NORM in Norway

[storia apparentemente paradossale di “depositi nucleari” in un Paese “100% rinnovabile”]

La produzione di energia elettrica in Norvegia è rinnovabile quasi al 100%: circa il 97% è idroelettrica, il resto viene da gas (poco meno del 2%) ed eolico (poco più dell’1%), “qualcosina” da biomasse ed incenerimento dei rifiuti; si hanno anche “tracce” di produzione da fonte solare, carbone fossile e petrolio.
Non ci sono dunque centrali nucleari in Norvegia. Se ne era parlato anche negli ultimi anni, inseguendo alcune idee innovative basate sull’utilizzo del Torio, ma per ora tutto tace, o meglio è sulla carta a livello di proposal. Ci sono, invece, due reattori di ricerca, ancora operativi, quello ad acqua pesante bollente (Heavy Water Boiling Reactor – HBWR) ad Halden ed il JEEP II a Kjeller; mentre altri due sono “in pensione” da tempo, JEEP I e NORA. (Aggiungiamo come pura curiosità che il “pensionato” JEEP I entrando in funzione nel 1951 fu il primo reattore operativo in Europa, fuori dai confini di Gran Bretagna e Francia, e del blocco sovietico.)
Come praticamente in tutti i Paesi avanzati, la tecnologia nucleare trova applicazione in Norvegia anche in campo medico (e.g. radio-diagnostica e radio-farmacologia) ed industriale (e.g. CND, e trattamento e stoccaggio di rifiuti radioattivi). Tutte queste attività sono monitorate in conformità alla regolamentazione internazionale dalla Statens strålevern, ossia la Norwegian Radio Protection Authority (NRPA).

Fig.1A sinistra, la mappa dei principali “luoghi di lavoro” della NRPA. A destra, in alto, il deposito (pit storage) del combustibile esausto del JEEP II a Kjeller; in basso, sempre a Kjeller, il deposito del combustibile esausto dei due reattori “pensionati” JEEP I e NORA. A Halden il combustibile esausto è stoccato all’interno dello stesso edificio del reattore.
Fig.1 A sinistra, la mappa dei principali “luoghi di lavoro” della NRPA. A destra, in alto, il deposito (pit storage) del combustibile esausto del JEEP II a Kjeller; in basso, sempre a Kjeller, il deposito del combustibile esausto dei due reattori “pensionati” JEEP I e NORA. A Halden il combustibile esausto è stoccato all’interno dello stesso edificio del reattore.

A gennaio 2011 l’inventario dell’IFE [1] concernente il materiale irraggiato registrava un totale di circa 18 tonnellate (comprensive del combustibile ancora all’interno dei reattori funzionanti) – un volume facilmente gestibile, anche tenuto conto del cemento e delle varie strutture con cui tale combustibile viene impacchettato, dato che, per esempio, la densità del U238 metallico è di circa 19 t/m3.
Sembrerebbe dunque che non ci sia molto lavoro per la NRPA. In realtà, i rifiuti radioattivi in Norvegia offrono volumi assai più interessanti, appena ci si sposta dallo stoccaggio del combustibile nucleare esausto a quello dei Naturally-Occurring Radioactive Materials (NORM).
Sebbene, infatti, come abbiamo visto, non utilizzi grandi quantitativi di petrolio per la generazione di energia elettrica, la Norvegia è uno dei maggiori produttori di petrolio al mondo (poco meno del 3% del totale, nel 2013). E l’estrazione del petrolio – come qualsiasi altra attività estrattiva, mineraria, di raffinazione o di lavorazione delle materie prime – comporta tutta una serie di sottoprodotti, alcuni dei quali sono radioattivi, in quanto contengono radioisotopi che abbondano nella crosta terrestre [2]. Va alla grande anche l’estrazione del gas; anzi per molti aspetti va anche meglio di quella del petrolio: la Norvegia, prima dell’embargo europeo alla Russia, era il secondo fornitore di gas dell’UE [3].

