Qualche chilo di Uranio per trasferirsi su Marte

di Martina Gallarati

Una missione spaziale è un viaggio unico nel suo genere, che per sua natura deve essere programmato nei minimi dettagli. Sonde inviate per indagare pianeti e corpi celesti lontani, satelliti che orbitano attorno alla terra per raccogliere dati, o navicelle che prevedono la presenza di un equipaggio per condurre ricerche e sperimentazioni: in ognuno di questi casi è necessario che ogni strumento scientifico funzioni correttamente…e che disponga di sufficiente energia elettrica per farlo!

Quando il Sole non basta.

Per alimentare gli strumenti e gli apparati di bordo in uso durante una missione spaziale, tipicamente si utilizzano grandi pannelli fotovoltaici, che convertono l’energia proveniente dai raggi solari in energia elettrica. In aggiunta a questi, sono sempre presenti dei sistemi di accumulo dell’energia prodotta, come ad esempio delle batterie, che alimentano la navicella quando i pannelli fotovoltaici non sono direttamente esposti ai raggi solari. Sappiamo tutti, però, che le batterie hanno un’autonomia limitata nel tempo e che prima o poi si scaricano: a chi di noi non è mai capitato che la batteria del cellulare o dell’auto si scaricasse nei momenti meno opportuni? Supponiamo quindi che la nostra sonda si trovi in una posizione per cui i raggi solari che vi incidono sono troppo deboli. In questo caso entreranno in gioco le batterie, che erogheranno energia elettrica finché anche loro non saranno più utilizzabili. A questo punto, la domanda sorge spontanea: gli scienziati hanno pensato ad un piano C? Naturalmente! La navicella può essere dotata di una massa variabile, a seconda degli utilizzi, di elementi radioattivi. La peculiarità di un elemento radioattivo è che incorre in un processo di decadimento che, tra i suoi effetti, ha anche quello di produrre calore. Questo è l’aspetto sul quale ci concentriamo: il calore prodotto dal decadimento può essere convertito in elettricità. L’indiscutibile vantaggio di questa tecnica è che produce energia continuativamente nel tempo, perché gli elementi radioattivi scelti per questa applicazione hanno una emivita molto lunga e si “consumano” molto lentamente. Questo significa che possono funzionare per tantissimi anni (più di una vita umana!) senza bisogno di alcun intervento di sostituzione o manutenzione, indipendentemente dalla presenza o assenza dell’esposizione ai raggi solari. Si capisce quindi perché l’implementazione di questi elementi radioattivi sia di fondamentale importanza: in questo modo si ha sempre a disposizione dell’energia durante una missione, anche quando i raggi solari sono schermati e le batterie scariche. Se poi immaginiamo che la sonda sia stata lanciata nello spazio per esplorare corpi celesti lontani, troppo distanti dal Sole, allora questa soluzione diventa automaticamente il piano A.

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Figura 1. I grandi pannelli fotovoltaici della Stazione Spaziale Internazionale. [NASA]

Dai decadimenti radioattivi all’elettricità

Sulla base di questo principio, sono stati realizzati diversi sistemi adatti all’utilizzo nello spazio. Tra questi, i più utilizzati sono senza dubbio i generatori termoelettrici a radioisotopi. Non lasciamoci intimorire dal nome complicato: il funzionamento è esattamente quello descritto precedentemente. Si tratta di dispositivi che contengono una massa di elementi radioattivi a vita lunga; il calore prodotto dal loro decadimento radioattivo viene continuativamente convertito in elettricità. Normalmente sono utilizzati a questo fine il Plutonio 238, l’Americio 241 e, in misura minore, il Polonio 210. Questi generatori sono stati ampiamente utilizzati durante le missioni spaziali. Per riportare solo un esempio, sono stati utilizzati 33 kg di ossido di Plutonio 238 per alimentare la sondadella missione spaziale Cassini-Huygens, una missione frutto della collaborazione tra NASA, ESA ed ASI e avente come oggetto lo studio di Saturno e del suo satellite Titano. I risultati scientifici raccolti durante questa missione stanno permettendo di approfondire la conoscenza della composizione e della struttura del sistema planetario di uno dei più complessi pianeti gassosi.

Riscaldamento nucleare

Una seconda classe di dispositivi è rappresentata dalle unità di riscaldamento a radioisotopi. Questi strumenti funzionano come quelli precedenti, l’unica differenza è che il calore prodotto dal decadimento non è convertito in elettricità bensì utilizzato direttamente. Più precisamente, il calore prodotto viene impiegato per tenere caldi gli strumenti scientifici, così da garantirne il corretto funzionamento. Anche di questo aspetto abbiamo sicuramente fatto esperienza: in inverno, quando fa particolarmente freddo, la batteria del cellulare ha vita molto breve e tende a scaricarsi rapidamente. Per mantenere gli strumenti utilizzati nello spazio alla loro temperatura operativa ideale possono essere sufficienti alcuni grammi di isotopo radioattivo, tipicamente quelli visti precedentemente. Per riportare un esempio di questa applicazione possiamo tornare indietro alla storica missione lunare Apollo 11 che portò l’uomo sulla Luna per la prima volta: il sismometro, posizionato sul Mare della Tranquillità per misurare eventi sismici lunari, era provvisto di alcuni grammi di Plutonio 238. Le unità di riscaldamento a radioisotopi hanno trovato applicazione specialmente sulla Luna, per via della sua fredda e lunga notte, della durata di due settimane.

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Figura 4. Buzz Aldrin trasporta due componenti importanti per l’acquisizione di alcuni dati lunari: il Passive Seismic Experiments Package (sismometro) a sinistra, e il Laser Ranging Retro-Reflector a destra. [NASA]

Centrali nucleari volanti.

