Nucleare di oggi e di domani: facciamo chiarezza

di Claudia Gasparrini

In questo momento così cruciale per le scelte energetiche dei vari paesi e in cui attendiamo con impazienza l’annuncio dell’inclusione del nucleare nella Tassonomia Europea della Finanza Sostenibile, ci preme fare un po’ di chiarezza su alcune affermazioni riportate da politici e tecnici italiani in questi giorni.

Iniziamo con una carrellata di foto di reattori evoluzionari e avanzati appartenenti a diverse tipologie in operazione o in costruzione già oggi. In foto sono presenti due European pressurized water reactors (EPRs): quello di Olkiluoto che ha raggiunto la criticità il 21 Dicembre 2021 (in Finlandia) e la costruzione dell’unità 2 di Hinkley Point C (Regno Unito). Una foto del reattore modulare Pebble-bed high-temperature gas-cooled reactor demonstration project (HTR-PM) (Cina) e del reattore veloce Beloyarsk Sodium fast reactor (SFR) (Russia) che utilizza combustibile rigenerato dai VVERs (reattori pressurizzati ad acqua sovietici).
Con questi esempi vorremmo spiegare – senza la pretesa di essere esaustivi – come le tecnologie per la produzione di energia tramite fissione nucleare siano in continua evoluzione, con modelli sempre più avanzati, sicuri e all’avanguardia, e che pertanto non corrisponde al vero, nè rende merito a chi è impegnato nel loro sviluppo, riferirsi al nucleare come una tecnologia “vecchia”, o per la quale sarebbe necessario attendere tempi imprecisati per vedere alla luce nuovi reattori disponibili sul mercato.

La nostra socia Claudia Gasparrini  ha raccolto alcune affermazioni e preparato una loro analisi puntuale. Le proponiamo nella speranza che ciò possa fornire un’utile chiave di lettura per i nostri lettori.

Affermazione: “Oggi non c’è una soluzione nucleare pronta, la mia posizione tecnica è che non farei assolutamente delle centrali di prima o seconda generazione perché oggettivamente sono complesse, costose, hanno problemi. Sono assolutamente convinto che vada studiata la nuova generazione di reattori cosiddetti reattori piccoli modulari.” 
Risposta: Promuovere lo studio delle tecnologie avanzate è sicuramente essenziale e apprezzabile come messaggio per le nuove generazioni, ma penso che l’incipit possa essere fuorviante.. Le centrali nucleari a fissione che sono costruite oggi non sono più di prima (I) o seconda (II) generazione. L’industria nucleare è strettamente e altamente regolamentata, innovativa e al passo con la tecnologia. I nuovi reattori in considerazione, costruzione e di recente operazione già oggi in Europa sono della Generazione più recente, la terza (III), detta anche evoluzionaria da International Atomic Energy Agency. I dati ottenuti da queste centrali che sono in operazione al giorno d’oggi (Generazione III) dimostrano come queste siano tra le tecnologie di produzione di energia termica e elettrica pulita (a bassa emissione di CO2) più sicura sul mercato ad oggi [1,2]. 

Affermazione: “quando riusciremo ad avere il confinamento inerziale, la fusione nucleare sarà la soluzione di tutto. Il concetto è che nel 2050 – 2070 quando riusciremo a ottenere una stella in miniatura di diametro 30 cm potremo soddisfare la domanda di energia di una intera città. La fusione non fa scorie radioattive, è diversa”
Risposta: qui si menziona la fusione nucleare a confinamento inerziale, subito dopo si ipotizza una centrale a fusione al 2050 – 2070 simile a una stella con diametro di 30 cm. Credo che, differentemente a quello riportato, si volesse riferire alla tecnologia di fusione nucleare a confinamento magnetico. Purtroppo l’affermazione è semplicistica, dobbiamo ricordarci che il primo prototipo di centrale a fusione nucleare previsto in Europa, EU-DEMO, dovrebbe entrare in operazione nel 2060. Questo prototipo al 2060 non sarà ancora un reattore commerciale e fornirà 300 – 500 MW di elettricità [3]. C’è una grande fibrillazione oggigiorno sui reattori più piccoli a confinamento magnetico che sfruttando la tecnologia dei superconduttori ad alta temperatura (HTS) prevedono la realizzazione di un reattore dimostrativo già nei prossimi anni. La gara per soddisfare la neutralità climatica al 2050 è aperta ed è sicuramente un momento eccitante per noi ricercatori: avere un altro asso nella manica per combattere il cambiamento climatico è sicuramente da perseguire con rinnovata fiducia e energia..!
Ma ad oggi, l’unica fonte di energia elettrica da nucleare disponibile è quella proveniente dalla fissione nucleare.
Devo anche confutare l’affermazione che non si producano rifiuti radioattivi dalle centrali a fusione nucleare. I processi di fusione e fissione sono entrambi nucleari e il metodo di produzione di calore e quindi energia elettrica deriva dalla interazione dei prodotti delle reazioni nucleari (neutroni e radiazioni) con i fluidi di raffreddamento e le strutture con cui sono costruite le centrali. Le centrali a fusione o fissione nucleare producono entrambe rifiuti nucleari a media e bassa attività. Dalle centrali a fissione si producono anche rifiuti ad alta attività: questi sono meno dell’1% in volume di tutti i rifiuti radioattivi ma contengono la maggior parte della radioattività (oltre il 70%). Questi rifiuti ad alta attività provenienti dalle centrali a fissione nucleare possono essere parzialmente riutilizzati/riciclati come nuovo combustibile, come nel caso dei reattori veloci al sodio operanti al giorno d’oggi in Russia. In altri paesi, invece, vengono prevalentemente considerate scorie/rifiuti.

