Il blog del Comitato Nucleare e Ragione
A grande richiesta, proponiamo una quarta visita al complesso della Centrale Nucleare di Krško, in Slovenia.
La visita avrà luogo il prossimo 8 aprile. Qui sotto riportiamo il volantino con tutte i dettagli e i riferimenti per formalizzare l’iscrizione. Per ogni richiesta di chiarimento, non esitate a contattarci!
How Obama’s administration is undermining the best non proliferation project ever, in the most unfortunate time.
While the Cold War’s winds are blowing again over relations between the U.S. and Russia since after the Crimean crisis and recrudesced with the war over Syria, President Obama seeks to send the wrong message to his Russian counterpart in the very end of his administration, risking to hamper costly efforts on non proliferation of nuclear weapons and casting a shadow on U.S. determination on pursuing global Peace.
Recently issued 2017 Fiscal Year Obama’s proposal solicits to quit the MOX program at Savannah River facility in South Carolina. This facility, under construction since 2007 for an up to date estimated budget of 7.7 billion dollars, was envisaged to be operational this year to start the processing of weapon grade uranium and plutonium to mixed oxide fuel (MOX) to feed nuclear reactor and produce carbon-free electricity. The facility is part of two bilateral agreements the U.S. contracted with Russia regarding non proliferation of nuclear weapons: Megaton to Megawatts (1993) [see previous post on the topic] and Plutonium Management and Disposition Agreement (2000).
Under the former, 15000 weapons have already been destroyed, while the latter calls for U.S. and Russia to destroy 34 metric tons of plutonium each – something as 8500 warhead each.
There is no technical reason to quit the project, that despite increasing funding cuts through the years is now 70% complete and the plant already hosts most of the sophisticated equipment that will be need to the processing. The last budget destined by the Congress to the plant were 380 million dollars last December, than the presidential decision to ax the funds for 2017 and destine the U.S. military grade plutonium surplus to waste disposal in Carlsbad, New Mexico.
The MOX plant at Savannah River is one of many federal budget programs risking interruption due to opposite parties vetoes and lack of political compromise. Republican Senator Tim Scott from South Carolina said the MOX is a vital program that has been continuously undermined by Obama’s administration who spread misinformation about its state of progress.
On another note, Russia already completed its own MOX plant and it is ready to feed with it fast neutrons reactors (for example the BN-800 connected to the grid just last year). In our opinion the U.S. simply can not afford to interrupt, or – even worse – to scrap such an important project. Or should we recognize that the President prefers watching dazed a Russia which makes great strides towards the future of nuclear recycling?
Neither South Carolina General Attorney, Alan Wilson, took the news well, saying that the Federal Government will owe 1 million dollars daily to the State, effective January 1st, 2016, if plutonium stocked at Savannah River is neither processed nor disposed.
Europe developed a large capacity of feeding nuclear reactors with MOX: currently over 35 European reactor are licensed to use MOX as fuel, and 22 French reactors can use MOX up to 30% of fuel blend. In a conservative hypothesis, burning a 30% of MOX in one third of the world’s reactor would remove about 15 tons of warhead plutonium per year, that means 3000 warheads per year burnt to produce 110 billion kWh of electricity.
Now it is really difficult to understand the rationale behind a decision that in hindsight seems not unlike that of people used to sweep under the rug. With the aggravating circumstance that in this case the “powder” also has an extremely interesting economic and energetic value. In fact there is no doubt that immobilize and store the plutonium through vitrification and deep geologic burial adds significant political complexity and physical challenges.
President Barack Obama, who, in 2009, was credited a Nobel Prize for Peace, is now freezing his only possible success regarding non proliferation efforts. Whatever could be the reason – like funding the costly Obamacare and other environmental projects possibly more close to the anti-nuclear lobby – he’s sending a two-fold dangerous message in a time of increased tension in the bilateral relations with Russia and announced efforts to reduce U.S. carbon footprint on the planet.
We hope this decision would not come to be effective and the next U.S. Governments – as the rest of the World – will keep betting on nuclear fuel recycle. Namely using the existing stockpile of weapons-grade plutonium, but also implementing Partitioning and Transmutation technology (P&T). This is the only highway we currently have to reduce both volume and radiotoxic level of nuclear waste, in order not to put those economical and environmental costs on the shoulders of the future generations. And, at the same time, to send the message that a World without nukes – or at least with less nukes – is actually possible.
[how to produce electricity by getting rid of 20k nuclear warheads]
This article was originally published in Italian on the 12th of March, 2014.
Last weeks world news – a source of concern for the condition of Ukraine’s population – have brought back to the top the spectre of the nuclear weaponry race.
In addition to real fatalities and strong divisions – the price for fierce clashes and the result of national policies we do not want to describe here, nor we are able to judge in every aspect – we see an increased fear that the deterioration of the situation could bring to contrasts we all expected would have been just a relic of the past, after the end of the Cold War.
In order to exorcise such frightening thought we want to remember how much we can get from the use of energy sources as vehicles of Peace. And among all nuclear energy.
In December 2013 the program popularly known as “Megatons to Megawatts” was completed. On the basis of this program the United States agreed with Russian Federation to purchase some Low-Enriched Uranium (i.e. with a 235U concentration below 20%) coming from the reprocessing of the Highly-Enriched Uranium (i.e. with a 235U concentration above 80%) contained in the former USSR nuclear warheads. The official name of the program was “Agreement between the Government of the Russian Federation and the Government of the United States of America Concerning the Disposition of Highly-Enriched Uranium Extracted from Nuclear Weapons.”, dated February 18th, 1993.