Fig. 2“Radioisotopi naturali”. Serie del Torio e serie dell’Uranio: a partire dal Th-232 e dall’U-238 due distinte catene di decadimento generano in Natura due serie di elementi radioattivi. Tali radionuclidi si concentrano in modo diverso nei vari materiali componenti la crosta terrestre.
Fig. 2 “Radioisotopi naturali”. Serie del Torio e serie dell’Uranio: a partire dal Th-232 e dall’U-238 due distinte catene di decadimento generano in Natura due serie di elementi radioattivi. Tali radionuclidi si concentrano in modo diverso nei vari materiali componenti la crosta terrestre.

Dal 1° gennaio 2011 è in vigore un nuovo regolamento per cui il trattamento e la gestione dei rifiuti radioattivi – nonché il monitoraggio ed il contrasto dell’inquinamento radioattivo – sono sotto lo stesso quadro normativo di tutti gli altri prodotti/rifiuti inquinanti e pericolosi (Pollution Control Act – 1981). Il regolamento prevede tra le altre cose due serie di criteri che definiscono le “scorie” radioattive: ad esempio, tutti i rifiuti contenenti ≥ 1 Bq/g da sorgente Ra226 sono definiti come radioattivi, mentre solo i rifiuti radioattivi contenenti ≥ 10 Bq/g da sorgente Ra226 devono essere smaltiti in un deposito (repository) attrezzato allo scopo e stoccati in via definitiva. I rifiuti con livelli di radioattività tra 1 e 10 Bq/g (da Ra226) possono essere gestiti e smaltiti da qualsiasi azienda di rifiuti che possegga una licenza per la gestione dei rifiuti pericolosi. Per la gestione degli altri rifiuti radioattivi è necessaria una licenza ad hoc rilasciata dalla NRPA.
I maggiori quantitativi di “scorie” radioattive contenenti radioisotopi presenti in Natura (NORM) e con livelli di attività da Ra226 ≥ 10 Bq/g provengono dal settore Oil&Gas. Tutto questo materiale, opportunamente trattato, deve dunque confluire in un deposito finale (repository).

Fig. 3“Chi cerca trova”. Una piccola galleria fotografica che mostra alcuni posti dove di solito si annidano e concentrano i NORM nelle varie fasi che caratterizzano l’estrazione del petrolio e del gas.
Fig. 3 “Chi cerca trova”. Una piccola galleria fotografica che mostra alcuni posti dove di solito si annidano e concentrano i NORM nelle varie fasi che caratterizzano l’estrazione del petrolio e del gas.

Risale al 1981 la scoperta di livelli della radioattività “fuori norma” (i.e. valori medi al di sopra di quello atteso per il fondo naturale) in depositi (incrostazioni, sabbie e fanghi) di sottoprodotti dell’estrazione del petrolio e del gas del Mare del Nord. L’attività specifica del materiale secco solido varia dal livello del fondo naturale a diverse centinaia di Bq/g (da Ra226 e Ra228) [4]. Le dosi per i lavoratori coinvolti nelle diverse operazioni di movimentazione e trattamento/pulizia delle attrezzature o dei rifiuti contaminati sono di solito molto basse (valore massimo stimato: 0.2 mSv/anno) – ben al di sotto del limite di dose standard per i lavoratori esposti (20 mSv/anno). Il problema principale è lo smaltimento di questo tipo di rifiuti radioattivi, considerato l’ammontare delle superfici da pulire, la raccolta ed il trattamento delle scorie (i.e. radioattività comunque contenuta, ma grandi quantità da smaltire).

Tab. 1Nell’industria Oil&Gas i NORM vengono suddivisi in categorie a seconda del tipo di incrostazioni/scorie (i.e. in inglese “scale”). Questo è dovuto al fatto che i rifiuti NORM nelle attività di estrazione traggono origine da particolari composti (e.g. il Ra226 tende a concentrarsi maggiormente nel solfato di bario o nel carbonato di calcio, il Pb210 nell’acciaio, ecc.).
Tab. 1 Nell’industria Oil&Gas i NORM vengono suddivisi in categorie a seconda del tipo di incrostazioni/scorie (i.e. in inglese “scale”). Questo è dovuto al fatto che i rifiuti NORM nelle attività di estrazione traggono origine da particolari composti (e.g. il Ra226 tende a concentrarsi maggiormente nel solfato di bario o nel carbonato di calcio, il Pb210 nell’acciaio, ecc.).
Fig. 4 Qualche altro dettaglio su incrostazioni, fanghi, depositi vari, decontaminazione e smaltimento dei NORM nella filiera Oil&Gas norvegese. Questo tipo di NORM viene spesso denominato dagli addetti del settore Low Specific Activity Scale (abbreviato: LSA Scale).
Fig. 4 Qualche altro dettaglio su incrostazioni, fanghi, depositi vari, decontaminazione e smaltimento dei NORM nella filiera Oil&Gas norvegese. Questo tipo di NORM viene spesso denominato dagli addetti del settore Low Specific Activity Scale (abbreviato: LSA Scale).