Affermazione “la fissione è quella che crea problemi dove un atomo grosso come l’uranio viene spaccato in due atomi più leggeri e produce energia, un po’ il concetto della bomba atomica”
Risposta: non è corretto mettere sullo stesso piano una fonte di energia elettrica e termica sicura e pulita con l’uso che se ne può ottenere per scopi bellici. Qui mi duole aggiungere che le bombe nucleari più micidiali sono quelle in cui si sfruttano entrambi i processi di fissione nucleare seguita da fusione nucleare. Quindi se si dovesse fare un paragone a tutto tondo considerando gli impieghi militari dell’energia nucleare si dovrebbe ricordare anche l’uso bellico della fusione nucleare (cosiddetta bomba all’idrogeno, bomba H).

Affermazione: “i reattori modulari sono un po’ in mezzo: tra la centrale nucleare a fissione quella che rompe l’uranio, però è più piccola e meno potente, in teoria dovrebbe essere intrinsecamente più sicura. Ma lo vedremo, ce lo dirà la tecnologia. La fusione è un’altra cosa, si fa come la natura, si copia l’universo e sicuramente quella è la strada. Ed è per questo che nella tassonomia non può non esserci il nucleare, perché tutto l’universo funziona con la fusione.”
Risposta: No, devo contraddire questa affermazione: il nucleare nella tassonomia Europea è il nucleare da fissione nucleare perché è l’unica fonte in grado di produrre in maniera efficiente e sicura elettricità a basse emissioni di CO2 ad oggi. [4]. La centrale a fusione nucleare è una tecnologia che ancora deve dimostrare di poter produrre più energia di quella che viene immessa per far sì che diventi realizzabile commercialmente per le future generazioni.  Alcuni tra i reattori modulari ad oggi più sviluppati sono l’high-temperature pebble-bed gas-cooled reactor demonstration project in Cina e quelli di tipo pressurized water reactors in Europa e Stati Uniti: questi ultimi che sono in via di licenziamento sfruttano la tecnologia ben collaudata delle centrali a fissione di tipo pressurized water reactors (tra i quali Olkiluoto 3 che ha appena raggiunto criticità in Finlandia).

Affermazione: “la fusione risolverebbe ogni problema, però richiederà forse 100 volte l’investimento fatto fino ad ora in termine di risorse umane. Oggi parliamo di elettrificazione, la cosa che mi fa ridere e che se avessimo tutto elettrico ci servirebbero talmente tante batterie che non ci basterebbe il litio e il cobalto. Quindi sappiamo già che mentre diciamo che quella è la soluzione sappiamo che non è vero. Questo è tipicamente umano, buttare la palla avanti e dire tanto poi lo risolvo questo problema.”
Risposta: Sì, e inoltre voglio far presente che il trizio, che insieme al deuterio (isotopi dell’idrogeno) costituisce il combustibile delle centrali a fusione nucleare di cui si individua una posizione strategica in un futuro a lungo periodo (non potendo contribuire alla decarbonizzazione del pianeta entro il 2050), viene anch’esso generato dal litio. Esiste una seria perplessità nel mondo scientifico sull’approvvigionamento del litio necessario a soddisfare le risorse di trizio necessarie per far funzionare le centrali a fusione nucleare di larga scala nel futuro (proprio perché in competizione con le batterie per l’autotrazione). 

Affermazione: “Non bisogna affezionarsi a nessun tipo di tecnologia e nessun tipo di soluzione ideologica, ci vuole la neutralità tecnologica che si raggiunge studiando e vedendo i dati qualunque essi siano”.
Risposta: Sono totalmente d’accordo, e proprio per questo non bisogna demonizzare una soluzione che abbiamo già e può essere alla portata di tutti, la fissione nucleare di oggi, insieme a tutto il mix di fonti rinnovabili disponibili, può perseguire il Pathway 2.6 dell’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), l’unico in linea con l’obiettivo di contenere l’incremento della temperatura globale ben al di sotto dei 2 °C entro il 2050. Un’analisi imparziale richiede di mettere sul tavolo tutti i dati per attuare una strategia energetica efficace. In calce una selezione di documenti da cui attingere informazioni [1-6]. Fuor di dubbio che la fusione nucleare potrebbe giocare un ruolo rilevante nello scenario energetico di fine secolo. Ma considerando l’emergenza climatica sotto gli occhi di tutti non possiamo aspettare così a lungo e né le fonti rinnovabili possono dare una risposta coerente con le richieste di energia per via semplicemente della loro incostanza che richiede la predisposizione di rilevanti sistemi di accumulo.


REFERENZE
[1] Hirschberg, S., Bauer, C., Burgherr, P., Cazzoli, E., Heck, T., Spada, M., Treyer, K., Health effects of technologies for power generation: Contributions from normal operation, severe accidents and terrorist threat, Reliability Engineering and System Safety 145 (2016) 373–387.
[2] Technical assessment of nuclear energy with respect to the ‘do no significant harm’ criteria of Regulation (EU) 2020/852 (‘Taxonomy Regulation’), EUR 30777 EN, 2021
https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC125953
[3] https://www.euro-fusion.org/eurofusion/roadmap/ 
https://www.euro-fusion.org/fileadmin/user_upload/EUROfusion/Documents/2018_Research_roadmap_long_version_01.pdf
[4] https://ec.europa.eu/info/business-economy-euro/banking-and-finance/sustainable-finance/eu-taxonomy-sustainable-activities_en
[5] https://www.iaea.org/sites/default/files/21/10/nuclear-energy-for-a-net-zero-world.pdf 
[6] IEA, Electricity generation by fuel and scenario, 2018-2040, Outlook Report 2019 https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/electricity-generation-by-fuel-and-scenario-2018-2040

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