Gli elementi radioattivi non sono gli unici strumenti di natura nucleare che si utilizzano per queste applicazioni. L’ultima categoria di dispositivi è rappresentata da veri e propri reattori nucleari, di dimensioni molto più compatte rispetto a quelli presenti sulla Terra. Il principio fisico che ne governa il funzionamento, tuttavia, è analogo: i reattori nucleari sono in grado di fornire elettricità convertendo il calore prodotto dalle reazioni di fissione dell’uranio. Rispetto al caso precedente, quindi, il calore è prodotto da reazioni nucleari sull’uranio anziché dal processo di decadimento. I piccoli reattori nucleari per la produzione di elettricità a bordo sono in grado di fornirne molta di più dei generatori a radioisotopi citati precedentemente e sono quindi pensati per scopi più ambiziosi. In questo senso, la NASA sta portando avanti un progetto di ricerca molto importante che mira alla realizzazione di Kilopower, un reattore nucleare piccolo e leggero, che dovrebbe contenere circa 44 kg di Uranio 235 e che sarebbe in grado di fornire continuativamente fino a 10 kW di potenza elettrica. Per avere un’idea, il reattore sarebbe in grado di alimentare diverse abitazioni medie per almeno 10 anni! Kilopower avrà il principale obiettivo di alimentare missioni di lunga durata con equipaggio sulla Luna, su Marte e verso altre destinazioni. L’utilizzo di 4 Kilopower potrebbe garantire la fornitura di potenza per alimentare un avamposto umano sulla Luna o su Marte.

La ricerca e lo sviluppo di soluzioni sempre più innovative fanno sì che il fondamentale contributo della fonte nucleare all’ambito spaziale sia senza dubbio destinato ad evolversi e a crescere. Nel frattempo, iniziamo a sognare una vacanza su Marte!

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Figura 5. Prototipo del reattore Kilopower, sviluppato presso il Glenn Research Centre della NASA. Il reattore è costituito da un nocciolo che ospita l’uranio in basso, dai condotti per il trasferimento del calore al centro e infine dai motori Stirling in alto. [NASA]
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Figura 6. Immagine futurista del network di reattori Kilopower che garantirebbero l’alimentazione di una postazione su Marte. [NASA]

Per saperne di più:

Immagini:

1. https://www.nasa.gov/archive/content/solar-arrays-on-the-international-space-station

2. https://www.jpl.nasa.gov/missions/cassini-huygens/

3. https://www.nasa.gov/directorates/heo/scan/images/history/December2004.html

4. https://www.nasa.gov/content/buzz-aldrin-deploys-apollo-11-experiments

5. https://aerospaceamerica.aiaa.org/departments/space-nuclear-power-seriously/

6. https://aerospaceamerica.aiaa.org/departments/space-nuclear-power-seriously/

Razzi Nucleari

di Pasquale Barbato

Dal momento in cui l’uomo ha compreso che nel nucleo atomico è contenuta una grande quantità di energia e che questa energia può essere recuperata e utilizzata, tante applicazioni sono state pensate e realizzate.

L’idea di sfruttare questa nuova fonte energetica per scopi propulsivi attirò da subito l’attenzione delle superpotenze, degli Stati Uniti in particolare, che misero in atto importanti piani di ricerca e sviluppo per dare vita a questa sconosciuta tipologia di tecnologie. Con questo spirito nel 1955 iniziò le prove in mare il Nautilus, capostipite di quella che senza dubbio è stata la più felice applicazione dei reattori propulsivi: la filiera dei sottomarini.

L’adattamento alle esigenze dell’aerospazio fu invece più complicato ed è bene, prima di addentrarci in questo mondo, fare un’importante premessa: nessun razzo nucleare termico costruito dall’uomo ha mai volato. Non che questo tolga dignità alle altre applicazioni che l’energia nucleare ha avuto nel settore spaziale: i generatori termoelettrici a radioisotopi hanno fornito energia elettrica a numerose missioni, a partire dalle missioni Apollo che hanno portato l’uomo sulla Luna. Quello di cui vogliamo parlare però è qualcosa di diverso, ovvero l’utilizzo di un piccolo reattore nucleare a fissione per riscaldare un fluido da espandere poi in un ugello ed espulso per fornire una spinta. Il principio è lo stesso di qualunque tipo di razzo (tecnicamente, endoreattore) che solitamente sfrutta una reazione chimica per produrre energia termica.

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Schema di funzionamento del motore nucleare

In questo schema è rappresentato un reattore nucleare adattato per il volo. In questo caso il fluido propulsivo è idrogeno che riceve energia direttamente dal reattore fungendo anche da refrigerante. È bene osservare che molti dispositivi non erano ancora tecnologicamente maturi a sufficienza quando, negli anni ’60, cominciarono i test su questi tipi di reattore. Per esempio, non erano disponibili turbopompe adeguate alle portate di idrogeno necessarie ad evitare la fusione del nocciolo.


Per capire l’interesse suscitato dall’alternativa nucleare basta considerare la cosiddetta velocità efficace di uscita, parametro che rappresenta la spinta per unità di portata di propellente. I più performanti endoreattori chimici a propellenti liquidi criogenici raggiungono velocità efficaci di 4500 m/s, mentre quella di un razzo nucleare è stimabile come almeno il doppio. D’altra parte, oltre alle varie problematiche tecniche, spedire oggetti nello spazio ha un costo, e questo costo lo si calcola in termini di peso. Dopo la Seconda guerra mondiale un reattore completo era così pesante che si dubitava di poter raggiungere un rapporto spinta/peso 1/1. Oggi si è arrivati ad ipotizzare rapporti di 7/1, ben lontani comunque dal 70/1 raggiungibile con un reattore chimico.

Nonostante questo, la costruzione di un razzo nucleare non è rimasta soltanto una fantasiosa idea come forse può apparire, al contrario: un motore nucleare è stato realizzato e preso in considerazione come stadio per il Saturn, il razzo che ha portato l’uomo sulla luna.

