reattori nucleari: Beznau I e II, Mühleberg, Gösgen e Leibstadt. A causa del raggiungimento della fine del loro ciclo vitale, tre di essi dovranno essere smantellati tra il 2019 e il 2022 (Beznau I e II e Mühleberg), Gösgen e Leibstadt lo saranno rispettivamente nel 2029 e 2034. Essendo che tutte le centrali coprono circa il 40% del fabbisogno svizzero di energia elettrica, negli anni 2020 bisognerà avere a disposizione nuovi fonti di energia elettrica in grado di coprire questa mancanza (che peraltro secondo la tendenza attuale si allargherà sempre più, basti pensare che il consumo di energia dalla metà degli anni 50 ad oggi è più che quadruplicato).
A mio parere, allo stato attuale, la soluzione migliore per colmare la futura mancanza di energia elettrica risiede nel nucleare, ecco le mie argomentazioni:
1) Il problema delle radiazioni (ordinarie)
Spesso una delle argomentazioni contro le centrali nucleari risiede nella paura delle radiazioni che ci sarebbero nelle vicinanze degli impianti.
Osservando i dati, però, si evince che la dose di radiazioni alla quale sono esposti i dipendenti delle centrali stesse (quindi i più vicini alla fonte) si attesta tra gli 1 e i 2 mSv annui1, a titolo di paragone una radiografia convenzionale comporta l’assorbimento da parte del paziente di circa 1mSv. Dunque le persone più a rischio assorbono mediamente in un anno la stessa quantità di radiazioni di 2 radiografie. Per non parlare di esami come la PET (da 10 a 20 mSv) o addirittura il trattamento di tumori con radioterapia durante la quale il tumore viene bombardato con 40 Sv (= 40'000 mSv)2.
2) Il problema delle radiazioni (non ordinarie)
Il disastro di Chernobyl ha scatenato un diffuso terrore nei riguardi delle centrali nucleari.
L’incidente è stato causato dalla tragica concomitanza di due carenze: una progettuale ed una umana. Da una parte infatti l’impianto denotava qualche errore di progettazione mentre dall’altra si è verificata una sconsiderata violazione di ogni protocollo o procedura durante un azzardato test di sicurezza. Va notato che probabilmente, se questi fattori non si fossero verificati contemporaneamente, il disastro non sarebbe mai avvenuto.Una successione di errori dunque altamente improbabile da riprodurre ai giorni nostri, le norme di sicurezza vigenti sono infatti estremamente restrittive.
Attualmente, infatti, grazie ai risultati della ricerca sulla sicurezza dei reattori, sono messe in pratica una serie di misure tecniche estremamente sicure (come ad esempio sistemi automatizzati di contenimento in grado di mantenere l’area sicura anche in caso di guasto e barriere di sicurezza multiple in acciaio e cemento armato).
Inoltre, in rapporto all’energia prodotta, i morti correlati alla produzione di energia elettrica tramite centrali nucleari risultano essere nettamente inferiori rispetto a quelli causati da qualsiasi altra fonte (vedi grafico)3
Titoli come "Grave incidente della circolazione" o "marea nera" sono titoli spesso presenti nella stampa quotidiana ma, malgrado le evidenze scientifiche, l’incidente di Chernobyl di 25 anni or sono fa molta più paura di questi ben peggiori titoli. Per i trasporti infatti si tollerano incidenti in continuazione mentre per l’energia nucleare non viene ammesso il minimo errore.
3) Il problema delle scorie
In realtà si tratta di un problema nettamente ridimensionato rispetto all’opinione popolare: una centrale produce in un anno circa 4m3 di scorie percicolose4, una cifra estremamente bassa poichè i prodotti di reazione vengono riprocessati e per la maggior parte riutilizzati.
Secondo le previsioni5, le scorie (altamente, mediamente e debolmente radioattive) di tutte e cinque le centrali nucleari attive in Svizzera sommate alle scorie derivanti dallo smantellamento delle suddette e a tutte le scorie prodotte dall’industria, dalla medicina e dalla ricerca, per un periodo di 50 anni, ammonterebbero a ca. 100'000m3, corrispondenti grossomodo all’atrio della stazione centrale di Zurigo.