It was estimated that in the last twenty years the United States have produced about 10% of its electricity by dismantling 20k nuclear warheads сделано в России (made in Russia); in other words, they have recycled 500 tonnes of Russian bomb-grade HEU into 14k tonnes of LEU. This is energetically equivalent to: 3.4 billions tonnes of coal, 12.2 billions of oil barrels, 2.6E15 (2.6 millions of billions of) cubic meters of natural gas [1].
Interesting to know how all was born thanks to the initiative of a Physicist at MIT, Thomas L. Neff [2], who in October 1991 took pen and paper and wrote to New York Times, voicing his apprehension. He had in mind a very simple idea on how to turn an uncomfortable and potentially dangerous legacy in a useful and highly symbolic initiative. Two months later Neff was invited in Moscow to discuss the details of his proposal with Russian scientists and Government’s officials. On August 28th, 1992 negotiation started; Clinton and Yeltsin signed the final agreement in 1993.
The details of the proposal were put on paper for the first time on October 24th, 1991 in a Op-Ed in the New York Times. The project was so successful that it was honored on the same newspaper on January 24th .
Notes
[1] http://www.usec.com/russian-contracts/megatons-megawatts
[2]Thomas L. Neff assisted US Governments over the years in fixing some problems related to the Highly-Enriched Uranium management and nuclear security. For such activity he was awarded in 1997 with Leo Szilard Award in Physics. [http://www.world-nuclear.org/sym/2006/neffbio.htm]
Ad un anno di distanza, alla vigilia dell’edizione 2016 dell’iniziativa “Mi illumino di meno”, riproponiamo questo nostro articolo sull’argomento.
Si celebra oggi l’undicesima Giornata del Risparmio Energetico, evento culminante della campagna radiofonica “Mi illumino di meno” promossa dalla trasmissione Caterpillar di RAI Radio2.
L’iniziativa, che mira a sensibilizzare l’opinione pubblica attraverso lo sviluppo di buone pratiche quotidiane di risparmio energetico, certamente lodevole, suscita in noi anche alcuni spunti di riflessione che non sono scontati e che vogliamo condividere con i nostri lettori.
La prima osservazione riguarda la natura stessa dell’iniziativa e l’incredibile seguito mediatico che ne è derivato, consacrandone il successo già a partire dall’edizione del 2005. E’ significativo notare come la più importante campagna di sensibilizzazione culturale italiana su un tema così importante come quello dell’uso razionale dell’energia, nasca non per iniziativa delle istituzioni, ma in seno ad una trasmissione di un’emittente radiofonica. Non che questo rappresenti di per sé un motivo di critica, ci mancherebbe, ma è quantomeno doveroso rendere evidente questo inusuale ribaltamento di…
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[numeri alla mano si dimostra come proporre l’utilizzo esclusivo di energia rinnovabile prodotta localmente non sia affatto una buona idea in un Mondo dove la maggior parte della popolazione va concentrandosi in megalopoli – ricordando che abbinare a tale proposta quella di una riduzione dei consumi a livello globale con “tagli lineari” significa distruggere le speranze di chi lotta per uscire dalla povertà materiale]
Alcuni ambientalisti e sostenitori delle energie rinnovabili hanno una preferenza ideologica per gli impianti di dimensioni ridotte e su scala locale – a livello di area metropolitana, per esempio. Che fare allora se il vostro quartiere si presenta così?
Ad alcune persone potrebbe allettare l’idea di far funzionare Tokyo utilizzando esclusivamente energia rinnovabile prodotta localmente. Ma incontreranno qualche seria difficoltà a metterla in pratica.
Dal 2008 la maggior parte dell’umanità vive in città. Ed entro il 2050 è probabile che la tendenza si consolidi – alcune stime si aggirano attorno al 70-80%. La sfida energetica chiave di questo secolo sarà il soddisfacimento del fabbisogno delle megalopoli, e l’energia prodotta a livello locale e distribuita “a chilometro zero” non può essere una soluzione. Cerchiamo di capire il perché sbrogliando la matassa delle questioni coinvolte in questo “macro problema energetico”.
Innanzitutto alcune considerazioni. Un abitante del Nord America in media ha un consumo energetico annuo pari a poco più di 7 tonnellate equivalenti di petrolio (tep). Il che equivale a circa 81 MWh/p/anno, ossia ad un tasso di utilizzo di potenza media di 9 kW pro capite – quasi il doppio di quello che si ha in Paesi come Germania, Francia e Giappone. E questo senza che si abbiano evidenze che i nordamericani godano di maggiore benessere a causa del loro uso maggiore di energia: gli abitanti degli Stati Uniti d’America non vivono più a lungo, non sono più sani, o meglio istruiti di altri abitanti dei Paesi c.d. sviluppati che consumano quantità di energia pro capite pari alla metà. Inoltre occorre sottolineare che le emissioni globali di anidride carbonica diminuirebbero di quasi il 10% se i nordamericani consumassero come gli europei. Dunque, non è necessario né auspicabile che gli abitanti dei Paesi in via di sviluppo emulino in tutto e per tutto i modelli di consumo del Nord America.