Il Progetto Rover

Gli Stati Uniti d’America lanciarono nel 1955 un programma per sviluppare un endoreattore nucleare termico sotto il nome di progetto ROVER affidandone la gestione alla Atomic Energy Commission (AEC) presso i laboratori di ricerca di Los Alamos (LASL). Quando nel 1958 venne fondata la NASA tutta la parte spaziale del progetto venne affidata a quest’ultima. Fu un problema manageriale non da poco la collaborazione di due grandi agenzie governative, a causa dell’impossibilità tecnica di separare lo sviluppo del reattore, affidato all’AEC, da quello del razzo vero e proprio, di cui si sarebbe dovuta occupare la NASA. Inizialmente si pensò di utilizzare questi endoreattori per la costruzione di missili intercontinentali, ma presto venne presa in considerazione la possibilità di sfruttarli come secondo stadio di una missione lunare e per un’eventuale missione su Marte.

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Il president John F. Kennedy in visita alla Nuclear Rocket Development Station

Nevada, 12 agosto 1962.

Per avere un’idea del clima che si respirava attorno al mondo nucleare, si leggano le parole di Kennedy al Congresso americano nel maggio del ‘61:

“I therefore ask the Congress, above and beyond the increases I have earlier requested for space activities, to provide the funds which are needed to meet the following national goals:
First, I believe that this nation should commit itself to achieving the goal, before this decade is out, of landing a man on the Moon and returning him safely to the Earth…
Secondly, …accelerate development of the Rover nuclear rocket. This gives promise of someday providing a means for even more exciting and ambitious exploration of space, perhaps beyond the Moon, perhaps to the very end of the solar system itself.
Third, … accelerating the use of space satellites for world-wide communications. “

Dei tre obiettivi, il primo e il terzo sono stati raggiunti con un impatto all’epoca inimmaginabile sulla vita di ognuno, mentre il secondo resta ancora da perseguire.


Il progetto si esplicitò in quattro segmenti principali: KIWI, NERVA, PHOEBUS e RIFT.

Il progetto KIWI fu un programma di ricerca in cui vennero sviluppati reattori non volanti (kiwi è il nome di una specie di uccello che non vola) al fine di sperimentare reattori alimentati ad idrogeno. Il KIWI A1 è stato il primo ad essere acceso nel luglio del 1959 e consisteva in una pila di piastre di ossido di uranio nella quale veniva fatto passare l’idrogeno. Il sistema era in grado di generare 70 MW di potenza. Dimostrata la fattibilità dell’idea, si lavorò sulla composizione del combustibile. I reattori della serie KIWI B erano alimentati da piccole sfere di biossido di uranio in una matrice di boro-grafite nella forma ormai riconoscibile di una barra di combustibile nella quale erano praticati dei fori per il passaggio dell’idrogeno.

A sinistra:
KIWI-A in transito prima di essere testato
Los Alamos, giugno 1960.

“A test device for our own education in order to get us the first information on an integral system which has some of the characteristics which we are looking for in actual propulsion engines. The relationship between this and a flyable device is pretty tenuous.” -Dr. Raemer E. Schreiber, responsabile del programma ROVER.

Da queste parole emerge tutta la difficoltà dell’impresa: costruire qualcosa di tecnologicamente avanzato e completamente nuovo. Nonostante gli enormi progressi fatti in meno di quindici anni non si riuscirà mai a coprire la distanza tra il reattore sperimentale e il mezzo volante.

A destra:
Esplosione di un motore KIWI
Nuclear Rocket Development Station in Jackass Flats, Nevada, gennaio 1965.

Tra i vari test effettuati un motore KIWI venne fatto esplodere dagli scienziati attraverso un improvviso aumento di potenza. L’esperimento dimostrò che un eventuale caduta da grandi altezze non avrebbe comportato rilascio di materiale fissile.


Il sottoprogramma PHOEBUS, al quale il LASL lavorò nel periodo 1965-1968 portò alla produzione di reattori molto più grandi migliorati soprattutto dal punto di vista dei materiali grazie alla cooperazione con il centro di ricerche dell’Argonne National Laboratory, che portò ad un più efficiente utilizzo della grafite e all’introduzione del rivestimento delle barre. Tre reattori videro la luce dei test, l’ultimo dei quali generò una spinta di 890000 N e una potenza di 4200 MW, per una durata di 12 minuti.

Il progetto NERVA iniziò nel 1961 con l’obiettivo dichiarato di costruire un reattore nucleare implementabile su un veicolo volante (NERVA è l’acronimo di Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications) in grado di produrre una spinta di 890000 – 1112500 N, obiettivo che nel 1968 venne ridimensionato per esigenze di budget. Sfruttando l’esperienza acquisita con i reattori KIWI, negli anni compresi tra il 1964 e il 1968 numerosi test vennero condotti risolvendo diverse problematiche e dimostrando la completa fattibilità del veicolo nucleare. Purtroppo però era troppo tardi. Nel frattempo il mondo era cambiato e con esso gli interessi del governo americano che, impegnato nella guerra in Vietnam, cancellò nei primi anni ‘70 molti programmi della NASA, progetto NERVA compreso.

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Foto del razzo NERVA

L’ultimo segmento del programma, denominato RIFT (Reactor In-Flight Test), prevedeva la costruzione di un veicolo sul quale alloggiare il motore NERVA. Nel 1961 alla NASA, che era la sola responsabile di questo progetto, erano in molti a pensare che il vettore Saturn in grado di portare l’uomo sulla luna dovesse prevedere uno stadio nucleare. In particolare si pensò di sostituire lo stadio S-IVB proprio con il RIFT, quando il motore NERVA fosse stato giudicato pronto per il volo. Venne pertanto affidata alla Lockheed la costruzione di uno stadio di 10.06 m di diametro, pesante 19958 kg e in grado di trasportarne altri 70762. Questo progetto tuttavia non vide mai la luce del sole: già nel 1963 venne rinviato a causa di due incidenti di espulsione del combustibile durante le prove del KIWI B4A e KIWI B1B, per poi venir cancellato definitivamente.

