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Thursday, March 17, 2011

Alcune Riflessioni sugli Eventi di Fukushima

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Di fronte ai disastri di origine naturale e di origine umana che hanno colpito il Giappone mi sembrava che la cosa migliore da farsi, almeno per qualche giorno, fosse quella di tacere.
Era poi ovvio che gli eventi in corso ai reattori nucleari di Fukushima avrebbero alimentato il dibattito interno già effervescente e destinato ad intensificarsi in vista dei referendum. Il monte-ore che viene dedicato, sia in privato che in pubblico, a queste discussioni è enorme e, se solo una frazione di questo tempo venisse dedicata a produrre e studiare, il popolo si ritroverebbe molto più ricco ed anche molto più preparato a valutare le questioni relative alla produzione di elettricità da fonte nucleare. Ma ciò, ahimè, temo non avverrà nè prima nè dopo il referundum.

Il Nucleare è tema che storicamente appassiona ed induce a schierarsi. Molti mi hanno chiesto negli anni se io fossi pro o contro il nucleare ma nessuno mi ha mai chiesto se io sia pro o contro il metano o il carbone.  Chissà perchè.  Mentre sui media proliferano dibattiti e commenti, l'individuo-massa tende a schierarsi facendo una scelta di tipo caratteriale. E così succede che l'individuo con impostazione pragmatica tenda ad essere pro mentre l'individuo più sognatore tenda ad essere contro. Il primo è prevalentemente un maschio, macho e duro, con idee conservatrici mentre il secondo è tipicamente maschio non molto duro, sensibile e progressista oppure donna che ha saputo degli effetti della radioattività sui corpi umani e in particolare sui nascituri.

Ignorando i dibattiti e prescindendo dalle scelte caratteriali mi viene voglia di metter per iscritto alcune semplici considerazioni.

La relazione di equivalenza tra massa ed energia stabilisce che, se in una qualsiasi reazione, sparisce 1 chilo di massa essa si tramuta in un'energia di 25 miliardi di chilowattora (KWh).  Questa energia equivale al consumo elettrico di 3 anni per una città di 1 milione di abitanti ipotizzando che ogni abitante consumi 25000 KWh, cioè 8300 KWh annui. E' chiaro che l'idea è suggestiva: coprire in modo generoso il fabbisogno di energia elettrica degli umani viziati utilizzando un pugno di materia.

Il problema però sta nel come far sparire quel chilo di materia e tramutarlo in energia!

Se bruciamo degli atomi di carbonio, siano essi contenuti nel sesamo o in un pezzo di litantrace o nel metano, provochiamo una riduzione di massa: i prodotti della combustione pesano meno del carbonio iniziale e la differenza di massa è tradotta in energia che alimenta il mio metabolismo (sesamo) oppure il frigorifero di qualche amico frizzante (litantrace, metano).  Quella differenza di massa è però piccolissima, meno di un miliardesimo, poichè la combustione tocca solo i gusci esterni degli atomi. Di conseguenza ci servono enormi quantità di antracite, litantrace, petrolio e metano per soddisfare i bisogni energetici di società dipendenti dai combustibili fossili.

La scoperta della radioattività (Henri Becquerel, 1896) in Francia aprì una nuova epoca nella storia dell'umanità. Nei quattro decenni a venire divenne evidente che nel cuore degli atomi era racchiusa una quantità di energia milioni di volte più grande di quella contenuta nei gusci elettronici esterni.

L'attenzione dei fisici si rivolse in particolare all' Uranio, l'elemento più pesante esistente in natura. Fermi e il gruppo di Roma furono i primi a spaccare (fissionare) l'Uranio usando neutroni lenti ma l'identificazione dei prodotti di fissione, tra cui il Bario, fu fatta nel 1938 da Hahn e Strassmann a Berlino. L'interpretazione del fatto sperimentale venne tra la fine del 1938 e gli inizi del 1939 grazie a Lise Meitner (esiliata in Svezia) e a suo nipote Otto Frisch (Copenhagen). Fu appunto Frisch ad introdurre il termine fissione per definire questo processo straordinario in cui la differenza di massa tra i prodotti finali della reazione e il nucleo di Uranio iniziale era di un millesimo...l'energia liberata nel processo di fissione era di 200 milioni di elettronvolt. Nel Febbraio del 1939 fu Niels Bohr ad intuire che la fissione indotta da neutroni lenti avveniva in un tipo particolare di Uranio, l'Uranio-235,  parente dell' Uranio-238 ma più instabile e dunque più raro in natura.

A questo punto erano noti tutti gli elementi fondamentali per realizzare la reazione nucleare a catena (già immaginata da Leo Szilard nel 1934) e disporre di enormi quantità di energia sia a fini militari che a fini civili.

Laddove finisce un capitolo straordinario di storia della fisica inizia la storia tecnologica della costruzione di reattori in cui la reazione a catena possa aver luogo in modo controllato: una fissione deve indurre una successiva fissione e non di più. Il processo non deve divergere, non deve scappare di mano, altrimenti si innesca l'effetto della bomba e succede un disastro.