Un’ulteriore prova a favore dell’opportunità di limitare e ridurre i consumi di energia pro capite nei Paesi sviluppati è data dalla stessa evoluzione dei loro consumi negli ultimi decenni, che sembrano aver raggiunto il picco quasi ovunque. Per esempio, il consumo pro capite è diminuito costantemente nel Regno Unito nell’ultimo decennio, ed è ora al punto più basso da oltre quattro decenni. Declini evidenti si hanno anche in Germania e Giappone, e negli stessi Stati Uniti d’America, senza che siano state riscontrate riduzioni della qualità della vita.
Qualsiasi politica climatica/energetica sensibile agli effetti sul lungo termine dovrebbe includere una forte determinazione a favorire la continuazione di questo trend.
La convinzione che il Mondo intero possa passare ai livelli americani di consumo dell’energia godendo contemporaneamente di un sistema di produzione a basse emissioni di carbonio entro la metà di questo secolo non solo ignora le lezioni vitali apprese durante le transizioni energetiche precedenti avvenute nel corso della storia dell’umanità, ma, dato il ruolo attuale delle energie rinnovabili e del nucleare, appare anche delirante.
Un buon target per i consumi energetici pro capite potrebbe essere il Giappone, oppure Hong Kong, visto che, come abbiamo detto, le città svolgeranno con ogni probabilità un ruolo chiave.
Come ridurre dunque il consumo di energia?
Il modo più efficace per farlo è semplice: renderlo “denso”.
Dunque entro il 2050 ci servono molti impianti centralizzati di grandi dimensioni, di qualsivoglia fonte sostenibile, eolica, solare o nucleare. Oppure ci potrebbero essere utili grandi centrali nucleari ed idroelettriche, grandi parchi fotovoltaici, eolici e marini (ad energia mareomotrice), abbinati a piccole centrali nucleari modulari e/o idroelettriche, e ad elaborati sistemi di pompaggio e stoccaggio. (Presumendo, speranzosi, che nei prossimi 35 anni riusciremo a sbarazzarci dei combustibili fossili almeno nella produzione di energia elettrica – una prospettiva ad oggi improbabile.)
In ogni caso la risposta non è l’energia “diffusa localmente”, per alcuni semplici motivi che individueremo qui di seguito.
Prendiamo Manhattan. Non è certo un esempio tipico di quello che la maggior parte di noi considera come un “ideale verde”. Eppure a Manhattan si ha un consumo di energia per abitante significativamente più basso che in quasi ogni altra città americana. Allo stesso tempo nel suo complesso il consumo di energia di questo “quartiere” è di gran lunga maggiore della quantità di energia che potrebbe essere fornita in teoria dalle fonti rinnovabili locali. In media un isolato a Manhattan consuma energia ad un tasso di oltre 1000 kWh per metro quadrato all’anno, una densità di potenza superiore a 100 W/m2 [1] – quasi due ordini di grandezza superiore alla densità di potenza dell’eolico [2] [3]; sempre che si possa anche solo ipotizzare di “riforestare” Manhattan con delle pale eoliche. E le potenzialità dell’energia solare non ci confortano di certo. Se si potesse coprire il 20% di Manhattan di pannelli solari avremmo grossomodo 4 W/m2 [2] [4].
Che dire del il resto del Nord America? Una volta ridotto il consumo di energia pro capite ai livelli giapponesi, un’idea sensata – ma forse impopolare – potrebbe essere quella di far funzionare molte città americane principalmente grazie alle fonti rinnovabili locali. O no?
Il grafico sottostante mostra la densità di popolazione rispetto alla densità di potenza resa disponibile in uno scenario di minori consumi pro capite per alcune città campione degli USA (USA in Japanese style):
Solo una città con bassa densità di popolazione come Phoenix ha una qualche possibilità di ottenere la maggior parte della sua energia da fonte rinnovabile. Ricoprendo infatti il 25% di Phoenix di pannelli fotovoltaici teoricamente si avrebbe la totale copertura del fabbisogno energetico della città. (L’Arizona è assolata!) Tuttavia, trattandosi di una superficie molto estesa, è facile immaginare che qualcuno avrebbe qualcosa da ridire a riguardo [5]. In ogni caso rimarrebbe un problema ancora più grande, e ad oggi insormontabile: ottenere più del 50% dell’energia di Phoenix da fonte solare locale richiederebbe un modo economico per immagazzinarla su larga scala.
Un sistema che prevede più del 50% di energia proveniente da fonte solare inevitabilmente richiede la contabilizzazione delle superfici di suolo da dedicare a grandi sistemi di immagazzinamento, e delle notevoli perdite, causate sia dalla ridotta efficienza dei sistemi fotovoltaici ai quali viene abbinato lo stoccaggio dell’energia elettrica prodotta sia dalla decurtazione degli eccessi di produzione sfasati rispetto ai picchi di domanda.
La prospettiva di avere città nordamericane che funzionano in gran parte a “fonti rinnovabili locali” sembra quindi improbabile, e l’83% dei nordamericani vive in città.
Passiamo al resto del Mondo.
Le 200 aree urbane più grandi del Mondo ospitano oltre 1,2 miliardi di persone, e un quarto di queste aree sono più densamente popolate di New York (10.000 persone per chilometro quadrato) – come illustrato dal seguente grafico:
Prima di chiederci se queste città possano funzionare a “fonti rinnovabili locali” dobbiamo evidenziare le disparità che si riscontrano attualmente nel consumo di energia. Qui di seguito riportiamo un confronto tra la popolazione di alcuni Paesi campione ed il loro consumo di energia pro capite – le popolazioni sono tracciate su una scala logaritmica a causa di Cina e India.