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Cronologia dei test effettuati nell’ambito del programma ROVER

Il progetto ROVER non fu l’unica strada intrapresa. Gli Stati Uniti lavorarono parallelamente ad altri progetti, alcuni dei quali videro la luce mentre altri non trovarono le condizioni adatte per arrivare ai banchi di prova.

Tra questi vanno ricordati il progetto Orione, precedente al Rover, nel quale voleva essere implementata la propulsione nucleare a impulso (il razzo doveva essere spinto da vere e proprie piccole bombe atomiche espulse nel vuoto – il progetto venne abbandonato proprio per motivi di natura etica); il progetto Dedalo, che sfruttando la fusione nucleare potrebbe raggiungere un decimo della velocità della luce; il Progetto Longshot; VISTA; Medusa; Mag Orion e Mini Mag Orion. Con questi ultimi siamo arrivati ai primi anni duemila ed è evidente che ancora oggi l’idea che il nucleare possa portare l’uomo in giro nello spazio resta attuale.

NERVA non ha mai volato. Dagli anni ’60 ad oggi molta strada è stata fatta ed impensabili avanzamenti tecnologici hanno rivoluzionato il mondo e ampliato considerevolmente le possibilità di esplorazione spaziale. Il nucleare come fonte di energia propulsiva era una strada praticabile già all’epoca del progetto Rover e a maggior ragione è praticabile oggi. Una strada praticabile, sì, ma impervia. Il ridotto retroterra tecnologico rende spesso sconveniente anche solo pensare a un programma che porti al lancio di un reattore, considerando i costi esorbitanti dell’industria spaziale. Nonostante questo i benefici che se ne trarrebbero potrebbero essere, a detta di molti, ancora più grandi. I limiti intrinseci dei reattori chimici rendono alquanto difficile sperare che un giorno l’uomo possa esplorare il sistema solare senza un netto passo in avanti nel sistema propulsivo e l’idea di veicoli pluristadio in grado di sfruttare la più sicura energia chimica in atmosfera e quella nucleare nel vuoto dello spazio potrebbe avvicinare considerevolmente mete ora lontane.

La realtà però è diversa e sembra che, almeno per adesso, questa idea debba restare con i piedi per terra. Come il kiwi, l’uccello incapace di volare.

Fonti e approfondimenti

Per le generalità sul funzionamento degli endoreattori e delle applicazioni nucleari, si rimanda a

Informazioni sul progetto ROVER sono disponibili in

In particolare, si rimanda al seguente autore per l’elenco completo dei test eseguiti nell’ambito del progetto

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Tre Sistemi Avanzati di reattori da tenere d’occhio per il 2030

[traduzione dell’articolo pubblicato originariamente sul sito del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti]

Fate largo, millennials: sta arrivando una nuova generazione, e farà la sua prima apparizione entro il 2030.

I reattori nucleari di IV generazione sono in fase di sviluppo attraverso una cooperazione internazionale di 14 nazioni, inclusi gli Stati Uniti [1].

Il Dipartimento di Energia degli Stati Uniti ed i suoi laboratori nazionali stanno supportando la ricerca e lo sviluppo di un’ampia gamma di nuove tecnologie avanzate per i reattori, che potrebbero rappresentare una svolta per l’industria nucleare. Questi sistemi innovativi saranno più puliti, più sicuri e più efficienti rispetto alle generazioni precedenti.

Curiosi?

Ecco tre dei progetti su cui stiamo attualmente lavorando con partner del settore per aiutare a soddisfare le nostre future esigenze energetiche in modo competitivo in termini di costi.

Reattore veloce raffreddato a sodio

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Figura 1 Gli SFR sono progettati per la gestione di rifiuti ad alto livello di radioattività e, in particolare, per la gestione del plutonio e di altri attinidi. Idaho National Laboratory

Il reattore veloce raffreddato a sodio (SFR, dall’inglese “Sodium-cooled Fast Reactor”) usa metallo liquido (sodio) come refrigerante invece dell’acqua che viene normalmente utilizzata nelle centrali elettriche commerciali statunitensi. Ciò consente al liquido di raffreddamento di funzionare a temperature più elevate e a pressioni molto minori rispetto ai reattori attuali, migliorando l’efficienza e la sicurezza del sistema.

L’SFR utilizza anche uno spettro di neutroni veloce, il che significa che i neutroni possono causare fissione senza essere prima rallentati come nei reattori attuali. Ciò potrebbe consentire agli SFR di utilizzare sia materiale fissile che combustibile esaurito dagli attuali reattori per produrre elettricità.

Reattore ad altissima temperatura

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Figura 2 I VHTR offrono una vasta gamma di applicazioni per il calore di processo e una possibilità di produzione di elettricità ad alta efficienza. Idaho National Laboratory.

Il reattore ad altissima temperatura (VHTR dall’inglese “Very High Temperature Reactor”) è raffreddato da un afflusso di gas ed è progettato per funzionare a temperature elevate, producendo elettricità in modo estremamente efficiente. Il gas ad alta temperatura potrebbe anche essere utilizzato in processi ad alta intensità energetica che attualmente si basano su combustibili fossili, come produzione di idrogeno, dissalazione, teleriscaldamento, raffinazione del petrolio e produzione di ammoniaca. I reattori ad altissima temperatura offrono notevoli caratteristiche di sicurezza e possono essere facili da costruire e convenienti da mantenere.