Dal 2008 la Norvegia dispone di un deposito approntato per ricevere i grandi quantitativi di rifiuti NORM provenienti dalla filiera Oil&Gas, sia nazionale che europea (si vedano Fig. 5 e 6, e relative didascalie per qualche dettaglio). Il deposito si trova a Sløvågen, Gulen, nella contea di Sogn og Fjordane, presso il sito industriale di Stangeneset, ed attualmente è in grado di contenere poco più di 7000 tonnellate di rifiuti NORM, opportunamente stoccati in via definitiva. Tuttavia, si stima che la quantità dei rifiuti possa aumentare in modo significativo in futuro a causa della disattivazione degli impianti offshore.

Fig. 5Sløvågen, Gulen, contea di Sogn og Fjordane, Norvegia. Deposito finale per rifiuti NORM provenienti dall’industria Oil&Gas, presso il sito industriale di Stangeneset. Le operazioni di ricezione sono iniziate nell’ottobre 2008. Nel 2011 erano già state immagazzinate grossomodo 600 t, su di una capacità totale pari a circa 7000 t. Attualmente il tasso di stoccaggio è di circa 50 t/anno. Il sito è candidato a ricevere l’intero ammontare dei rifiuti NORM provenienti dall’industria Oil&Gas europea per i quali è richiesto uno stoccaggio definitivo.
Fig. 5 Sløvågen, Gulen, contea di Sogn og Fjordane, Norvegia. Deposito finale per rifiuti NORM provenienti dall’industria Oil&Gas, presso il sito industriale di Stangeneset. Le operazioni di ricezione sono iniziate nell’ottobre 2008. Nel 2011 erano già state immagazzinate grossomodo 600 t, su di una capacità totale pari a circa 7000 t. Attualmente il tasso di stoccaggio è di circa 50 t/anno. Il sito è candidato a ricevere l’intero ammontare dei rifiuti NORM provenienti dall’industria Oil&Gas europea per i quali è richiesto uno stoccaggio definitivo.
Fig. 6 Ricevimento materiali, movimentazione e stoccaggio al deposito di Gulen.
Fig. 6 Ricevimento materiali, movimentazione e stoccaggio al deposito di Gulen.

Questo è uno dei motivi per cui mentre si utilizza il deposito di Gulen si cercano nuovi spazi e nuove soluzioni.
Problemi analoghi riguardano la gestione dei NORM a più bassa radioattività.
È questo il caso dell’isola di Langøya [5], che è gestita dalla NOAH AS (Norsk Avfallshåndtering AS – letteralmente “azienda norvegese per il trattamento dei rifiuti”), e che sembrerebbe avviata verso una vera e propria ristrutturazione ambientale.
Come si può infatti facilmente notare dalle fotografie in Fig. 7, attualmente l’isola non offre uno spettacolo particolarmente gradevole; il che è dovuto al semplice fatto che dopo essere stata utilizzata per decine di anni come cava (estrazione di calcare), dal 1985 Langøya è una vera e propria discarica di rifiuti speciali. Ed i maggiori volumi sono dovuti allo stoccaggio di ceneri NORM [6], provenienti da vari settori dell’industria manifatturiera e dalla combustione dei rifiuti urbani sia norvegesi che svedesi e danesi. Sull’isola sono anche presenti alcune strutture dedicate al trattamento ed alla trasformazione dei vari rifiuti che vi confluiscono. Va infatti preso atto che una delle occupazioni principali della NOAH sull’isola è quella di rendere i rifiuti ivi trasportati materiali stabili e sicuri per l’ambiente, prima che vengano posizionati nelle ex cave. E se abbiamo capito bene [7], si procede anche ad un parziale recupero dei medesimi attraverso speciali trattamenti che permettono il riutilizzo nell’edilizia.

