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Centrale nucleare di Shazand (Iran)

L’energia nucleare, storia e prospettive

A seguito della storica visita del presidente Obama ad Hiroshima, analizziamo storia e prospettive della fonte nucleare

STORIA DELL’ATOMO – L’energia atomica ha da sempre scatenato reazioni contrastanti nell’opinione pubblica: nessuna fonte energetica è associata alla guerra nell’immaginario collettivo quanto l’energia nucleare. Ad onor del vero, è probabile che senza una guerra mondiale di mezzo gli sviluppi della fonte avrebbero seguito un corso ben più lento di quello osservato. La scienza delle radiazioni atomiche è stata sviluppata tra la fine dell’Ottocento e la fine della seconda guerra mondiale, con progressi notevoli registrati durante gli ultimi anni del conflitto e culminati con i tristemente noti bombardamenti di Hiroshima e Nagasaki da parte degli Stati Uniti.
Al termine del conflitto l’attenzione si spostò verso lo sviluppo di reazioni a catena controllate, capaci di produrre energia attraverso la liberazione di calore in appositi reattori. Se la seconda guerra mondiale aiutò lo sviluppo della bomba atomica, la Guerra fredda incoraggiò lo sviluppo dell’atomo come fonte energetica. Nel 1951 venne alla luce il primo reattore nucleare sperimentale per la produzione di energia, l’Experimental Breeder reactor (EBR-1), negli Stati Uniti. I russi seguirono a breve, mettendo in funzione nel 1954 il primo generatore di energia da fonte nucleare, l’AM-1 (Atom Mirny, Atomo Pacifico), in Obninsk. L’impianto, disegnato per produrre fino a 5 MW di energia, era di piccole dimensioni, ma servì da prototipo per molti reattori successivi, tra cui quello di Chernobyl. In parallelo vennero sviluppati da entrambe le potenze reattori nucleari in scala ridotta, destinati alla propulsione navale. I vantaggi strategici della propulsione nucleare in campo nautico furono evidenti fin da subito: dall’elevatissima autonomia dei mezzi a una produzione di energia considerevole, capace di soddisfare le notevoli esigenze delle portaerei. Attualmente l’intera flotta di 75 sottomarini degli Stati Uniti è alimentata da energia nucleare, mentre la Russia vanta circa una ventina di sommergibili nucleari.

Fig. 1 – La devastazione di Hiroshima a seguito dello sgancio dell’ordigno nucleare

LE TECNOLOGIE – La produzione di energia dagli atomi può avvenire in due modi, tramite fissione o fusione nucleare.
La fissione prevede la separazione di un nucleo pesante in due parti, con liberazione di energia. Perché la fissione avvenga servono nuclei pesanti (solitamente uranio) e particelle ad alta velocità (neutroni), capaci di spezzare i nuclei di uranio e liberare energia. Questo processo non avviene normalmente in natura e porta al rilascio di quantità considerevoli di particelle radioattive, ma ha il vantaggio di poter essere avviato e controllato con un minimo dispendio di energia, una volta raggiunta una massa critica di materiale fissile.
La fusione nucleare consiste, appunto, nella fusione di due o più atomi leggeri, con liberazione di un’energia pari a tre-quattro volte quella sprigionata dalla fissione. La fusione avviene naturalmente nelle stelle ed è un processo più “pulito” della fissione, in quanto libera minime quantità di particelle radioattive, ma richiede energie e temperature notevoli per essere messo in atto, e ha lo svantaggio di non autopropagarsi, rendendo così impossibili le reazioni a catena tipiche della fissione. È inoltre difficilmente controllabile e contenibile, poiché produce temperature dell’ordine dei milioni di gradi celsius, ben superiori alle temperature di fusione di qualsiasi sostanza conosciuta.
Purtroppo ad oggi la fusione nucleare è una chimera: attualmente è allo stato sperimentale. L’unica strada percorribile per la produzione di energia da fonte atomica è la “sporca” fissione, che genera quantità di scorie considerevoli, i cui costi di smaltimento sono tali da minare la competitività della fonte.

UTILIZZI CIVILI ED OPINIONE PUBBLICA – La produzione di energia nucleare per utilizzo civile riscosse un notevole successo fino alla fine degli anni Ottanta, grazie ad alcuni indubbi vantaggi: la fornitura di energia continua e a costi contenuti, unita alla bassa dipendenza dai costi del combustibile (la frequenza di refueling di un impianto nucleare varia in genere tra i 12 ed i 24 mesi) rendono gli impianti nucleari adatti a sostenere la rete elettrica per lunghi periodi.

Fig. 2 – In primo piano due torri evaporative della centrale nucleare di Grafenrheinfeld in Germania. L’impianto è in fase di decommissioning dallo scorso giugno. Il nucleo del reattore è contenuto nell’emisfero bianco sulla sinistra.