Per quanto riguarda lo stoccaggio abbiamo una dimostrazione da parte della natura di come immagazzinare le scorie in modo totalmente sicuro: 1.8 miliardi di anni fa, nel Gambon (Africa), sottoterra sono avvenute in modo completamente spontaneo delle reazioni di fissione nucleare a causa dell’ingente presenza di Uranio-235. I prodotti (le scorie) di queste reazioni sono rimasti racchiusi nella roccia senza contaminare l’ambiente circostante. La soluzione che verrà adottata sarà dunque quella di depositare le scorie in strati geologici profondi: dapprima le scorie verranno fuse in una matrice di vetro (già in grado di contenerle per migliaia di anni), il tutto verrà racchiuso in un fusto d’acciaio (il quale per circa 10'000 anni impedirà alle sostanze radioattive di fuoriuscire), questa barriera tecnica verrà poi completamente circondata da argilla, essa in presenza di umidità si gonfia e sarà dunque in grado di colmare eventuali crepe. Tutto ciò verrà depositato sotto quasi un chilometro di roccia estremamente stabile5.
4) Impatto ecologico
Ci si potrebbe poi chiedere se una centrale nucleare abbia un impatto ecologico come emissioni di CO2. Anche in questo caso la risposta è a favore del nucleare poichè non vi è alcuna emissione di gas serra durante la reazione che porta alla produzione di energia (quel fumo molto scenografico che fuoriesce dalla torre di raffreddamento è semplicemente vapore acqueo, infatti l’acqua viene utilizzata per abbassare le elevate temperature che si sviluppano). Vi sono delle emissioni di CO2 indirette, dovute cioè all’estrazione e al trasporto delle materie prime. Esse risultano in ogni caso inferiori alle emissioni (sempre indirette) dovute all’utilizzo di energia solare o eolica, leggermente inferiore risulta invece l’emissione dovuta all’energia idroelettrica. (vedi grafico)6.
D’altro canto lo sfruttamento dell’acqua per produrre energia ha come conseguenza periodi di secca e di piena dannosi per gli ecosistemi fluviali.
5) Costo
Non bisogna dimenticare, oltre alla sicurezza e all’impatto ambientale, la questione dei costi.
Il costo della combustione di gas naturale o carbone è minore o uguale a quello per l’energia nucleare, queste combustioni comportano però un ingente tasso di inquinamento dovuto alle emissioni di CO2 nell’atmosfera, contribuendo in questo modo al surriscaldamento globale. La produzione idroelettrica si attesta a parimerito con il nucleare mentre le altre forme di produzione come l’eolico o il solare risultano avere costi nettamente più alti (vedi grafico)7.
6) Il futuro
La maggioranza delle centrali nucleari nel mondo (e tutte quelle svizzere) utilizzano dei reattori detti di II generazione. Se si decidesse di costruire una nuova centrale però verrebbero ora utilizzati reattori di III generazione i quali sono uno sviluppo tecnico dei reattori di II generazione. Essi dispongono di caratteristiche estremamente interessanti, utilizzandoli infatti si avrebbe una sicurezza teorica senza danneggiamenti tali ad causare un disastro ambientale per 100’000’000 di anni. Il che significa che un reattore costruito all’epoca della sparizione dei dinosauri, oggi avrebbe meno del 50% di probabilità di subire guasti gravi. Inoltre potrebbero permettere una produzione ancora minore di scorie8.
Guardando ancora un po’ più avanti nel tempo si intravvedono i reattori di IV generazione, si tratta di nuove tecnologie attualmente allo studio. Essi saranno in grado di trasformare nuclei d’atomi non fissili in nuclei fissili, generandone più di quanti se ne consumino. In tal modo si sfrutterebbe l’intero tenore energetico dell’uranio naturale il che significa risorse di uranio disponibili per secoli e quantità e durata di vita delle scorie ridottissima9.
Durante la seconda metà di questo secolo, saranno probabilmente disponibili commercialmente le centrali a fusione nucleare. L’idea è quella di utilizzare la stessa fonte di energia delle stelle ed alla fine degli anni ’90 in Gran Bretagna è stato dimostrato che è possibile realizzarla anche sulla Terra. Si tratta di fondere, ad una temperatura di qualche milione di gradi, deuterio e trizio (atomi di idrogeno pesanti) in elio. Questa reazione libererebbe una grande quantità di energia. La ricerca sta avanzando ed è già in costruzione un prototipo nel Sud della Francia. I vantaggi di questa tecnologia sono la facilissima reperibilità delle materie alla base della reazione e la loro quasi illimitatezza. Inoltre vi sarebbe la completa assenza di scorie radioattive9.