Mentre ci sono circa 350 milioni di nordamericani che possono, e dovrebbero, ridurre il loro consumo di energia portandolo ai livelli europei, ci sono anche molti abitanti del resto del Mondo – ma anche negli stessi USA – che devono aumentare il loro consumo di energia in modo significativo per migliorare la loro qualità di vita. Per la precisione oltre 35 Paesi del Mondo – con una popolazione totale di oltre 2 miliardi di abitanti – hanno un consumo pro capite inferiore al 10% di quello del Nord America.
Nonostante i desideri (e gli imperativi) di alcune ONG ambientaliste (si veda per esempio questo rapporto WWF a pagina 11) non è auspicabile proporre una riduzione del consumo di energia a livello globale. Bisogna entrare nel dettaglio. È infatti vero che il mondo c.d. sviluppato consuma energia in eccesso, ma nei Paesi sulla via dello sviluppo il consumo di energia è ancora troppo basso ed una sua eventuale diminuzione avrebbe senz’altro impatti negativi. Dovremmo pertanto da una parte ridurre il consumo eccessivo nei Paesi sviluppati e dall’altra aumentare il consumo di energia nei Paesi in via di sviluppo.
Tenendo buono l’esempio del Giappone, se le popolazioni delle 200 più grandi città del Mondo consumassero energia con il tasso giornaliero giapponese si avrebbe una situazione come quella descritta dal seguente grafico:
In totale 10 città avrebbero una densità di potenza utilizzata superiore a 100 W/m2, 56 città una superiore a 50 W/m2, mentre 181 città ne avrebbero una superiore a 10 W/m2 [1]. Ed abbiamo visto che le fonti rinnovabili difficilmente possono offrire più di 15 W/m2 su larga scala – anzi è più probabile che l’offerta rimanga nella gamma 1-10 W/m2. Questo significa che il 90% delle 200 città più grandi della Terra quasi certamente non può essere alimentato principalmente da energia rinnovabile prodotta localmente. La densità di popolazione di queste città non è significativamente diversa rispetto al resto delle città del Mondo; possiamo quindi concludere che la stragrande maggioranza delle città non può essere alimentata da fonti rinnovabili “local”.
E questo suggerisce l’esistenza di seri limiti al ruolo dell’energia “local” ovunque nel Mondo, un Mondo in cui entro 35 anni oltre il 70% di noi probabilmente vivrà in città.
Le prospettive sono ancora peggiori considerando i diversi Paesi presi singolarmente. Per esempio, delle 200 più grandi aree urbane del mondo, 17 si trovano in India. Eccole raccolte in un grafico:
120 milioni di persone vivono in queste città. Ricoprirle interamente con pannelli fotovoltaici con fattore di capacità pari al 10% significherebbe ottenere meno della metà del loro fabbisogno energetico.
E guardate quel puntino in alto a destra: è Bombay. Questa città, per coprire tutto il suo fabbisogno energetico (Japanese style) da fonte solare [6], dovrebbe sfruttare quasi il 100% della radiazione solare che la colpisce – una prospettiva remota.
Questa altissima densità di popolazione è sistematicamente ignorata dagli ambientalisti occidentali che chiedono più “energia disseminata” quale soluzione ai problemi energetici dell’India.
In conclusione, entro il secolo corrente la maggior parte dell’umanità vivrà in grandi città densamente popolate. Se i cittadini di queste città raggiungeranno una qualità di vita maggiore sarà solo generando energia centralizzata in grandi quantità, e grazie a reti di trasmissione e distribuzione ottimizzate e ben sviluppate.
Qui non si tratta di preferenze ideologiche, ma di fare i conti con la dura realtà.
Acknowledgments:
Questo post è una nostra rielaborazione, con integrazioni ed aggiornamenti, dell’articolo “The Future of Energy: Why Power Density Matters” di Robert Wilson, pubblicato su theenergycollective.com l’8 agosto 2013.
Note:
[1] Con “densità di potenza” si intende qui la “densità di potenza utilizzata”, ossia il rapporto tra il valore medio della potenza utilizzata annualmente da una data popolazione e la superficie di territorio occupata da tale popolazione.
[2] Per brevità chiameremo “densità di potenza” anche il valore medio della potenza generata/disponibile per metro quadrato di superficie occupata dagli impianti di produzione dell’energia elettrica. Alcuni chiamano questa grandezza derivata “densità di potenza areale” (areal power density).
Per ulteriori dettagli si vedano le note qui. Nel caso di fonte eolica, attenzione a non confondere la densità di potenza (output elettrico) con la potenza erogata dal vento per unità di superficie spazzata dalle pale degli aerogeneratori (input cinetico); e a non dimenticare che gli aerogeneratori devono essere disposti ad una distanza sufficiente gli uni dagli altri onde evitare che “si rubino il vento tra di loro”. (Per esempio gli esperti consigliano per la progettazione di un parco eolico di non posizionare gli aerogeneratori ad una distanza inferiore a 5 volte il diametro dei rotori – ovviamente se montiamo un solo aerogeneratore la densità di potenza erogata è notevolmente superiore; ma in questo caso stiamo parlando di energia a chilometro zero ad un livello local molto spinto.)
