Energia nucleare: vantaggi, limiti e risposte ai dubbi più comuni

Nella serata del 22 gennaio è arrivato a Palazzo Chigi il testo del ddl per il ritorno del nucleare in Italia che sarà votato al prossimo Consiglio dei Ministri. Il disegno di legge prevede l'approvazione, entro 24 mesi, di "uno o più decreti legislativi" che serviranno soprattutto per adeguare la normativa nazionale alle disposizioni dell’Unione Europea e degli accordi internazionali sull' uso corretto dell’energia nucleare. In particolare, il ritorno del nucleare si dovrebbe realizzare secondo questi punti:

• lo sviluppo e l’utilizzo di piccoli reattori modulari («small modular reactors»), utilizzando tecnologia di terza e quarta generazione. Non si parla quindi di centrali ma di mini-reattori;

• la creazione di un’Autorità indipendente per il nucleare che dovrà individuare i siti per la costruzione dei mini-reattori;

• il fatto che il nucleare sarà una delle fonti energetiche green, si parla quindi sempre di mix energetico.

Iniziamo però dal capire di cosa stiamo parlando, vediamo cos'è l'energia nucleare, dove e come viene usata, come funziona una centrale nucleare, tutti i vantaggi, gli svantaggi e la sostenibilità.

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Che cos'è l'energia nucleare?

Con il termine di energia nucleare ci si riferisce all’energia contenuta nei nuclei degli atomi e che vene rilasciata quando i nuclei grossi (di atomi pesanti come l’uranio) si spezzano oppure quando si fondono tra loro nuclei di atomi leggeri come Idrogeno o Elio. Il primo fenomeno si chiama fissione, il secondo fusione.

Per produrre energia nucleare, quindi, occorre una centrale nucleare in cui far avvenire in modo controllato la reazione fisica di fissione del nucleo atomico, necessaria allo sviluppo dell’energia nucleare che viene poi trasformata in energia termica e in seguito in elettricità.

La produzione di energia tramite fusione (ovvero come avviene nelle stelle) è ancora in fase sperimentale, si prevede che il primo reattore dimostrativo (progetto DEMO) potrebbe essere pronto nel 2050, quindi per avere reattori capaci di produrre energia da immettere in rete si parla della seconda metà di questo secolo. Torna all'inizio

Come funziona una centrale nucleare?

Le centrali nucleari producono energia come le centrali termoelettriche ovvero grazie a turbine, azionate da vapor acqueo, che producono energia elettrica.
La produzione di vapor acqueo si ottiene per espansione del liquido di raffreddamento che assorbe il calore prodotto dalla centrale: in quelle termoelettriche il calore si ottiene per combustione di fonti fossili (come carbone, gas, olio), mentre nelle centrali nucleari il calore deriva dalla reazione di fissione dei nuclei di Uranio.

La produzione di energia nucleare, quindi, si ottiene innescando, mantenendo e controllando le reazioni di rottura dei nuclei atomici mediante il bombardamento con neutroni (particelle subatomiche che colpiscono e portano alla rottura del nucleo e al rilascio di grande quantitativo di energia). 

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Energia nucleare: è davvero rinnovabile?

No, L’energia nucleare non è una energia rinnovabile. Si parla di energie rinnovabili quando queste si rigenerano naturalmente nel tempo e non si possono esaurire (energia solare, eolica, idroelettrica e geotermica), mentre l’energia prodotta per fissione nucleare non è rinnovabile in quanto l’uranio è una risorsa non rinnovabile e presente solo in alcune zone del mondo. Al contrario di altre forme di produzione energetica, però, quella delle centrali nucleari non porta all’emissione di gas climalteranti (mentre i consumi di energia fossile utilizzati nella produzione di energia nelle centrali termoelettriche sono attualmente i principali responsabili di tali emissioni) ed è per questo che spesso si parla dell’energia nucleare come di una fonte energetica sostenibile. 

Il nucleare nel 2022 è però stato inserito nella Tassonomia Europea delle fonti sostenibili perché "potrebbe avere un impatto economico, ambientale e sociale significativo". Va comunque sottolineato che oltre a non essere rinnovabile la sostenibilità del nucleare viene ridotta dall’impatto dell’estrazione dell’uranio (miniere) e soprattutto la gestione delle scorie radioattive, fattori che riducono la sostenibilità ambientale e sociale dell’energia nucleare.

Qual è il ruolo dell'energia nucleare nella lotta contro il cambiamento climatico?