Conclusioni
In questo, spero esaustivo, articolo abbiamo dunque osservato che:
· Le radiazioni emesse e potenzialmente dannose sono estremamente ridotte e trascurabili in rapporto ad altri utilizzi più comunemente accettati.
· Un incidente del calibro di Chernobyl è improbabile, le misure di sicurezza sono elevatissime e il pericolo di incidenti diminuisce coi miglioramenti tecnici apportati nei reattori di nuova generazione.
· Il problema delle scorie è molto ridimensionato rispetto all’aspettativa popolare e il loro stoccaggio in strati geologici profondi è senz’ombra di dubbio sicuro.
· L’impatto ecologico è nettamente più basso di qualsiasi altra forma di produzione di energia.
· Il rapporto costo/inquinamento è il migliore in assoluto.
· In futuro si possono prevedere ulteriori miglioraramenti in ognono di questi punti.
Fonti
1 "Strahlenschutzbericht 2009 - Der Strahlenschutz in den schweizerischen Kernanlagen 2009" - Ispettorato Federale della Sicurezza Nucleare, 2010.
2 http://it.wikipedia.org/wiki/Sievert
3 "Risks and Benefits of Nuclear Energy" – Organisation for Economic Cooperation and Development, Nuclear Energy Agency, sulla base di dati ENSAD "Energy-related Severe Accident Data-base".
4 "Impianti Nucleari" – Carlo Lombardi, Politecnico di Milano, 2006.
5 "Scorie radioattive" – Società Cooperativa Nazionale per lo Smaltimento delle Scorie Radioattive, 2008.
6 "Evaluation of Power Generation Technologies in Terms of Lifecycle CO2 Emissions" - Central Research Institute of Electric Power Industry, 2000.
7 "Levelized Cost of New Electricity Generating Technologies" – Institute for Energy Research, 2010.
8 http://it.wikipedia.org/wiki/Reattore_nucleare_di_III_generazione
9 "Energia Nucleare" – Foro Nucleare Svizzero, 2006.
Il nucleare in Svizzera
In Svizzera ci sono cinque reattori nucleari: Beznau I e II, Mühleberg, Gösgen e Leibstadt. A causa del raggiungimento della fine del loro ciclo vitale, tre di essi dovranno essere smantellati tra il 2019 e il 2022 (Beznau I e II e Mühleberg), Gösgen e Leibstadt lo saranno rispettivamente nel 2029 e 2034. Essendo che tutte le centrali coprono circa il 40% del fabbisogno svizzero di energia elettrica, negli anni 2020 bisognerà avere a disposizione nuovi fonti di energia elettrica in grado di coprire questa mancanza (che peraltro secondo la tendenza attuale si allargherà sempre più, basti pensare che il consumo di energia dalla metà degli anni 50 ad oggi è più che quadruplicato).
A mio parere, allo stato attuale, la soluzione migliore per colmare la futura mancanza di energia elettrica risiede nel nucleare, ecco le mie argomentazioni:
1) Il problema delle radiazioni (ordinarie)
Spesso una delle argomentazioni contro le centrali nucleari risiede nella paura delle radiazioni che ci sarebbero nelle vicinanze degli impianti.
Osservando i dati, però, si evince che la dose di radiazioni alla quale sono esposti i dipendenti delle centrali stesse (quindi i più vicini alla fonte) si attesta tra gli 1 e i 2 mSv annui1, a titolo di paragone una radiografia convenzionale comporta l’assorbimento da parte del paziente di circa 1mSv. Dunque le persone più a rischio assorbono mediamente in un anno la stessa quantità di radiazioni di 2 radiografie. Per non parlare di esami come la PET (da 10 a 20 mSv) o addirittura il trattamento di tumori con radioterapia durante la quale il tumore viene bombardato con 40 Sv (= 40'000 mSv)2.
2) Il problema delle radiazioni (non ordinarie)
Il disastro di Chernobyl ha scatenato un diffuso terrore nei riguardi delle centrali nucleari.