Un reattore da 1 GigaWatt (GW) di potenza produce tipicamente 7 miliardi di KWh all'anno dunque in poco più di tre anni esso produce quell'energia equivalente ad 1 kg di massa di cui dicevo all'inizio. In realtà sono 3 kg di massa che spariscono: 2 chili se ne vanno sotto forma di calore a scaldare l'acqua dei mari e dei fiumi che raffreddano le centrali mentre 1 chilo viene convertito in elettricità. Le leggi della termodinamica impongono dei vincoli precisi e cominciano a farci capire come il reattore nucleare, grande opera tecnologica, contenga delle assurdità intrinseche.

Per il medesimo reattore, bisognerà sostituire circa 25 tonnellate di Uranio arricchito ogni anno (il suo carico totale è di circa 100 tons) perchè si esauriscono. L'Uranio arricchito contiene una percentuale di Uranio-235 di circa il 4%  e ciò significa che, ogni anno, esso reattore richiede circa 1 ton di U-235.  Questo isotopo è però presente in natura in percentuali di circa 0.71% sul totale dell'Uranio disponibile e, per estrarre 1 ton di U-235, bisogna utilizzare (con operazioni molto costose ed energivore) 200 tons di Uranio naturale il quale è presente sulla crosta terrestre in percentuali di 4 parti per milione e negli oceani di 3 parti per miliardo.

Le cose si complicano ulteriormente e diventano anche molto più noiose...la fisica nucleare lascia il posto alle ruspe che scavano nelle miniere milioni di tonnellate di roccia onde racimolare sufficienti quantitativi di ossidi di uranio con cui nutrire i reattori. Alla fine del lungo ed inquinante ciclo produttivo i pellets di ossidi di uranio vengono disposti all'interno di tubi di leghe di zirconio. Questo metallo è estremamemente resistente alla corrosione e manifesta una scarsa predisposizione a catturare i neutroni emessi nella reazione a catena, dunque non la ostacola.  C'è però un problemino: le leghe di zirconio sopra ai 1200 °C,  a contatto con l'acqua, si ossidano in fretta. L'acqua si scinde e si libera idrogeno il quale non appena viene a contatto con l'aria esplode. E' quel che è successo a Fukushima dopo che, a causa del fallimento dei generatori Diesel seguito allo tsunami, non è più stato possibile raffreddare con acqua le barre di combustibile e quindi la temperatura delle medesime è salita.

Ancora una volta la natura ci ha offerto un materiale importante e con molti vantaggi. In determinate condizioni però quei materiali possono diventare pericolosi. La saggezza degli umani sta nel saper usare le risorse naturali con parsimonia.

Nel caso specifico qualcheduno argomenterà che l'evento terremoto + tsunami è stato eccezionale o forse che la centrale di Fukushima era vecchia. Si tratta di argomenti deboli: l'evento eccezionale può sempre riproporsi in modo ancor più eccezionale e imprevedibile.  Vedo peraltro che i due nuovi reattori in costruzione in Giappone sono anch'essi (come quelli di Fukushima) del tipo ad acqua bollente (BWR) per quanto avanzati (ABWR)...queste sono però finezze che non cambiano il nocciolo della faccenda: il margine di rischio associato a queste modalità di produzione di elettricità è troppo elevato. Ed alla riduzione del rischio si accompagna l'incremento dei costi, già straordinari.

A questo punto anche il macho pragmatico pro nucleare comincia a riflettere ed a chiedersi se il gioco valga la candela. Egli è istruito e dunque sa che 1 kg di Uranio arricchito al 3.5% ha un contenuto termico di 3900 GigaJoule mentre un litro di petrolio contiene 39 MegaJoule, centomila volte di meno...egli è intraprendente e dunque vorrebbe sfruttare quella enorme risorsa, la tentazione è grande.  L'esperienza accumulata e la storia dei fallimenti dell'industria nucleare ora però lo inducono a pensare e gli fanno capire che le leggi di natura vanno studiate e rispettate.

Dopo aver avuto la grande fortuna di poter abitare in questa biosfera dovremmo avere almeno il buon senso di non perturbarla troppo.  Tanto più che, per il semplice obiettivo di produrre energia elettrica, esistono oggi  tecnologie mature e strategie ben più intelligenti di quelle connaturate all'opzione nucleare.

3 comments:

francesco said...