Il nucleare non è una fonte rinnovabile, ma è spesso indicata come una fonte energetica di sostegno alle rinnovabili perché la sua stabilità e continuità riesce a bilanciare il limite della discontinuità della produzione di fonti come il solare e l’eolico che hanno una variabilità stagionale e climatica non sempre prevedibile). Insomma, il nucleare potrebbe sostenere le rinnovabili se utilizzato come fonte di riserva ed integrativa rispetto alle centrali termiche a gas o carbone attualmente in uso, pur non avendo la stessa elasticità nel caso di richieste di picco: gli impianti termonucleari non sono adatti a modulare la produzione elettrica, cioè a modificarla rapidamente sulla base del fabbisogno di consumo al netto della produzione da fonti rinnovabili non programmabili.

La decarbonizzazione dei sistemi elettrici richiede un alto livello di flessibilità: il nucleare non è adatto a fornire complementarità a livello giornaliero, per compensare, la variabilità delle rinnovabili ma può essere flessibile nella produzione energetica a livello stagionale, andando ad esempio a produrre più energia nel periodo invernale (compensando la riduzione di energia da solare) e riducendola in quello estivo. 

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Energia nucleare: pro e contro

Il nucleare mostra diversi aspetti positivi sotto il punto di vista ambientale, ma presenta delle criticità, vediamo ora i principali vantaggi e svantaggi.  
 

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Energia nucleare nel mondo: dove e come viene usata?

Complessivamente l’energia nucleare prodotta nel mondo rappresenta il 10% di tutta la produzione energetica mondiale. L’energia nucleare viene convertita in energia elettrica che viene utilizzata in qualsiasi campo. Anche se il numero di centrali nucleari è abbastanza stabile (440 centrali operative e 65 in costruzione secondo World Nuclear Association), la potenza installata sta crescendo negli anni, ma crescendo anche i consumi non è detto che la percentuale di produzione cambi.

In Europa, sono Francia, Spagna e Slovacchia a puntare maggiormente sul nucleare, le centrali sono presenti in altri paesi europei, ma dopo l’incidente del 2011 a Fukushima alcuni stanno facendo marcia indietro (Germania e Svizzera).

Come sta evolvendo il panorama dell'energia nucleare nel mondo?

Oltre la metà dei reattori esistenti al mondo ha oltre 30 anni e sarà a breve dismesso, mentre sono in progettazione e sviluppo numerosi piccoli di terza generazione prevalentemente in Cina, India e Turchia.

 

Dai reattori che si sono moltiplicati negli anni 80, diversi passi avanti sono stati fatti soprattutto allo scopo di ridurre la quantità di combustibile nucleare necessario e i livelli di sicurezza in generale. La tecnologia che si basa sulla fissione nucleare però porta intrinsecamente con sé il rischio di incidenti gravi, sebbene mitigati. 
Con generatori di terza generazione si intendono centrali costruiti dopo l’incidente di Chernobil che hanno posto estrema attenzione sulla sicurezza e in particolare con sistemi di sicurezza automatici che si attivano quando i parametri di produzione energetica sono fuori da determinati standard. 

Tra gli impianti di terza generazione anche detti III+ quelli ad acqua pressurizzata o EPR (European Pressurized Reactor o Evolutionary Power Reactor). Questi reattori utilizzano come combustibile uranio arricchito o miscele di uranio e plutonio, acqua pressurizzata come moderatore e sistema di raffreddamento.

I reattori di quarta generazione sono solo in fase di progettazione, promettono di essere più efficienti, di ridurre il quantitativo e la “longevità” delle scorie prodotte, di utilizzare un isotopo dell’uranio molto più diffuso in natura e quindi di ridurre i costi del combustibile. Nel reattore di quarta generazione, oltre a migliorare ulteriormente l’efficienza di sistema e la sicurezza della tecnologia primaria e dei sistemi di controllo, dovrebbe essere contenuto il problema delle scorie a fine ciclo, sebbene non verrà risolto in toto. Come approccio per la sicurezza, oltre a migliorare i sistemi attivi in caso di guasti, l’implementazione di sistemi passivi riferiti alla nuova tecnologia del reattore dovrebbe ulteriormente ridurre i rischi di gravi incidenti.

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Quali sono le innovazioni tecnologiche nel campo dell'energia nucleare?

Le innovazioni nel campo dell’energia nucleare sono su diversi piani e vogliono portare verso reattori più piccoli, efficienti, sicuri, modulari. Impianti che garantiscano maggior flessibilità di produzione, abbiano costi e tempi di messa in opera contenuti e certi.