Three Miles island nel 1979 e soprattutto Chernobyl nel 1986 risvegliarono alla memoria gli orrori delle bombe atomiche di qualche decina di anni prima. L’Italia chiuse definitivamente il capitolo nucleare con i referendum abrogativi del 1987 sul settore elettronucleare, indetti a seguito degli incidenti. Seppur i referendum non vietassero in maniera esplicita la costruzione di nuove centrali, i governi dell’epoca, interpretando la volontà popolare, posero fine all’esperienza nucleare italiana.
Attualmente sedici Paesi dipendono dalla produzione nucleare per almeno un quarto dell’energia utilizzata: tra questi Francia, che copre i tre quarti del proprio fabbisogno energetico con il nucleare, Svezia, Svizzera e Belgio. Alcuni Stati che non ospitano centrali, come l’Italia e la Danimarca, utilizzano la fonte per coprire percentuali considerevoli del proprio fabbisogno energetico (l’1 % circa del fabbisogno energetico del Bel Paese proviene da fonte nucleare).

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Fig. 3 – Percentuale di energia generata da fonte nucleare per paese, 2015. Rielaborazione dell’autore su dati Nuclear Energy Institute 

PROSPETTIVE – L’energia nucleare non gode di grande appeal nei Paesi sviluppati. Dato che complessità economiche e politiche pregiudicano la costruzione di nuovi impianti, la scelta dei Governi europei è di  mantenere in funzione il più a lungo possibile le centrali esistenti senza costruirne di nuove. Come conseguenza, la produzione di energia da fonte nucleare si ridurrà drasticamente in Europa e nord America nei prossimi decenni. In attesa dello sviluppo di tecnologie adeguate al controllo della fusione nucleare, l’energia degli atomi è destinata ad essere accantonata dai Paesi sviluppati negli anni a venire.
Diversa è la sorte della fonte in Asia, dove una Cina alla disperata ricerca di un futuro con meno anidride carbonica (e relativi inquinanti) porterà alla realizzazione di un ambizioso piano di sviluppo nucleare, con un incremento previsto di nove volte la capacità attuale entro il 2035. In Giappone, seppure la costruzione di nuovi impianti sia ancora un taboo, è chiara la volontà politica di riprendere ad utilizzare le centrali esistenti: Tokyo potrebbe riaccendere quasi tutti i propri reattori già nel prossimo quinquennio.
D’altra parte, diversi Paesi interessati allo sviluppo dell’industria dell’atomo sono ostacolati dalle possibilità belliche che il settore offre: si pensi all’Iran o alla Corea del Nord, i cui piani di sviluppo nucleare sono malvisti da Europa e Stati Uniti.
Le prospettive non sono rosee per il nucleare in Europa: la denuclearizzazione sta portando alla continua perdita di competenze nel campo, mentre le centrali esistenti vengono lentamente decommissionate. Nuovi progetti risultano sempre più costosi, e troppo spesso i consorzi di aziende responsabili della costruzione di nuovi impianti si trovano a collezionare ritardi e costi da record.
Guardando a Est, normative più lasse e un’opinione pubblica meno decisa (unite a volontà governative di ferro) possono fornire qualche speranza per il futuro dell’energia atomica.

Francesco Finotti

Un chicco in più

Una sola pastiglia di combustibile nucleare, delle dimensioni di una gomma da matita, contiene tanta energia quanto 500 metri cubi di gas naturale.

La produzione di energia da fonte nucleare e’ destinata ad aumentare del 50% nel prossimo ventennio. La quasi totalità dell’aumento sarà dovuta alla realizzazione di nuovi impianti in Cina

Info Francesco Finotti

Francesco Finotti

Classe 1986, Ingegnere di professione e vagabondo per passione. Dopo la laurea magistrale presso il Politecnico di Milano (ingegneria energetica), sono stato trascinato dalla carriera professionale in luoghi remoti quali il Borneo, dove ho trascorso due anni.

Il matrimonio con una stupenda Kazaka nel 2013 e le esperienze di vita hanno risvegliato in me l’interesse per la geopolitica, specialmente nell’ambito delle politiche energetiche. Attualmente vivo e lavoro in Norvegia, dove mi occupo di perforazioni petrolifere.

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1 comments
anafesto
anafesto

Forse non è totalmente corretto definire la fusione nucleare non adatta alla sostituzione della fissione.

La fusione "calda" è, come ebbe a sentenziare un grande fisico teorico italiano, l'energia del futuro in quanto non avrà mai un presente (consuma molta più energia di quanta ne produce).

Esiste tuttavia una fusione chiamata LENR (o fusione "fredda") che sulla carta promette molto bene, occorre ingegnerizzare i processi, ma da quanto si è potuto capire questo tipo di energia non è "gradita" e i finanziamenti non vengono erogati se non in campo militare; da questo tipo di reazione, che si basa sul caricamento di atomi di deuterio o idrogeno nei reticoli dell'uranio, probabilmente derivano le bombe nucleari a potenza variabile.

Il problema a mio avviso è che rendere disponibili certe tecnologie può rendere la popolazione non più soggetta ai grandi fornitori di energia e questo ovviamente non fa piacere a certi livelli.

Esistono tuttavia alcune tipologie di centrali a fissione esenti da problemi di meltdown; il combustibile è "seminato" in sfere di grafite che vengono raffreddate con elio che diventa il fluido che muove le turbine, ma probabilmente il costo di funzionamento non è così "competitivo".