Salve , mi chiamo francesco salomone, sono un piccolo produttore di moduli fotovoltaici ( in particolare per integrazione architettonica) da oltre 10 anni. mi complimento per la semplicità di esposizione di argomenti molto complessi, ma vorrei aggiungere giusto per aver per me e per qualche altro lettore alcuni PICCOLI chiarimenti sulla faccenda dell'energia solare ( e rinnovabili varie ) e sull'energia atomica e da fonti fossili. chiaramente la mia posizione e i miei investimenti in denaro , tecnologie e tempo sottratto alla mia famiglia potrebbero far immediatamente trasparire che POTREI ESSER "DI PARTE" ! ... MA chiedo comunque ad un esperto di fonti energetiche di dissolvere alcuni dubbi e relativi quesiti che di frequente mi si pone. fuori dubbio che la produzione energetica dovrebbe esser fatta quanto più possibile in loco( o vicino ) al luogo di consumo per evitare perdite di trasporto , ovvio che i piccoli generatori fotovoltaici sarebbero il massimo in questo senso perchè produce perfettamente lì dove si consuma .. ergo costi di trasporto = a zero MA I COSTI DI TRASPORTO ( TUTTI ) DOVE SONO COMPUTATI ed a quanto ammontano ? specialmente quando si paragona energia da centrale di produzione ed energia prodotta in loco ? inoltre qual è il rischio di trasporto delle produzioni centralizzate ? DOVE SONO COMPUTATI QUESTI piccoli costi ? e quando si parla di prezzo dell'energia da fotovoltaico / eolico estremamente alto , dove si mette in conto il costo della ripulizia delle zone contaminate nel caso atomica? o del mare da ripulire , nel caso petrolio della nave che affondò davanti livorno e della catastrofe del pozzo BP del golfo del messico? dove saranno mai computati i valori della vita ANIMALE VEGETALE ecc distrutti da questa e da quella e da altre "piccole" tragedie ambientali? se poi dovessimo metter sul piatto della bilancia rischio ambientale ed alla salute umana il caso Chernobyl ALLORA VORREI CAPIRE la verità di qualche eminente luminare MEDICO che fà il negazionista ( come per l'eccidio degli ebrei) secondo lui a Chernobyl sono morti " soltanto 50 persone" il resto dei 200.000 morti per leucemie e cancro sono SOLO FANTASIE ? ? ? ... è ASSURDO solo pensarci a dare un valore alle vite umane distrutte ... morti , e quelli che n on sono morti ? che hanno da ringraziare le radiazioni nucleari per malformazioni che durano per tutta la vita .. ed il territorio contaminato per migliaia di anni? ma adesso forse mi stò facendo prender la mano TROPPO catastrofista .. .e già l'energia atomica invece è "sicura e controllabile" . .. mi viene in mente SEMIPALATINSK dove i russi fecero esplodere in modo CONTROLLATO un buon arsenale di bombe atomiche . .. ma abbiamo solo qualche idea di come si potrebbero RIPULIRE tutto quel territorio contaminato di oltre 1000 km quadrati ? ? , ma forse esagero davvero ! penso alla semplicità di un pannello solare termico che ognuno potrebbe metter sul tetto e prodursi una parte dell'energia termica di cui ha bisogno per il riscaldamento e tutta la necessaria acqua calda per ripulirsi parti intime e farsi la doccia ed usare anche per cucinare e per la lavastoviglie e per la lavatrice. mi chiedo e chiedo a chi mi saprà far fugare dubbi perchè molto più esperto di me semplice impiantista con 25 anni di esperienza, ma perchè è tanto difficile far accettare i più semplici canoni di risparmio energetico? sono 25 anni che propongo sistemi di risparmio energetico e quasi nessuno li fà installare perchè ( pensano ? ) costosi e poco risultato di efficienza! eppure ho montato impianti di riscaldamento / condizionamento con POMPE DI CALORE a scambio geotermico che funzionano perfettamente da oltre 7 anni ! ! ! ho installato pannelli termici per riscaldare le case con pannelli radiati a pavimento ed anche per riscaldare la piscina dove sguazzare in acqua calda anche in primavera/autunno !!!

francesco said...

dimenticavo gli aspetti economici... ma i soldi per costruire una centrale nucleare chi li tira fuori ? ed in quanto tempo si rientra con l'investimento ? NOTA BENE CHE gli incentivi al fotovoltaico vengono prodotti con la produzione di energia e non alla installazione ! !! richio = che se dovesse andar male una centrale atomica ( anche senza esplodere) circa 8 miliardi ? di EURO ( ns soldini) andrebbero in un attimo in fumo ... provate a pensare della sicurezza delle celle fotovoltaiche incapsulate sotto vetro che possibili guastio potrebbero avere ! ! ! aggiungo ch efaccio da centro di riciclaggio a fine vita di moduli fotovoltaici , da oltre un anno : moduli da smaltire e riciclare = 12 moduli rotti da oltre 15 anni che faccio installazioni ! ! ! ! ma dove MAI potrebbe esserci confronto conuna centrale nucleare ?

marco zoli said...

Gentile Francesco, la ringrazio per la passione con cui ha raccontato la sua importante esperienza di lavoro.

E' evidente che un computo preciso dei costi di trasmissione e distribuzione dell'energia (e di ogni merce) si può fare solo caso per caso. Complessivamente, secondo i dati di TERNA, nel bilancio dell'energia elettrica italiana, le perdite di rete sono di circa il 6%.

Nella produzione di energia elettrica centralizzata da combustibili di origine fossile c'è un'altra grossa fonte di perdita: 1 KWh utilizzato dal consumatore a valle richiede a monte (in centrale) l'impiego di 3KWh in termini di energia primaria.