Fig. 7“Prima della cura”. L’isola di Langøya, nel fiordo di Oslo, tra Norvegia e Svezia, misura 3 km in lunghezza e nella parte più larga appena 500 m. Le foto sono scattate in anni diversi, come si può notare da alcuni cambiamenti morfologici. Nonostante l’elevato livello di sfruttamento fauna e flora selvatica perseverano, offrendo concrete speranze per un completo recupero in futuro.
Fig. 7 “Prima della cura”. L’isola di Langøya, nel fiordo di Oslo, tra Norvegia e Svezia, misura 3 km in lunghezza e nella parte più larga appena 500 m. Le foto sono scattate in anni diversi, come si può notare da alcuni cambiamenti morfologici. Nonostante l’elevato livello di sfruttamento fauna e flora selvatica perseverano, offrendo concrete speranze per un completo recupero in futuro.

I tecnici della NOAH hanno calcolato che, con il tasso di riempimento attuale e tenendo conto dei più probabili sviluppi futuri, entro 10 anni l’isola sarà inutilizzabile, e puntano tutto sulle vecchie miniere di calcare a Brevik (le miniere Dalen).
Lì, forse, potrebbe trovare spazio anche un nuovo deposito dedicato ai NORM più radioattivi.
Tuttavia, secondo quanto riportato dai media, per ora i locali non sono particolarmente entusiasti. Resta quindi molto lavoro da fare e poco tempo per vincere la loro diffidenza con gli argomenti giusti, ossia soluzioni vantaggiose praticabili.

Fig. 8“Dopo la cura”. Ecco come si immaginano alla NOAH la loro isola nel futuro, una volta chiusa definitivamente la discarica e completate le opere di ristrutturazione ambientale.
Fig. 8 “Dopo la cura”. Ecco come si immaginano alla NOAH la loro isola nel futuro, una volta chiusa definitivamente la discarica e completate le opere di ristrutturazione ambientale.

Note:

[1] Institute for Energy Technology. Fonte: Strålevern Rapport – Joint Convention on the Safety of Spent Fuel Management and on the Safety of Radioactive Waste Management.

[2] Oltre a quelle già elencate, le industrie che si trovano a fare i conti con i NORM sono quelle che prevedono: combustione di carbone fossile, fusione di metalli, lavorazione di terre rare, produzione di fertilizzanti, produzione di materiali edili, riciclo di materiali vari. Per questo motivo spesso si usa l’acronimo TENORM (Technologically Enhanced NORM), per identificare quei materiali in cui la quantità di radioattività risulta aumentata a seguito di una maggiore concentrazione dei radionuclidi ottenuta attraverso i vari processi industriali cui sono sottoposti. È possibile ritrovare i NORM anche in altri settori, al di fuori dell’industria: esposizione al Radon nelle abitazioni, voli aerei, ecc. Per chi desiderasse maggiori dettagli suggeriamo di consultare quanto riportato dalla WNA qui.

[3] Per quanto riguarda la produzione di petrolio sembra che in Norvegia il picco sia stato raggiunto nel 2001. Per il gas ci sono, invece, previsioni più rosee. Qualche dettaglio in più qui e qui.

[4] Sulla base delle misurazioni su campioni di depositi induriti ed incrostazioni (vedi Fig. 4), raccolti dagli impianti offshore norvegesi, il valore medio della concentrazione di radioattività (da Ra226 e Ra228) si avvicina molto a 25 Bq/g: i risultati variavano da pochi Bq/g a qualche centinaio di Bq/g – si noti che l’estremo superiore dell’intervallo risulta comunque assai inferiore ai valori massimi riportati in alcuni studi concernenti la produzione offshore in USA (e.g. 3700 Bq/g) ed onshore in Siria (e.g. 1000 Bq/g).