L’incidente è stato causato dalla tragica concomitanza di due carenze: una progettuale ed una umana. Da una parte infatti l’impianto denotava qualche errore di progettazione mentre dall’altra si è verificata una sconsiderata violazione di ogni protocollo o procedura durante un azzardato test di sicurezza. Va notato che probabilmente, se questi fattori non si fossero verificati contemporaneamente, il disastro non sarebbe mai avvenuto.Una successione di errori dunque altamente improbabile da riprodurre ai giorni nostri, le norme di sicurezza vigenti sono infatti estremamente restrittive.
Attualmente, infatti, grazie ai risultati della ricerca sulla sicurezza dei reattori, sono messe in pratica una serie di misure tecniche estremamente sicure (come ad esempio sistemi automatizzati di contenimento in grado di mantenere l’area sicura anche in caso di guasto e barriere di sicurezza multiple in acciaio e cemento armato).
Inoltre, in rapporto all’energia prodotta, i morti correlati alla produzione di energia elettrica tramite centrali nucleari risultano essere nettamente inferiori rispetto a quelli causati da qualsiasi altra fonte (vedi grafico)3
Titoli come "Grave incidente della circolazione" o "marea nera" sono titoli spesso presenti nella stampa quotidiana ma, malgrado le evidenze scientifiche, l’incidente di Chernobyl di 25 anni or sono fa molta più paura di questi ben peggiori titoli. Per i trasporti infatti si tollerano incidenti in continuazione mentre per l’energia nucleare non viene ammesso il minimo errore.
3) Il problema delle scorie
In realtà si tratta di un problema nettamente ridimensionato rispetto all’opinione popolare: una centrale produce in un anno circa 4m3 di scorie percicolose4, una cifra estremamente bassa poichè i prodotti di reazione vengono riprocessati e per la maggior parte riutilizzati.
Secondo le previsioni5, le scorie (altamente, mediamente e debolmente radioattive) di tutte e cinque le centrali nucleari attive in Svizzera sommate alle scorie derivanti dallo smantellamento delle suddette e a tutte le scorie prodotte dall’industria, dalla medicina e dalla ricerca, per un periodo di 50 anni, ammonterebbero a ca. 100'000m3, corrispondenti grossomodo all’atrio della stazione centrale di Zurigo.
Per quanto riguarda lo stoccaggio abbiamo una dimostrazione da parte della natura di come immagazzinare le scorie in modo totalmente sicuro: 1.8 miliardi di anni fa, nel Gambon (Africa), sottoterra sono avvenute in modo completamente spontaneo delle reazioni di fissione nucleare a causa dell’ingente presenza di Uranio-235. I prodotti (le scorie) di queste reazioni sono rimasti racchiusi nella roccia senza contaminare l’ambiente circostante. La soluzione che verrà adottata sarà dunque quella di depositare le scorie in strati geologici profondi: dapprima le scorie verranno fuse in una matrice di vetro (già in grado di contenerle per migliaia di anni), il tutto verrà racchiuso in un fusto d’acciaio (il quale per circa 10'000 anni impedirà alle sostanze radioattive di fuoriuscire), questa barriera tecnica verrà poi completamente circondata da argilla, essa in presenza di umidità si gonfia e sarà dunque in grado di colmare eventuali crepe. Tutto ciò verrà depositato sotto quasi un chilometro di roccia estremamente stabile5.
4) Impatto ecologico
Ci si potrebbe poi chiedere se una centrale nucleare abbia un impatto ecologico come emissioni di CO2. Anche in questo caso la risposta è a favore del nucleare poichè non vi è alcuna emissione di gas serra durante la reazione che porta alla produzione di energia (quel fumo molto scenografico che fuoriesce dalla torre di raffreddamento è semplicemente vapore acqueo, infatti l’acqua viene utilizzata per abbassare le elevate temperature che si sviluppano). Vi sono delle emissioni di CO2 indirette, dovute cioè all’estrazione e al trasporto delle materie prime. Esse risultano in ogni caso inferiori alle emissioni (sempre indirette) dovute all’utilizzo di energia solare o eolica, leggermente inferiore risulta invece l’emissione dovuta all’energia idroelettrica. (vedi grafico)6.
D’altro canto lo sfruttamento dell’acqua per produrre energia ha come conseguenza periodi di secca e di piena dannosi per gli ecosistemi fluviali.
5) Costo
Non bisogna dimenticare, oltre alla sicurezza e all’impatto ambientale, la questione dei costi.
