Il nucleare a confronto con altre forme di energia

Quasi tutto ciò che ci circonda e di cui facciamo uso quotidianamente, senza nemmeno rendercene conto, necessita di ENERGIA per funzionare. Il nostro stesso corpo ne necessita. Per ottenere energia, si bruciano sostanze: gli uomini usano cibo (zuccheri, grassi), gli aerei kerosene, il tostapane elettricità che viene prodotta altrove bruciando qualcosa.

Quando un paese aumenta i suoi consumi energetici, questo è segno di crescita: se vogliamo mettere su muscoli, necessariamente dovremo mangiare di più. Servono quindi più sostanze da bruciare per produrla.

Le centrali a carbone e gas bruciano composti a base di carbonio, che viene poi rilasciato in atmosfera sotto forma di CO2. Le fonti rinnovabili apparentemente non bruciano nulla: questo perché sfruttano gli effetti terrestri delle reazioni nucleari che hanno luogo nel sole. Le centrali nucleari usano uranio, con un tipo diverso di reazioni nucleari rispetto a quelle che avvengono nel sole.  I differenti combustibili portano ad avere per ogni fonte diverse caratteristiche, di cui la principale è la quantità di carbonio emessa per unità di energia (kWh), il “fattore di capacità” (ovvero il rapporto tra energia generata e energia massima generabile), il costo per unità di energia e la densità di energia (materiale utilizzato per produrre un’unità di energia).

Procurarsi l’energia di cui abbiamo bisogno non è semplice: il sole non brilla sempre, il vento non soffia sempre, una centrale ha bisogno di essere manutenuta. Inoltre, il bisogno di elettricità non è costante: la maggior parte delle attività si svolgono di giorno (uffici, trasporti pubblici, scuole, condizionatori, riscaldamento…) e si hanno quindi grandi variazioni nella potenza richiesta. Al “carico di base” (l’energia che serve ad un paese per tutti quei servizi che devono funzionare sempre, come ospedali, ferrovie, internet, acciaierie, illuminazione…) un paese risponde con l’energia fornita da centrali a carbone o nucleari, perché manovrarne la potenza richiede tempi lunghi e le prestazioni migliori si ottengono non manovrandole affatto. Possiamo immaginarle come dei “maratoneti” nel campo dell’energia. Resta il problema dei picchi d’uso durante la giornata, per i quali generalmente vengono utilizzate turbine a gas e rinnovabili (sprinter).  Per cui solo un mix di fonti energetico ben strutturato ed eterogeneo è in grado di coprire i fabbisogni di un paese.

Per fare un confronto tra le varie fonti energetiche, un caso paradigmatico è la Germania, paese che si è fatto della lotta al cambiamento climatico e leader nella produzione di energia da fonti rinnovabili, spendendo negli ultimi 20 anni 300 miliardi di euro in sussidi all’istallazione di pale eoliche, pannelli solari e centrali a biomassa. Ha inoltre deciso di abbandonare il nucleare dopo l’incidente di Fukushima ma ancora non ha spento tutte le sue centrali, ed è quindi oggi dotata di tutte le fonti energetiche esistenti. È quindi molto interessante andare a valutarne i parametri per il 2018 (https://www.energy-charts.de/index.htm, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5015902/ e https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/ipcc_wg3_ar5_annex-iii.pdf) :


Potenza installata (GW)Picco di potenza Max (GW)Energia prodotta (TWh)Fattore di Capacità (%)CO2 emessa per kWhDensitàkWh/m2
Fotovoltaico45.9332.145.7511.3450,05
Eolico59.4245.2111.4621.4110,72
Idroelettrico4.83.619.446.1240,011
Biomassa7.735.7944.7666.02300,00079
Nucleare9.529.5472.2786.61241,66
Carbone44.9138.8203.8251.68200,06
Gas29.3916.844.4217.14901,05

La prima cosa da notare è che la maggior parte dell’energia proviene dal carbone, con significativa emissione di CO2. L’energia prodotta dalle rinnovabili dipende dalle condizioni meteo che non sono controllabili dall’uomo (piove, è notte, non c’è vento), mentre una centrale a carbone o nucleare possono funzionare anche per mesi di fila alla massima potenza senza problemi, ed anzi devono andare a riempire il “vuoto” lasciato dalle rinnovabili altrimenti l’intera nazione (e probabilmente l’intera Europa) andrebbero in blackout. Il fattore di capacità indica quindi quale è la affidabilità di una sorgente, ovvero la percentuale di tempo in cui effettivamente lavora.

Ad esempio considerando anche il caso della Francia, che negli anni ’70, dopo le due crisi petrolifere, ha deciso di puntare sul nucleare. Sono quindi stati costruiti 56 reattori entro la fine degli anni ’90 (di cui 32 entro l’inizio degli anni ’80) per un costo complessivo di circa 121 miliardi di euro. Questo ha portato ad essere la nazione con la percentuale più alta di energia nucleare prodotta (circa il 72%) e le emissioni di CO2 ad essere tra le più basse al mondo.