Qui di seguito alcuni appunti sui radionuclidi più citati nel presente articolo:

  • il Ra226 ha un’emivita di 1600 anni, è un emettitore alfa e proviene dalla serie dell’U238 (vedi Fig. 2);
  • il Ra228 ha un’emivita di 5.75 anni, è un emettitore beta e proviene dalla serie del Th232;
  • una misura della radioattività generica di un determinato materiale non fornisce informazioni significative sulla radiotossicità del materiale stesso (e.g. un’incrostazione di solfato di bario può presentare 23 MBq/t come somma dell’attività specifica di tutti i radioisotopi naturali ivi contenuti). Tuttavia, monitorando i valori dell’attività del radio si utilizza un approccio cautelativo/conservativo, in quanto tra tutti i radioisotopi presenti in Natura quelli del radio sono tra i più attivi (minore emivita), tra i più diffusi e con emissioni più pericolose in caso di contaminazione del ciclo alimentare o di esposizione prolungata.

[5] Isola sita nel Comune di Re, Oslofjord, Norvegia – da non confondersi con l’ominima che si trova sempre nel fiordo di Oslo ma nel Comune di Tjøme, e nemmeno con l’altra omonima ma assai più grande isola dell’arcipelago delle Vesterålen.

[6] Le ceneri volanti (fly ash), per esempio, ottenute come sottoprodotto della combustione di carbone polverizzato nelle centrali termoelettriche, rientrano tipicamente nella categoria NORM, ma con livelli di radioattività da Ra226 inferiori ai 10 Bq/g.

[7] Molte delle informazioni su questo argomento le abbiamo potute raccogliere solo in norvegese.

Fonti principali:

Astrid Liland, NRPA, “Advances in NORM Management in Norway and the Application of the ICRP Publication 103 Recommendations”. First ICRP Symposium, 24-26 October 2011, Bethesda, USA.

Liland A. et al., “Advances in NORM management in Norway and the application of ICRP’s 2007 recommendations”, 2012 Oct-Dec;41(3-4):332-42. doi: 10.1016/j.icrp.2012.06.021. Epub 2012 Aug 22.

Cowie M. et al., “NORM management in the oil and gas industry”, 2012 Oct-Dec;41(3-4):318-31. doi: 10.1016/j.icrp.2012.06.008. Epub 2012 Aug 22.

Per Varskog, Norse Decom AS, “Exposure to radiation in an underground NORM repository”. Dresden, 2010.

Per Varskog, Norse Decom AS, “Norway’s disposal site for oil industry NORM”.

Strand T., “NORM in the Norwegian Oil and Gas Industry – Activity Levels, Occupational Doses and Protective Measures”.

Weers A.W. et al., “Current Practice of Dealing with Natural Radioactivity from Oil and Gas Production in EU Member States”. Report EUR 17621, Directorate-General Environment, Nuclear Safety and Civil Protection, European Commission, Luxembourg (1997).

Strand T. et al., “Deposits of Naturally Occurring Radioactivity in the Production of Oil and Natural Gas”. Norwegian Radiation Protection Authority Report 1997:1, p. 136 (1997).

MacArthur A., “Development and Operation of a NORM Processing and Disposal Facility for the U.S. Oil and Gas Industry”. 19th Annual National Conference on Radiation Control, May 18-21, 1987, Boise, Idaho, USA. Conference on Radiation Control Program Directors, CRCPD Publ. 88-2, Frankfort, KY, USA, 1988.

Al-Masri M.S., Suman H., “NORM Waste Management in the Oil and Gas Industry: the Syrian Experience”. J. Radioanalytical and Nuclear Chemistry 256(1): 159-162, 2003.

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Watts Bar 2 è in schedula

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C’è del fermento a Spring City, TN (USA).

Quasi 42 anni dopo che la Tennessee Valley Authority (TVA) ne aveva iniziato la costruzione, il reattore dell’unità 2 della centrale Watts Bar è in fase di completamento [1]. Tra lavoratori diretti ed indiretti assunti con contratto a termine e dipendenti della TVA sono circa in 2600, uomini e donne, a lavorare tutto il giorno per terminare la costruzione – e ricostruzione – del primo nuovo reattore nucleare che si collegherà alla rete elettrica statunitense dopo quasi due decenni.