[3]David MacKay nel libro “Energia sostenibile – senza aria fritta” giunge ad una stima di 2 W/m2 come valore medio per impianti onshore su larga scala; altri studi più recenti sulla produzione degli impianti eolici di grosse dimensioni (sia onshore che offshore) riportano perlopiù valori medi in un range perfettamente conforme: 1-3 W/m2. Forniamo anche un esempio concreto, London Array, il parco eolico offshore più grande al Mondo in funzione dal 2013 nel mare di fronte alla foce del Tamigi: capacità 630 MW; area occupata 100 km2; fattore di capacità atteso 39%. Da cui: 630 MW / 100 km2 * 39% ≈ 2,5 W/m2. E questo con una locazione dell’impianto ottimale per quanto riguarda la ventosità.
Per ulteriori approfondimenti sui limiti fisici della generazione di elettricità da fonte eolica:
[4] Tipicamente i valori registrati nei parchi fotovoltaici di grandi dimensioni variano nell’intervallo 3-10 W/m2. L’anno scorso è uscito un report del MIT (“The Future of Solar Energy”) dove si dimostra che considerando il valore medio del soleggiamento sull’intera superficie degli Stati Uniti d’America il massimo teorico risulta essere pari a 15 W/m2. Per gli impianti CSP si stima di superare anche i 20 W/m2 su larga scala (in zone caratterizzate da particolare soleggiamento, per esempio i deserti). Paghiamo una pinta di birra (vel similia) a chiunque riesca a dimostrare – dati di produzione alla mano – che un parco fotovoltaico di grandi dimensioni è in grado di a generare mediamente (24/7) una potenza elettrica con una densità superiore a 20 W/m2.
[5] Bisognerebbe mettere in conto tra le altre cose che oggi come oggi gli abitanti di Phoenix godono dell’efficiente fornitura di elettricità proveniente da Palo Verde. Questa centrale nucleare occupa complessivamente un’area di 1600 ettari e produce in media 29,25 TWh all’anno, con un fattore di capacità medio calcolato sulla nameplate capacity pari all’85% – da cui una densità di potenza > 200 W/m2, tenendo conto anche della superficie dei parcheggi per i dipendenti della centrale!
[6] Per quanto riguarda il valore medio annuale della Direct Normal Irradiation, Bombay (Mombay) si trova nella fascia dei 1300-1500 kWh/m2, come si può vedere qui; mentre per quanto riguarda la Global Horizontal Irradiation si hanno in media circa 1900-2000 kWh/m2/anno, come si può vedere qui. Questo significa avere rispettivamente 148-171 W/m2 e 217-228 W/m2 di irradianza diretta normale ed orizzontale.
Pubblichiamo oggi le trasparenze della conferenza “Le scorie dell’energia. Come chiudere il ciclo di una fonte?” svoltasi lo scorso 20 gennaio 2016 nell’ambito della rassegna “Energia, Società e Ambiente“, promossa da dai Dipartimenti di Studi Umanistici e di Fisica dell’Università di Trieste, da Sissa Medialab, Elettra-Sincrotrone, Ceric-Eric, Comitato Nucleare e Ragione, Nuclear Italy Research Group.
Il video integrale dell’intervento del dott. Totaro è inoltre disponibile sul canale Youtube del Comitato Nucleare e Ragione.
E’ possibile visionare la presentazione in formato pdf a questo link.
Le singole slides, in formato immagine, si trovano qui.
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
1) Dati sul fabbisogno elettrico giornaliero ITALIA: Terna, http://www.terna.it/it-it/sistemaelettrico/dispacciamento/datiesercizio/datigiornalieri.aspx
2) Dati sulla potenza generata e il fabbisogno elettrico giornaliero GERMANIA, DANIMARCA, FRANCIA: http://pfbach.dk/firma_pf
3) Direttiva Europea 2009/28/CE: http://eur-lex.europa.eu/legal-content/IT/ALL/?uri=CELEX%3A32009L0028
4) FAQ IEA: http://www.iea.org/aboutus/faqs/renewableenergy/
5) World Commission on Environment and Development (WCED), 1987, Our Common Future, http://www.un-documents.net/our–common–future.pdf
6) Renewable Energy and Efficiency Partnership, 2004, http://www.reeep.org/sites/default/files/Glossary%20of%20Terms%20in%20Sustainable%20Energy%20Regulation.pdf
7) David JC MacKay, Sustainable Energy – without hot air (2008), www.inference.eng.cam.ac.uk/sustainable/book/tex/sewtha.pdf
8) IAEA, UNDESA, IEA, Eurostat, EEA, Energy Indicators for Sustainable Development (2005), http://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1222_web.pdf
9) http://www.isprambiente.gov.it/it/temi/mercato-verde/life-cycle-assessment-lca
10) http://eplca.jrc.ec.europa.eu/
11) Dati sulle emissioni globali di gas serra: http://www.esrl.noaa.gov/gmd/aggi/aggi.html
12) ISPRA, Italian Greenhose Gas Inventory 1990-2013. National Inventory Report 2015
, http://www.isprambiente.gov.it/files/pubblicazioni/rapporti/R_231_15_NIR2015.pdf
13) IPCC SRREN, Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Mitigation, http://srren.ipcc-wg3.de/report/IPCC_SRREN_Full_Report.pdf
14) Emissioni PM10 e NOx
http://www.politichepiemonte.it/site/index.php?option=com_content&view=article&id=483:lo-stato-dellambiente-in-piemonte&catid=40:come-va-il-piemonte&Itemid=53
15) US Department of Energy Technological Quadriennial Review 2015, http://energy.gov/qtr
16) World Energy Council, Comparison of Energy Systems Using Life Cycle Assesment, 2004, https://www.worldenergy.org/publications/2004/comparison-of-energy-systems-using-life-cycle-assessment/
17) www.world-nuclear.org
18) http://www.depositonazionale.it
19) Barry W. Brook and Corey J.A. Bradshaw, Key Role for nuclear energy in global biodiversity conservation, Conservation Biology, Volume 29, Issue 3, pages 702–712, June 2015, http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/cobi.12433/full
20)http://www.prosun.org/en/about/fact-sheet.html21) www.governo.it/sites/governo.it/files/75158-9343.pdf
22) http://www.isprambiente.gov.it/it/pubblicazioni/rapporti/il-consumo-di-suolo-in-italia-edizione-2015
23) http://www.inference.phy.cam.ac.uk/sustainable/data/powerd/MapOfWorld.html
[a story apparently paradoxical of “nuclear repositories” in a “100% renewable” Country]
This article was originally published in Italian on the 7th of July, 2015.