Reattore a sali fusi

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Figura 3 I MSR hanno un ciclo di carburante chiuso che può essere personalizzato per un’efficiente combustione di plutonio e attinidi minori. Idaho National Laboratory

I reattori a sale fuso (MSR dall’inglese “Molten Salt Reactor”) usano fluoro fuso o sali di cloruro come refrigerante. Il refrigerante può fluire su combustibile solido come in altri reattori oppure i materiali fissili possono essere disciolti direttamente nel refrigerante primario in modo che la fissione riscaldi direttamente il sale.

Gli MSR sono progettati per utilizzare meno carburante e produrre rifiuti radioattivi di più breve durata rispetto ad altri tipi di reattori. Hanno il potenziale per cambiare in modo significativo la sicurezza e i costi della produzione di energia nucleare processando carburante in tempo reale, rimuovendo prodotti di scarto e aggiungendo carburante fresco senza lunghe interruzioni di rifornimento.

Il loro funzionamento può essere adattato per ottenere un’efficace combustione di plutonio e attinidi minori, cosa che potrebbe consentire agli MSR di consumare rifiuti nucleari prodotti da altri reattori.

Il sistema può essere utilizzato anche per la produzione di elettricità o idrogeno.

Note e riferimenti:

[1]L’Italia partecipa al consorzio in quanto membro della Comunità europea dell’energia atomica (Euratom).

Reattori veloci raffreddati al sodio:

https://factsheets.inl.gov/FactSheets/sodium-cooled-fast-reactor.pdf

Reattori ad altissima temperatura:

https://factsheets.inl.gov/FactSheets/very-high-temperature-reactor.pdf

Reattori a sali fusi:
https://factsheets.inl.gov/FactSheets/molten-salt-reactor.pdf

Mi illumino meglio

Nucleare e Ragione

Nell’Africa sub-sahariana oltre 700 milioni di persone fanno esclusivo affidamento sulla combustione di biomasse (100% rinnovabili) per soddisfare i loro bisogni energetici. Oltre 600 milioni di persone non hanno accesso all’elettricità.
A livello mondiale, oltre un miliardo di persone non ha accesso all’elettricità e più di 2 miliardi e mezzo di persone non hanno accesso a energia sicura e non inquinante per cucinare (fonte iea.org).
 
Loro si illuminano di meno, a noi la responsabilità di illuminarli ed illuminarci meglio.
milluminomeglioCNeR2.001

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Il prof. Ricci socio onorario del CNeR

[Fisico di fama internazionale, alfiere del nucleare in Italia, da sempre in prima linea per la libertà e la dignità della scienza]

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Il Consiglio Direttivo del Comitato Nucleare e Ragione ha conferito la qualifica di Socio Onorario al Prof. Renato Angelo Ricci, da tempo membro del nostro sodalizio e già Presidente Onorario della Società Italiana di Fisica, dell’Associazione Italiana Nucleare e Presidente dell’Associazione Galileo 2001 per la dignità e la libertà della scienza.

Il professor Ricci vanta oltre 300 pubblicazioni nel campo della fisica nucleare fondamentale ed un’instancabile attività divulgativa nel campo scientifico, con particolare riferimento all’uso civile della tecnologia nucleare. E’ socio del Comitato Nucleare e Ragione dal maggio 2013, a seguito dei contatti avuti durante la battaglia politica sostenuta per la convocazione di una Conferenza Nazionale sull’Energia [1], di cui fu convinto sostenitore. Malgrado i suoi numerosissimi impegni, ha sempre seguito con attiva partecipazione la vita sociale del Comitato, contribuendo anche con propri scritti al nostro blog [2].

Il conferimento della qualifica di Socio Onorario – reso possibile da una recente modifica statutaria – è il segno della nostra sentita riconoscenza per l’attività da lui svolta.

Il professor Ricci ha ringraziato in una nota scritta il presidente Totaro per il riconoscimento, augurandosi di poter ancora contribuire al raggiungimento dei nostri comuni obiettivi.

Chi volesse conoscere meglio la figura del prof. Ricci può leggere la sua intervista

rilasciata alla rivista 21esimo Secolo in occasione del suo novantesimo compleanno.

 

Note:

[1]          https://conferenzaenergia.wordpress.com

[2]          https://nucleareeragione.org/2015/04/10/giorgio-salvini-la-civilta-della-scienza/

A dead end pathway to decarbonization

[New released EU long-term strategy fails to understand pivotal role of nuclear power]

Several eyes-opening events happened worldwide recently: a new IPCC report that grudgingly admitted that in order to limit global temperature warming to 1.5°C nuclear power must play an increasingly important role; the first ever mass public event in favor of nuclear power, the Nuclear Pride Fest held in Munich on October 21st [1]; clear political signals sent by Netherland and Poland and, on top, from the pro-nuclear referendum outcome in Taiwan.

After all that we would have expected the European institutions to show more acumen.

And yet, the new long-term strategy to reduce carbon emissions, presented to the press on November 28th and depicting 8 different scenarios to a deep decarbonization (ranging from 80% to 100% emission reduction), does not shows any novelty and relegate nuclear power to an ancillary role of renewables and natural gas.

If the flattening words with which nuclear power is depicted through the main document – zero-carbon power source and a backbone of EU power generation – may have boosted the self esteem of the European nuclear industry, the reality of the numbers envisioned for the European energy mix at 2050 surely fall short to anybody that take climate change threat and the decarbonization challenge seriously.

Substantially, the plan just reaffirms the roadmap that has been already traced by previous energy policies, raising the level of projected emissions reduction through the combination of electrification, efficiency and… more renewables, with a side of ancillary assumptions about storage and hydrogen production, carbon sequestration, waste recycling and diet changes that are way to unaccountable to be even commented.

What – sadly – all scenarios have in common is the overall reduction of nuclear power capacity to values that range between 99 and 121 GW (it was 122 GW in 2015). This is at odds with the estimates made by the same ICTP report, that sees a global increase in nuclear capacity in its 1.5°C scenarios, the same scenarios the EU pathway claim to acknowledge as a wake-up call [2], and at odds with all the nice words spent on nuclear power through the document.