Confrontando quindi le emissioni dei due paesi negli anni in cui si ha avuto il boom delle energie rinnovabili in Germania (, si possono identificare due differenze, per cui la Germania:

  • ha un sistema elettrico molto più “sporco” della Francia, dovuto alla grande quantità di carbone che viene bruciata e nonostante i grandi investimenti effettuati
  • ha una grande variabilità nelle emissioni, dovute al fatto che solare ed eolico non funzionano sempre ma persone ed industrie hanno sempre bisogno di energia elettrica
  • le emissioni sono rimaste praticamente costanti negli anni, perché sono state spente le centrali nucleari e rimpiazzate come carico di base da nuove centrali a carbone


Oltre all’inquinamento, un importante parametro per misurare la sostenibilità ambientale di una sorgente è la quantità di materiale necessaria a costruire ed operare una centrale, per unità di energia prodotta .

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Una centrale nucleare è molto compatta ma deve essere collocata vicino ad una fonte di acqua per il raffreddamento (fiumi, laghi, mari). Centrali a gas possono essere situate ovunque ma necessitano di infrastrutture per il trasporto del gas (tipicamente migliaia di km, i giacimenti principali sono in Medio Oriente, Russia, Sud Est Asiatico), mentre le centrali a carbone sono locate vicino a grandi giacimenti sotterranei o di superficie, o questo deve essere trasportato via nave. Le fonti rinnovabili utilizzano invece energia distribuita su tutta la superficie del globo, in particolare solare termico e fotovoltaico avranno prestazioni migliori tanto più si è vicini all’equatore, mentre l’eolico sarà più efficiente in mare aperto dove il vento soffia con più continuità che sulla terra ferma. Ogni parco solare e pala eolica sono delle centrali, per cui ognuno deve essere collegato alla rete elettrica. Questo richiede quindi nuove linee di trasmissione, che possono anche attraversare interi stati per raggiungere i luoghi dove c’è richiesta di energia (buona parte delle industrie tedesche si trova nel sud, ma i grandi parchi eolici a nord, distanti anche 800 km), che però sono spesso osteggiati dai residenti.

 Tanto maggiore poi è la vita operativa di una centrale, tanto migliore sarà l’utilizzo di queste stesse risorse. Una centrale nucleare è inoltre concepita per avere una vita di almeno 40 anni, gli alti margini di sicurezza adottati inoltre hanno permesso di operarle per altri 10, 20 e 40 anni. Centrali a gas vedono cambiare turbine ogni qualche mese/anno perché vengono utilizzate in condizioni estreme (temperatura e cicli per seguire il carico della rete), centrali a carbone hanno una vita attesa di 30 anni, così come pannelli solari e centrali eoliche. Minore quindi è la densità di potenza, maggiore sarà la quantità di materiali da riparare, smantellare e riciclare a fine vita (se possibile, ad esempio le pale delle turbine eoliche sono in materiali compositi non riciclabili). 

FAQ 

Scenario 100% rinnovabili

Risposta breve: tipicamente una bufala, il sole non splende sempre, il vento non soffia sempre e le batterie che sarebbero necessarie sarebbero troppo grosse per le risorse effettivamente disponibili sulla terra per costruirle.

Risposta lunga: Scenario che può verificarsi solo in paesi con grande capacità idroelettrica (Norvegia, Costa Rica). Eolico offshore ha in media carico per il 50% del tempo, solare 25%. Per essere quindi teoricamente autonomi occorre installare rispettivamente il doppio e il quadruplo della potenza richiesta dalla rete e avere sistemi di stoccaggio in grado di gestire tali surplus di potenza ed energia ed utilizzarli nel restante tempo. Il che richiede o capacità idroelettrica o una quota significativa della produzione mondiale di litio, per diversi anni (Elon Musk dice che servirebbero 100 delle sue fabbriche per produrre batterie sufficienti a garantire un’ora di autonomia agli USA). Nel frattempo quindi si continua a bruciare carbone, gas e petrolio. La grande potenza in eccesso porta ad avere giorni in cui i prezzi dell’elettricità vanno negativi, per cui persone e aziende sono pagate per consumare elettricità, ed una grandissima instabilità nella rete elettrica.

Il nucleare emette CO2?

No, perché vengono “bruciati” atomi di uranio e non carbonio, rendendolo quindi perfetto per risolvere il problema del riscaldamento globale. è tuttavia necessario costruire la centrale, che richiede una grande quantità di cemento e acciaio (quindi ruspe camion ed elettricità). Lo stesso discorso che vale per solare ed eolico. 

Non si può catturare il carbonio prima che venga emesso?

In teoria si, in pratica nessuno lo fa perché è molto costoso e non esistono leggi o incentivi che spingano le aziende a farlo, costruire una ciminiera è molto conveniente.

È  vero che se coprissimo il deserto del Sahara di pannelli solari produrremmo abbastanza energia per tutto il mondo?

In teoria sì, ma è una soluzione non realizzabile perché:

  • bisognerebbe costruire e fare manutenzione a 92 km quadrati di pannelli solari (una superficie come quella del Portogallo)
  • occorrerebbe collegare questi con le aree in cui l’energia viene utilizzata, costruendo migliaia di chilometri di cavi
  • il caldo e la sabbia riducono la funzionalità e la vita dei pannelli
  • servirebbe comunque trovare una soluzione per la notte
  • il mondo dipenderebbe da un’unica fonte energetica situata in una zona molto remota e politicamente instabile