Electricity production in Norway is almost 100% renewable: about 97% is hydropower, the rest comes from natural gas (just under 2%) and wind (just over 1%), “a little bit” from biomass and waste incineration; “traces” of production from solar, coal and oil are also present.
So there are no nuclear power plants in Norway. There has been a few discussions in recent years, chasing some innovative ideas based on the use of thorium; but for now, everything is silent – or rather, it is on the paper at proposal level. There are, instead, two research reactors still operating, the heavy water boiling reactor (HBWR) at Halden and the JEEP II at Kjeller; while two other are “retired” since long time, JEEP I and NORA. (As a mere curiosity the “retired” JEEP I coming into operation in 1951 was the first reactor operating in Europe, outside the borders of Great Britain and France, and the Soviet bloc.)
As in virtually all developed countries, nuclear technology finds application in Norway also in the medical field (e.g. radio-diagnostic and radio-pharmacology) and in the industrial field (e.g. NDT, and the treatment and storage of radioactive waste). Monitoring of all these activities is in accordance with international regulations and it is up to Statens strålevern, namely the Norwegian Radio Protection Authority (NRPA).
In January 2011 IFE’s inventory [1] recorded a total of some 18 tons of irradiated material (inclusive of the fuel inside the reactors still operating) – a volume easy to manage, even taking into account concrete and various structures with which this fuel is “packed”; since, for example, the density of U238 metallic is about 19 t/m3.
Thus, it would appear that there is not a lot of work for the NRPA. Actually, in Norway radioactive wastes offer volumes far more interesting, soon as you move from the storage of spent nuclear fuel to that of Naturally-Occurring Radioactive Materials (NORM).
Although, in fact, it does not use large amounts of oil for electricity generation, Norway is one of the largest oil producers in the world (just under 3% of the total, in 2013). And oil extraction – like any other mining activity, refining or processing of raw materials – involves a variety of by-products, some of which are radioactive, as they contain radioisotopes that abound in the Earth’s crust [2]. Natural gas extraction is going great too; indeed, in many respects even better than oil: before the European embargo to Russia, Norway was the second largest supplier of natural gas to the EU [3].
Since January 1st, 2011, a new regulation is in force for which the treatment and management of radioactive waste – as well as monitoring and contrast to radioactive pollution – are under the same regulatory framework of all other pollutants and hazardous waste (cf. Pollution Control Act, 1981). The regulation provides, among other things, two sets of criteria that define radioactive waste: for example, all the wastes containing ≥ 1 Bq/g by source Ra226 have to be considered as radioactive, whereas only radioactive wastes containing ≥ 10 Bq/g by source Ra226 have to be disposed of in a repository equipped for the purpose, and definitively stored. All wastes with levels of radioactivity between 1 and 10 Bq/g (from Ra226) can be handled and disposed by any company that owns a license for the management of hazardous wastes. Management of other radioactive wastes requires a license issued ad hoc by the NRPA.
The largest quantity of wastes containing naturally occurring radioactive isotopes (NORM) and with activity levels from Ra226 ≥ 10 Bq/g comes from the Oil&Gas industry. Therefore, all this material, properly treated, shall flow into a final repository.
Dates back to 1981 the discovery of levels of radioactivity “out of the norm” (i.e. average values above those expected for the natural background) in deposits (scale, sands and sludge) of by-products from North Sea oil and natural gas production. The specific activity of the solid dry material varies from the natural radioactive background level to several hundreds of Bq/g (from Ra226 and Ra228) [4]. For workers involved in the different operations of handling and treatment/cleaning of equipment or contaminated waste the doses are usually very low (maximum estimated value: 0.2 mSv/year) – well below the standard limit of dose for exposed workers (20 mSv/year). The main problem is the disposal of this type of radioactive waste, considering the amount of surfaces to be cleaned, and harvesting and treating of waste (i.e. moderate levels of radioactivity, but large quantities to be disposed of).
Since 2008, Norway features a storage place ready to receive the large amounts of NORM wastes coming from the Oil&Gas industry, both domestic and European (for some detail see Fig. 5 and 6, and their captions). The repository is located in Sløvågen, Gulen, Sogn og Fjordane county, at Stangeneset industrial site, and currently is able to contain little more than 7000 tons of NORM wastes, suitably and definitively stored. However, according to most estimates, the amount of wastes will increase significantly in the future due to the decommissioning of offshore facilities.
That’s why while using Gulen’s repository a search for new locations is already going on. Similar problems affect the management of low radioactivity NORM wastes as well.
This is the case of Langøya Island [5], managed by NOAH AS (Norsk Avfallshåndtering AS – literally Norwegian Corporation for waste treatment), which is going toward an environmental restoration.