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Fig. 1       Power generation capacity by source as projected at 2050 through 8 different scenarios. The share of nuclear power is substantially the same in all scenarios, comparable or even lower than fossil fuels share.

Overall, all the scenarios “spectacularly” (this the term used many times through the document, proof of its technological neutrality) increase the share of wind and solar, even reducing to a marginal share hydroelectric and biomasses that today constitute the backbone of EU renewable generation and the sole sources that offer some degree of reliability against the intermittency of solar and wind. Even futuristic technologies, like biomass and fossil production with carbon capture (BECCS and Fossil Fuel CCS in fig. 1) find an appreciable role in some of the scenarios. How should not only coal, but also natural gas go out of the scene with massive wind and solar production while facts have – up today – proven the contrary, is most likely encrypted in the fairy-tale ancillary assumptions mentioned before. First and foremost, a more than spectacular (now the adjective is ours, nda) increase in storage capacity: basically infinite growth for batteries and hydrogen storage with respect to present (fig.2).

Cherry on the top of your cake, as a result of massive electrification most of the scenarios predict a twofold or threefold increase in energy generation capacity.

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Fig. 2       Electricity storage and new fuel production capacities at 2050.

In conclusion, the eight scenarios presented by the European Commission as a pathway to deep decarbonization are basically the same scenario that led Germany’s Energiewende [3] to increased electricity costs and stagnant emission that will most likely cause the country to fail the decarbonization target set for 2020. A scenario built, as most of EU energy policies to indiscriminately push the growth of solar and wind power regardless of any other – possibly more effective and more cost effective – option on the table [4]. This scenario is the nightmare in which nuclear European advocates like us woke up today, after dreaming of a nuclear renaissance based on recent global trends. But we do not give up, and we are more determined than ever to bring to the public attention the pivotal role of nuclear power in a transition to clean energy future. The graph below (fig. 3) shows that indeed it is a hard task that we must undertake, for the sake of Europe and of the Planet.

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Fig. 3       Stakeholders consultation results about the role of different technologies in the Clean Energy Transition (1=not important; 5=important).

Note:

[1]          See our article: Il nucleare in Europa potrebbe ripartire da Monaco (in Italian) or the page https://nuclearpridefest.org

[2]          Quote from the EU Commission press release: “In October, the IPCC special report on 1.5°C made it clear that emissions need to be reduced with far more urgency than previously anticipated and that limiting climate change to 1.5°C is necessary to reduce the likelihood of extreme weather events. This has been a wake-up call.” The full press release available here (last accessed November 29th, 2018).

[3]          Our articles about Energiewende (in Italian):

07/11/2016         La lignite del vicino è sempre più verde

20/12/2016         La vittoria di Pirro delle rinnovabili tedesche

23/02/2017         Energiewende dove vai?

11/01/2018         Sacrificati sull’altare del carbone

[4].       For what concerns Italy, we analyzed in a recent scientific paper the potential contribution of the nuclear source to deep decarbonization of the electric sector as opposed to the sole use of wind and solar, also in terms of reliability and land-use: Errani, P., Totaro, P., & Brandmayr, E. Nuclear Power In Italy: Lost And Potential Role In Decarbonizing The Electric System.

 

 

 

Il vicolo cieco della decarbonizzazione

[L’ultimissima strategia europea a lungo termine continua a sottovalutare il ruolo dell’energia nucleare]

 Di recente abbiamo assistito a numerosi eventi illuminanti: un nuovo rapporto IPCC  che ob torto collo ammette il ruolo essenziale dell’energia nucleare nella mitigazione del cambiamento climatico; la prima manifestazione nella storia a favore dell’energia nucleare, il Nuclear Pride Fest tenutosi a Monaco lo scorso 21 ottobre [1]; i chiari segnali politici inviati da Paesi Bassi e Polonia e, soprattutto, dal risultato pro nucleare del referendum a Taiwan.

Dopo tutto ciò era lecito aspettarsi maggior acume da parte delle istituzioni europee.

Invece, la nuova strategia di lungo termine per la riduzione delle emissioni, presentata il 28 novembre alla stampa e che traccia 8 possibili scenari verso una incisiva decarbonizzazione (tra l’80% e il 100% di riduzione delle emissioni), non contiene alcuna novità, continuando a relegare il nucleare ad ancella di rinnovabili e gas naturale.

Se alcuni apprezzamenti verbali profusi nel documento verso la fonte nucleare – descritta come energia a zero emissioni e spina dorsale della produzione attuale – hanno fatto gongolare i rappresentanti dell’industria nucleare europea, la realtà numerica del mix energetico auspicato per il 2050 appare di certo inadeguata a chiunque abbia seriamente a cuore le sfide della decarbonizzazione e della mitigazione del cambiamento climatico.

Sostanzialmente il piano si muove nel solco tracciato dalla precedente politica energetica, rilanciando nuovi e più ambiziosi traguardi di riduzione delle emissioni tramite il consueto mix di maggiore elettrificazione, efficienza e… rinnovabili, con un contorno di assunti riguardo stoccaggio e produzione di idrogeno, riciclo dei rifiuti e modifica del regime alimentare talmente speculativi da non potersi commentare.

Il triste punto comune di tutti gli scenari è la riduzione della capacità nucleare installata a valori compresi tra 99 e 121 GW (erano 122 GW nel 2015). Una previsione (o auspicio?) a smentita delle belle parole profuse nel documento a favore del nucleare e certamente in controtendenza rispetto agli scenari del recente rapporto IPCC – al quale la nuova strategia enfaticamente si richiama[2] – che vedono un aumento marcato a scala globale della capacità nucleare.

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Fig. 1       Capacità elettrica installata per fonte al 2050 negli 8 scenari considerati. La quota di nucleare è sostanzialmente uguale in tutti gli scenari, comparabile o persino inferiore a quella dei combustibili fossili.