La maggior parte dei futuri impianti sono “SMR”, Small Modular Reactor, e “AMR”, reattori modulari avanzati di quarta generazione, in alcuni casi talmente ridotti da essere chiamati «micro-reattori», 

La vera rivoluzione sarebbe riuscire a fare impianti a fusione dove dalla fusione di atomi leggeri (isotopi dell’idrogeno) si avrebbe la produzione di grandi quantitativi di energia ad un costo contenuto, maggiore sicurezza anche in caso di incidente, facile gestione dei residui. 

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Small Modular Reactor (o SMR) e Advanced Modular Reactor (o AMR)

Gli SMR sono reattori a fissione nucleare di piccole dimensioni che promettono di usare una tecnologia che rende la progettazione e costruzione dei reattori più standardizzabile, quindi meno costosa e più rapida. Sono la versione compatta dei reattori già esistenti, ma più sicuri delle attuali centrali nucleari in funzione in Europa e nel mondo grazie a sistemi chiusi in cui non occorre l’intervento umano e sistemi di sicurezza passivi che possono portare automaticamente allo spegnimento in caso di anomalie. Il loro punto di forza è la modularità. Avendo dimensioni compatte e una potenza compresa tra 10 e 300 Megawatt, potranno teoricamente essere installati in numerosi siti, anche in zone remote con capacità di rete limitata dove non sarebbe possibile installare una centrale nucleare, idealmente anche in prossimità di zone ad elevata richiesta di energia, a patto di avere idoneità di sicurezza. Nel mondo esistono diverse decine di impianti in fase di progettazione o costruzione, mentre i reattori SMR funzionanti si contano ancora sulle dita di una mano. I limiti degli SMR sono i medesimi di quelli delle centrali precedenti ovvero la dipendenza da materiale fissile e la produzione di scorie. 

Advanced Modular Reactor (o AMR)

I reattori di IV generazione AMR sono diversi da quelli delle generazioni precedenti poiché utilizzano un diverso combustibile e sistema di raffreddamento a metalli liquidi, sali fusi o gas. Questi impianti consentiranno un uso ottimale del combustibile, efficienze più elevate e una riduzione delle scorie grazie anche alla possibilità di chiudere il ciclo del combustibile bruciando le scorie o il combustibile esaurito da altri impianti. Si tratta di tecnologie ancora in fase di sviluppo e non completamente mature, si prevede che la loro piena disponibilità commerciale si avrà nella seconda metà del secolo. Una volta installati si tratterà di impianti più sicuri di quelli delle generazioni precedenti (attualmente in funzione o in costruzione) con dimensioni e potenze variabili, quindi estremamente flessibili.

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Le incognite del ritorno al nucleare in Italia

Per quanto riguarda l’energia da fissione nucleare, pur se i reattori di terza e quarta generazione hanno indubbi vantaggi sul tema della sicurezza, e presentano anche impatti ambientali relativamente bassi anche se comparati a fonti di energia rinnovabile, i costi per la creazione dei nuovi impianti di grandi dimensioni (o di tanti impianti di piccole dimensioni, che comportano l’ulteriore problema di individuare diverse zone adatte) che servirebbero a fare la differenza sono troppo elevati (ossia non sono competitivi con i costi di fonti energetiche rinnovabili), e i tempi di realizzazione di questi impianti sono troppo lunghi per essere una risposta efficace alla crisi climatica in cui viviamo.  

Per quanto riguarda il caso italiano, inoltre, si deve tener conto anche dei due referendum che bloccano la costruzione di nuove centrali e della difficoltà nel trovare un luogo sismicamente ed idrogeologicamente adatto alla costruzione di uno o più impianti nucleari (a prescindere dalle dimensioni). Non è chiaro se i provvedimenti a cui sta lavorando il governo saranno sufficienti a consentire di inserire l’energia atomica nel mix energetico nazionale ignorando l’esito della consultazione popolare del 2011. Resta quindi l'incognita di un nuovo referendum.

Per quanto riguarda la fusione nucleare, non potrà dare un contributo significativo alla decarbonizzazione sia per i tempi di realizzazione che per i costi, considerato specialmente che i costi di produzione per le rinnovabili si stanno abbattendo. Può comunque avere senso non interrompere i finanziamenti alla ricerca sul nucleare di nuova generazione e soprattutto sulla fusione nucleare, purché non entrino in competizione con quelli dedicati allo sviluppo di tecnologie energetiche rinnovabili. 

Per l’Italia resta cruciale inoltre, continuare con l’identificazione di luoghi idonei alla costruzione di centrali e sistemi di stoccaggio del nucleare 

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