As can be easily noticed from pictures in Fig. 7, the island doesn’t offer an amazing sight at present, due to the fact that after being used as a quarry for decades (chalk extraction), since 1985 Langøya has been converted to special waste disposal. Most part of it are NORM ashes [6], from manufactury and urban solid waste combustion from Norway, Sweden and Denmark. The island also hosts some facilities devoted to treatment of the waste destined to disposal. One of the core duties of NOAH on the island is in fact to transform the incoming wastes in materials that are environmentally safe for disposal in the quarry. And as far as we understood [7], part of the waste is treated to be recycled as construction material.
NOAH experts calculated that, given the actual filling rate and the likely future increase, the island will be unusable in 10 years, and they put all the future expectations on the old chalk mines at Brevik (Dalen mines).
Down there a new disposal for high radioactive NORM wastes could see the light.
However, as reported by media, local population doesn’t like the idea so far. Still a lot of work ahead, and few time, to win the resistance of the public opinion with the right argumentations, that means with feasible benefits for the local communities.
Notes:
[1] Institute for Energy Technology. Source: Strålevern Rapport – Joint Convention on the Safety of Spent Fuel Management and on the Safety of Radioactive Waste Management.
[2] Besides those already mentioned, other industries producing NORM wastes are: coal burning, metallurgy, Rare Earths manufactory, fertilizers production, construction materials production, recycle. Thus the acronym TENORM (Technologically Enhanced NORM) is often used to identify those material whose radioactivity is augmented due to higher concentration of radionuclides resulting from transformation and industrial processing. NORM wastes result from non-industrial sectors too: Radon exposition in residential sector, commercial flights, etc. For more details, please have a look at what reported by WNA here.
[3] Concerning oil extraction it seems the peak was reached in Norway in 2001. Natural gas has still good perspectives. More details here and here.
[4] Based on samples from solid deposits and scales (see Fig. 4), collected from Norwegian offshore platforms, the average value of radioactivity concentration (from Ra226 and Ra228) is close to 25 Bq/g: results range from few Bq/g to few hundreds of Bq/g – to be noticed that the upper limit of the range is still significantly smaller of values reported in other studies concerning offshore platforms in the USA (e.g. 3700 Bq/g) and onshore extraction in Syria (e.g. 1000 Bq/g).
In the following few notes about the most cited radionuclides in this article:
Ra226 has half-life of 1600 years, it’s an alpha emitter from the U238 series (see Fig. 2);
Ra228 has half-life of 5.75 years, it’s a beta emitter from the Th232 series;
a generic measure of the radioactivity of a certain material doesn’t give any information about the radio-toxicity of the material itself (e.g. a barium sulfate scale can present 23 MBq/t as a sum of the specific activity of all the radionuclides that it contains). However when the activity of the Radio is monitored a precautionary/conservative approach is assumed, being Radio’s radionuclides the most active in nature (shortest half-life), the most diffused and with the most dangerous emissions in case of food chain contamination and/or prolonged exposure.
[5] Island located in the Re Municipality, Oslofjord, Norway – not to be confused with the homonym island located in the Tjøme Municipality, and neither with the other homonym but bigger island in the Vesterålen archipelago.
[6] Fly ash, is a by-product of coal combustion in thermoelectric power plants and falls in the NORM category, but with radioactivity levels from Ra226 lower than 10 Bq/g.
[7] Most of the information we found on this topic were in Norwegian.
Main sources:
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.
L’evento fa parte di un ciclo di conferenze intitolato “Energia, società e ambiente. Tra passato, presente e futuro“, promosso dai Dipartimenti di Studi Umanistici e di Fisica dell’Università di Trieste, da Sissa Medialab, Elettra-Sincrotrone, Ceric-Eric, Comitato Nucleare e Ragione, Nuclear Italy Research Group.
Poche ore prima dello scoccare della mezzanotte del 31 dicembre 2015, l’ultimo Magnox rimasto operativo è stato spento definitivamente, e con questo si è conclusa una storia che risale al 1956.
60 anni fa, il primo reattore del tipo Magnox fu inaugurato dalla regina Elisabetta II a Calder Hall, in Cumbria presso il complesso di Sellafield – doveva essere il primo di otto. Ora la regina è sempre la stessa, ma non ci sono più Magnox attivi né in Inghilterra né nel resto del Mondo.
“Magnox” sta per “magnesio non-ossidante”, un termine che descrive il rivestimento in lega di magnesio (incamiciatura delle barre di combustibile) utilizzato in questo tipo di reattori moderati a grafite e con anidride carbonica come fluido termovettore.
Il combustibile era uranio naturale in forma metallica – dettaglio non secondario.
Nel corso degli anni sono state costruite unità assai più grandi, ottimizzate per il servizio commerciale, abbandonando man mano l’opzione iniziale della doppia produzione di elettricità per usi civili e plutonio per usi militari. Anche la centrale di Latina realizzata in Italia nella prima metà degli anni ’60, in esercizio dal 1963 al 1987, era del tipo Magnox.