Nel complesso, tutti gli scenari prevedono uno “spettacolare” (questo il termine più volte usato nel documento, a riprova della neutralità tecnologica dell’approccio) aumento di solare ed eolico, tanto da ridurre a marginale il contributo di biomasse e idroelettrico, oggi spina dorsale della produzione rinnovabile europea e sole fonti rinnovabili con un certo grado di affidabilità contro l’intermittenza di sole e vento. Persino tecnologie futuribili, quali biomasse e combustibili fossili con meccanismi di cattura delle emissioni (BECCS e Fossil Fuel CCS in fig. 1) ricoprono un ruolo apprezzabile negli scenari. Come possa tale incremento di solare ed eolico far uscire di scena non solo il carbone ma anche il gas naturale – ad oggi la crescita di queste rinnovabili è andata di pari passo con la crescita del gas naturale – è un mistero racchiuso molto probabilmente nei fantasiosi assunti al contorno menzionati sopra. Primo fra tutti, un fantasmagorico incremento (ora l’aggettivo è nostro, nda) nelle capacità di stoccaggio: una crescita sostanzialmente infinita, rispetto al presente, di produzione di idrogeno e capacità di stoccaggio tramite batterie (fig.2).

Ciliegina sulla torta, gran parte degli scenari prevedono al 2050 una generazione elettrica duplicata o triplicata rispetto ad oggi, come effetto della maggiore elettrificazione.

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Fig. 2       Capacità di stoccaggio elettrico e nuovi combustibili al 2050.

In conclusione, gli otto scenari, presentati dalla Commissione Europea come nuovo percorso verso la decarbonizzazione, altro non sono che lo stesso scenario che ha portato la Energiewende tedesca[3] a maggiori costi in bolletta e emissioni stagnanti, dato quest’ultimo che probabilmente causerà il fallimento degli obiettivi di riduzione delle emissioni sottoscritti dalla Germania per il 2020. Uno scenario costruito – come tutta la politica energetica europea – per sostenere indiscriminatamente solare ed eolico a discapito di ogni opzione alternativa, fosse anche più efficiente e meno costosa[4].

Dopo gli eventi che avevano fatto sognare un rinascimento nucleare a scala globale, questo è lo scenario da incubo in cui i promotori della fonte nucleare in Europa si sono risvegliati oggi. Noi però non desistiamo e siamo più determinati che mai nel portare a conoscenza dell’opinione pubblica il ruolo fondamentale del nucleare nella transizione ad energia pulita. Il grafico in basso (fig. 3) certo dimostra che si tratta di un compito arduo, da intraprendere per il bene dell’Europa e del pianeta tutto.

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Fig. 3       Risultati di una consultazione pubblica in merito al ruolo delle diverse tecnologie nella transizione verso l’energia pulita (1=non importante; 5=importante).

Note:

[1]          Si veda: Il nucleare in Europa potrebbe ripartire da Monaco o la pagina https://nuclearpridefest.org

[2]          Citiamo dal comunicato stampa: “In October, the IPCC special report on 1.5°C made it clear that emissions need to be reduced with far more urgency than previously anticipated and that limiting climate change to 1.5°C is necessary to reduce the likelihood of extreme weather events. This has been a wake-up call.” L’intero comunicato è accessibile qui (ultimo accesso 29 novembre 2018).

[3]          I nostri articoli sulla Energiewende:

07/11/2016         La lignite del vicino è sempre più verde

20/12/2016         La vittoria di Pirro delle rinnovabili tedesche

23/02/2017         Energiewende dove vai?

11/01/2018         Sacrificati sull’altare del carbone

[4].       Abbiamo analizzato in un recente lavoro scientifico le potenzialità della fonte nucleare in Italia per il raggiungimento di una decarbonizzazione profonda, confrontando alcuni impatti economici e ambientali qualora lo stesso obiettivo fosse perseguito soltanto con solare ed eolico: Errani, P., Totaro, P., & Brandmayr, E. Nuclear Power In Italy: Lost And Potential Role In Decarbonizing The Electric System.

 

 

 

Comunicato Stampa: Successo del primo Nuclear Day a Krško (Slovenia)

L’evento odierno, organizzato dal Comitato Nucleare e Ragione (CNeR) sotto il patrocinio della Regione Friuli Venezia Giulia, ha visto partecipanti da Italia, Slovenia, Croazia e Austria.

 

Si è svolta oggi a Krško (Slovenia) la prima giornata di approfondimento dedicata all’energia da fonte nucleare denominata Nuclear Day, un’occasione per il pubblico per fare il punto sullo stato di una delle tecnologie energetiche più discusse, ma – come sottolineato dal recente rapporto dell’Intergovernmental Panel on Climate Change – sempre più imprescindibile per il raggiungimento degli obiettivi di mitigazione del cambiamento climatico di origine antropica.

La giornata si è aperta con la visita alla centrale nucleare di Krško cui hanno preso parte 30 partecipanti (questo il limite massimo ammesso per le visite), mentre coloro che non sono potuti rientrare in questo numero hanno potuto visitare il vicino museo “The World of Energy”, esposizione che anch’essa dedica largo spazio alla tecnologia nucleare.

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La sessione pomeridiana, svoltasi nell’amena cornice del ristorante-albergo “Tri Lucke“, si è aperta con un rinfresco di benvenuto ed è proseguita con un workshop aperto dall’intervento del Sindaco di Krsko, Miran Stanko, incentrato sul processo d’individuazione del deposito cittadino dei rifiuti nucleari a bassa e media radioattività. A seguire Pierluigi Totaro, Presidente del CNeR, ha presentato un lavoro sul ruolo mancato del nucleare in Italia e sulle prospettive future dell’impiego di questa fonte di energia per decarbonizzare il sistema elettrico. Infine ancora un occhio alla Slovenia, padrona di casa, con due interventi sullo stato attuale dell’energia nucleare nel Paese e sui progetti futuri, tra i quali il raddoppio della centrale di Krško, a cura di rappresentanti di GEN Energija e Nuklearna elektrarna Krško (società che gestisce la centrale di Krško, ndr).