Mike Skaggs, vice Presidente della TVA, e a capo della costruzione a Watts Bar, è sicuro che la nuova unità sarà pronta per entrare in regime commerciale entro il prossimo anno. Dopo anni di partenze e fermate, riprogettazione e superamento dei costi, Skaggs afferma che entro il mese di giugno del 2016 inizierà la fase di “commissioning a caldo” (i.e. test successivi a quelli di criticità del reattore e comprensivi di produzione di vapore idoneo al passaggio in turbina con conseguente attivazione dell’alternatore).

Lo scorso maggio, la US NRC ha dato il via libera per l’emissione della licenza che permetterà all’impianto di operare nella fase commerciale a piena potenza. Questo a dimostrazione del fatto che i lavori procedono in piena conformità ai requisiti stringenti della normativa vigente. Tale conformità sarà comunque sottoposta a costante monitoraggio e verificata durante le prossime visite degli ispettori.

Quello dell’unità 2 di Watts Bar sarà l’ultimo reattore finito tra quelli iniziati una generazione fa, prima che gli incidenti severi di Three Mile Island nel 1979 e di Fukushima Daiichi nel 2011 rallentassero pesantemente l’industria nucleare statunitense. La TVA iniziò i lavori a Watts Bar nel 1973. Fino al 1996 non si riuscì a completare l’unità 1 – ad oggi l’ultimo reattore nucleare costruito in America – ed i lavori sull’unità 2 non ripresero prima del 2007. Il completamento doveva impiegare cinque anni e costare 2,5 miliardi di dollari; ma i funzionari della TVA hanno dovuto riconoscere successivamente che la loro stima non era solida. Le scadenze non sono state rispettate, si è dovuto sostituire il team dei leader di progetto ed impiegare altri tre anni e 1,7 miliardi di dollari.

Nell’agosto 2011, il nuovo gruppo dirigente ha eseguito un’analisi delle cause dei problemi responsabili del mancato rispetto della pianificazione e del budget iniziali, ed ha messo a punto un nuovo programma ETC (Estimate to Completion) del progetto [2], che ad oggi risulta rispettato e che può essere illustrato in sintesi dalla seguente tabella (Quartley Update, report di giugno 2015):

44Link al documento sorgente dei dati

Tom Wallace, senior manager of operations a Watts Bar, lavora presso l’impianto della TVA dal lontano 1979, ha visto tutti i suoi alti e bassi, ed orgogliosamente afferma: “non lascerò questo impianto fino a quando non la vedrò [l’unità 2] collegata alla rete.” Aggiungendo: “non avrei mai pensato che ci sarebbe voluto così tanto tempo; ma abbiamo imparato molte lezioni e stiamo gestendo le cose meglio ed in modo più sicuro di quanto abbiamo mai fatto.”

Non abbiamo difficoltà ad immaginare che né queste parole, né gli esiti del lavoro della NRC serviranno a rasserenare certi animi. Aggiungiamo, comunque, che la maggior parte dei componenti dell’unità 2, compresa la turbina ed il generatore, già pronti anni fa, sono stati ricostruiti. Risultano inoltre sostituiti quadri e pannelli della Sala Controllo, cablaggi e tubazioni. Watts Bar 2 è anche il primo reattore costruito ex-novo rispettando pienamente le norme NRC per i sistemi di backup di sicurezza adottate a seguito dell’incidente di Fukushima.

Per qualche informazione in più lasciamo la parola a Joe Grimes, Chief Nuclear Officer della TVA:

youtube_icon      https://www.youtube.com/watch?v=p2blCtMJ2d8

 

Note:

[1]          La TVA, società di proprietà federale fondata nel 1933, attualmente esercisce 6 reattori in 3 diverse centrali nucleari:

  • Browns Ferry, a Decatur, Alabama – 3 BWR
  • Sequoyah, a Soddy-Daisy, Tennesee – 2 PWR
  • Watts Bar, a Spring City, Tennesee – 1 PWR

Il reattore Watts Bar 2 è un PWR della Westinghouse da 1150 MWe. Dal 1996 ad oggi il fattore di capacità medio dell’unità 1 è stato pari al 93%, si attendono performance anche migliori dal nuovo impianto.

[2]          Per maggiori dettagli: Watts Bar Nuclear Plant Unit 2 Completion Project – Estimate to Complete Executive Final Report April 2012.