Ora vanno forte gli AGR (Advanced Gas-cooled Reactor), e ci sono interessanti prospettive per il futuro – ne riparleremo senz’altro. Ma quella dei Magnox è stata tra alti e bassi una lunga storia di successo. Una storia che nel Regno Unito è stata scritta in questi siti:
• Berkeley, Gloucestershire
• Bradwell, Essex
• Chapelcross, Dumfriesshire
• Dungeness A, Kent
• Harwell, Oxfordshire
• Hinkley Point A, Somerset
• Hunterston A, Ayrshire
• Oldbury, Gloucestershire
• Sizewell A, Suffolk
• Trawsfynydd, North Wales
• Winfrith, Dorset
• Wylfa, Anglesey, North Wales
La centrale di Wylfa, Galles, che univa 2 reattori Magnox da 490 MWe cadauno e 4 generatori a turbina, è stata l’ultima ad operare – ed è mancato poco che non durasse così a lungo. In origine si prevedeva infatti di chiudere l’impianto nel 2010, ma è stato fatto uno sforzo incredibile per trasferire il combustibile in parte esausto da un reattore all’altro, permettendo al reattore dell’unità A1 rimasto funzionante di operare fino all’altro giorno. L’unità A2 ha chiuso i battenti nel 2012.
La Magnox Ltd. ha reso disponibile un breve video che mostra lo storico shutdown della sua ultima unità. Buona visione!
https://www.youtube.com/watch?v=8qveeBfU5G4
[Riceviamo e volentieri pubblichiamo da un caro amico che ha partecipato al Convegno intitolato “Cento Anni dalla nascita di Felice Ippolito”, svoltosi a Roma lo scorso 9 dicembre.]
Felice Ippolito: un gigante assoluto della cultura italiana; uno determinato a far diventare il Paese quello che ancora non era. Con Mattei – è stato ricordato – con Olivetti, Amaldi, Enrico Persico e diversi altri, il Paese incomincia a crederci veramente, sogna, struttura, cresce. In quegli anni nasce per mano anche di questi veggenti l’Italia del futuro; pochi anni dopo, uomini molto più piccoli di loro, portatori di messaggi ed interessi meschini, li fermeranno ponendo le premesse storiche della crisi presente.
L’Associazione Italiana Nucleare, sia lode al Presidente Minopoli che l’ha voluta, ha organizzato una celebrazione del centenario della nascita di quest’uomo: padre del nucleare in Italia, padre del CNRN, poi CNEN, oggi ENEA, e fra i padri della nazionalizzazione dell’Energia nell’ENEL. Padre anche della rivista Le Scienze, un tempo assai prestigiosa. Molti gli intervenuti il 9 dicembre: gremita la sala Capranichetta dell’Hotel Nazionale in Piazza Montecitorio, e diversi gli interventi di rilievo. Innanzitutto quello di Carlo Bernardini, che riportiamo qui nel seguito nella sua conclusione.
Belle le parole contenute nel messaggio del Presidente emerito Giorgio Napolitano. Relazioni storiche autorevolissime, da Giovanni Paoloni a Pietro Greco, e diversi testimoni delle vicende. Roberto Adinolfi, A.D. di Ansaldo Nucleare chiude il suo ragionamento aprendo al futuro: invocando il coraggio ed il gusto per le grandi sfide. Subito dopo Davide Tabarelli a richiamare la necessità degli arditi, di gettare il proprio cuore oltre l’ostacolo, Alessandro Ortis in un accorato intervento a stigmatizzare la situazione che ha provocato lo scollamento fra il Paese e la sua Scienza, e Davide Giusti a ricordare la responsabilità delle classi dirigenti politiche, ma anche tecniche, e a richiedere una giornata ancora dedicata ad Ippolito, ma interamente volta a presentare progetti nuovi, anche in condizioni embrionali: quindi l’annuncio del Presidente Minopoli della costituzione di una Fondazione intitolata allo scienziato ed uomo di Stato Italiano.
Ha chiuso i lavori Marco Simoni, consigliere economico della Presidenza del Consiglio, sollevando fra l’altro l’attenzione sui messaggi attualmente veicolati dal sistema scolastico e dalla stampa.
Nel fondo del fondo l’interrogativo con cui si chiude la riflessione di Carlo Bernardini:
perché, in tanti anni scrutando fra i miei studenti, mai vi ho ritrovato qualcuno che coltivasse in animo il connubio fra il lavoro individuale e l’interesse generale: un altro Ippolito? “Avendo io insegnato per tanti anni in un corso di laurea scientifico, mi sono guardato intorno per vedere, tra i miei studenti, se per caso ci fosse un futuro “Ippolito nascosto” che si manifestasse attraverso una curiosità particolare per l’interesse pubblico di ciò che andava studiando. Il mio cruccio sta nel dover riconoscere che negli anni ’50, detti non a caso della ricostruzione postbellica, c’erano tutti i presupposti perché i giovani si rendessero disponibili all’interesse pubblico; mi è sembrato però di dover riconoscere che la tipologia adatta a questa finalità fosse scomparsa: i giovani di oggi sono forse molto meno propensi a occuparsi di fruttuose collaborazioni e si chiudono molto di più nelle attività individuali. Rimugino continuamente su ciò che è sbagliato, da questo punto di vista, nei processi di educazione, formazione e identificazione di un lavoro promettente. Forse una tipologia impiegatizia, subordinata a modesti impegni individuali, ha preso il sopravvento; non saprei dire per colpa di chi. Dovremmo ripensare tutto ciò che riguarda l’educazione, la formazione, la storia degli impegni di lavoro e trarne le conseguenze. Mi pare però che ci sia sotto un problema di mentalità diffusa che la vicenda Ippolito dovrebbe smascherare e correggere: lo dico soprattutto per chi fa le scelte politiche e chiede al governo di portarci al bene comune“.
Nucleare e Ragione 