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Tadeja Polach, presidente della sezione giovanile dell’Associazione Nucleare Slovena, ha rivolto un saluto ai partecipanti, in maggioranza giovani e studenti universitari.

Il grande interesse dei giovani – accorsi da tutto il Nord Italia e dai Paesi confinanti la Slovenia, riferisce Totaro – è per noi motivo di grande soddisfazione e fa ben sperare in merito alle prospettive future dell’energia nucleare, che è stata in passato sotto la lente dell’opinione pubblica più per i rari incidenti che per il suo contributo quotidiano di elettricità affidabile, sicura e priva di emissioni inquinanti e clima-alteranti.

Il CNeR ha in passato organizzato sette visite alla centrale di Krško, la più recente nel settembre 2017, rivolta ai membri del Consiglio regionale del Friuli Venezia Giulia. I promotori auspicano di rendere il Nuclear Day un appuntamento annuale per far conoscere da vicino ad un pubblico sempre più vasto questa affascinante tecnologia.

Il nucleare è morto, lunga vita al nucleare!

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Qualcosa di nuovo sul fronte occidentale.

Fa scalpore un rapporto del Massachusetts Institute of Technology [1] redatto in collaborazione con esperti dell’Idaho National Laboratory e dell’Università del Wisconsin. Fresco di stampa e denso di significato, dipinge coi numeri un quadro reale che nelle menti di molti era già chiaro da tempo: data la crescente domanda energetica a livello globale, non esiste alcuno scenario di trasformazione dell’offerta energetica sostenibile senza un adeguato ruolo della produzione elettronucleare.

Questa notizia potrebbe avere anche una valenza politica, se trovasse l’humus giusto dove eventuali evidenze scientifiche possano attecchire per dare frutti economici.

Oggi è l’Oriente a trainare il settore nucleare e lo dimostrano anche i risultati dell’anno in corso: 5 nuove unità nucleari allacciate alla rete elettrica in Cina, 2 in Russia; avvio della costruzione di 3 nuove unità, 1 in Russia, 1 in Turchia ed 1 in Bangladesh; 4 reattori riattivati in Giappone. La potenza installata a livello globale è a un passo dai 400 GWe[2]. E presto ci saranno altre novità.

Ma per un cambio di paradigma, diciamo così, bisogna che l’Occidente non stia a guardare.

In attesa di ulteriori sviluppi, per tutti, ma soprattutto per quelli che continuano a dare per spacciato “il nucleare”, lasciamo una breve riflessione:

Immaginate un mondo dove l’impronta dell’attività umana si armonizzi con l’ambiente naturale, dove macchine e strutture si inseriscono delicatamente nel mosaico paesaggistico senza violarne la bellezza, bensì accrescendola.

Immaginate un mondo dove la libertà umana non sia sovrastata dalle angustie dell’insicurezza energetica, dove la percezione della scarsità delle risorse non sia alterata da manipolazioni ideologiche, dove le disponibilità di materiali e di soluzioni tecniche non siano artificiosamente escluse dagli scambi economici.

Immaginate un mondo dove i più deboli non siano lasciati soccombere a causa di carenze forzate, dove chi vuole emergere da condizioni svantaggiose non sia costretto a lasciare la propria terra.

Immaginate un mondo dove i medesimi standard di produzione e di tutela della salute e dell’ambiente sono applicati ad ogni filiera dell’industria umana, in ogni suo passaggio, dalla culla alla tomba.

Immaginate un mondo dove vi sia energia pulita e sicura ovunque per sostenere e curare la vita e le aspirazioni di maggiore benessere delle generazioni presenti e future.

Solo una folle fantasia?
Noi crediamo che questo mondo da noi immaginato sia realmente possibile, e che l’impiego pacifico dell’energia nucleare possa in esso dare un contributo significativo.

Note

[1] The Future of Nuclear Energy in a Carbon-Constrained World http://energy.mit.edu/research/future-nuclear-energy-carbon-constrained-world/

[2] Fonte: PRIS https://pris.iaea.org/pris/

Il Bosco coltivato ad Arte – IV edizione

Segnaliamo questa interessante iniziativa

Conferenza Nazionale sull'Energia

Il workshop “Il Bosco coltivato ad Arte“, giunto alla IV Edizione, avrà luogo questo venerdì 18 maggio presso il Palazzo Rasponi dalle Teste a Ravenna, durante la manifestazione “Fare i Conti con l’Ambiente”.
Riprendendo il discorso delle precedenti edizioni, anche in questa occasione si parlerà di Energia, con un focus particolare sul rapporto tra uomo e natura, tra ambienti selvatici e antropizzati.

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Questa la scaletta di interventi:

Bionomia ed ecologia del paesaggio: per sovvertire un paradigma liso ed ingenuo

Davide Giusti [ENEA]

La difesa del paesaggio nel nostro ordinamento

Liliana Zambotti [Unione Bolognese Naturalisti]

Paesaggio: uno spazio per la biodiversità

Carlo Ferrari [Presidente Pro Montibus et Sylvis]

Quando l’ospite diventa invadente – le specie aliene

Daniela Pinato [Veterinario, Ekoclub International]

L’energia verde è quella che non si vede?

Paolo Errani [Fisico, ANFeA]

Ricordare il futuro

Ariella Sokol [Architetto]

Per prenotazioni e informazioni:http://www.labelab.it/ravenna2018/eventi/workshop-s-il-bosco-coltivato-ad-arte-iv-edizione-progettazione-degli-ambienti-e-nuove-opportunita-per-la-vita-selvatica/

ravenna2018_3.jpgPaesaggio antropico e selvatico

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