Il costo della combustione di gas naturale o carbone è minore o uguale a quello per l’energia nucleare, queste combustioni comportano però un ingente tasso di inquinamento dovuto alle emissioni di CO2 nell’atmosfera, contribuendo in questo modo al surriscaldamento globale. La produzione idroelettrica si attesta a parimerito con il nucleare mentre le altre forme di produzione come l’eolico o il solare risultano avere costi nettamente più alti (vedi grafico)7.
6) Il futuro
La maggioranza delle centrali nucleari nel mondo (e tutte quelle svizzere) utilizzano dei reattori detti di II generazione. Se si decidesse di costruire una nuova centrale però verrebbero ora utilizzati reattori di III generazione i quali sono uno sviluppo tecnico dei reattori di II generazione. Essi dispongono di caratteristiche estremamente interessanti, utilizzandoli infatti si avrebbe una sicurezza teorica senza danneggiamenti tali ad causare un disastro ambientale per 100’000’000 di anni. Il che significa che un reattore costruito all’epoca della sparizione dei dinosauri, oggi avrebbe meno del 50% di probabilità di subire guasti gravi. Inoltre potrebbero permettere una produzione ancora minore di scorie8.
Guardando ancora un po’ più avanti nel tempo si intravvedono i reattori di IV generazione, si tratta di nuove tecnologie attualmente allo studio. Essi saranno in grado di trasformare nuclei d’atomi non fissili in nuclei fissili, generandone più di quanti se ne consumino. In tal modo si sfrutterebbe l’intero tenore energetico dell’uranio naturale il che significa risorse di uranio disponibili per secoli e quantità e durata di vita delle scorie ridottissima9.
Durante la seconda metà di questo secolo, saranno probabilmente disponibili commercialmente le centrali a fusione nucleare. L’idea è quella di utilizzare la stessa fonte di energia delle stelle ed alla fine degli anni ’90 in Gran Bretagna è stato dimostrato che è possibile realizzarla anche sulla Terra. Si tratta di fondere, ad una temperatura di qualche milione di gradi, deuterio e trizio (atomi di idrogeno pesanti) in elio. Questa reazione libererebbe una grande quantità di energia. La ricerca sta avanzando ed è già in costruzione un prototipo nel Sud della Francia. I vantaggi di questa tecnologia sono la facilissima reperibilità delle materie alla base della reazione e la loro quasi illimitatezza. Inoltre vi sarebbe la completa assenza di scorie radioattive9.
Conclusioni
In questo, spero esaustivo, articolo abbiamo dunque osservato che:
· Le radiazioni emesse e potenzialmente dannose sono estremamente ridotte e trascurabili in rapporto ad altri utilizzi più comunemente accettati.
· Un incidente del calibro di Chernobyl è improbabile, le misure di sicurezza sono elevatissime e il pericolo di incidenti diminuisce coi miglioramenti tecnici apportati nei reattori di nuova generazione.
· Il problema delle scorie è molto ridimensionato rispetto all’aspettativa popolare e il loro stoccaggio in strati geologici profondi è senz’ombra di dubbio sicuro.
· L’impatto ecologico è nettamente più basso di qualsiasi altra forma di produzione di energia.
· Il rapporto costo/inquinamento è il migliore in assoluto.
· In futuro si possono prevedere ulteriori miglioraramenti in ognono di questi punti.
Fonti
1 "Strahlenschutzbericht 2009 - Der Strahlenschutz in den schweizerischen Kernanlagen 2009" - Ispettorato Federale della Sicurezza Nucleare, 2010.
2 http://it.wikipedia.org/wiki/Sievert
3 "Risks and Benefits of Nuclear Energy" – Organisation for Economic Cooperation and Development, Nuclear Energy Agency, sulla base di dati ENSAD "Energy-related Severe Accident Data-base".
4 "Impianti Nucleari" – Carlo Lombardi, Politecnico di Milano, 2006.
5 "Scorie radioattive" – Società Cooperativa Nazionale per lo Smaltimento delle Scorie Radioattive, 2008.
6 "Evaluation of Power Generation Technologies in Terms of Lifecycle CO2 Emissions" - Central Research Institute of Electric Power Industry, 2000.
7 "Levelized Cost of New Electricity Generating Technologies" – Institute for Energy Research, 2010.
8 http://it.wikipedia.org/wiki/Reattore_nucleare_di_III_generazione
9 "Energia Nucleare" – Foro Nucleare Svizzero, 2006.
