L`energia nucleare - Bovolenta Editore

DIDATTICA ATTIVA - Approfondimento
L’energia nucleare
Il 2 dicembre 1942 può essere considerata la data di nascita dell’energia nucleare. Quel giorno il fisico italiano Enrico
Fermi dimostrò che era possibile ottenere energia dai nuclei atomici. Nel suo esperimento, Fermi aveva utilizzato
l’elemento più pesante presente in natura, l’uranio. Da allora molte cose sono successe.
La prima centrale nucleare per la produzione di energia
elettrica entrò in funzione nel 1956 in Inghilterra e nei successivi trent’anni si assistette al cosiddetto momento d’oro
delle centrali nucleari. Il loro numero rapidamente aumentò fino a raggiungere le 423 unità nel 1989 (figura 1). Negli
ultimi venticinque anni il numero di centrali nucleari funzionanti nel mondo si è mantenuto sostanzialmente costante (figura 2). Attualmente sono 442 i reattori funzionanti,
distribuiti in 29 nazioni diverse. Su scala mondiale il 14%
dell’elettricità viene prodotta dalle centrali nucleari. In particolare è la Francia il Paese che più si affida al nucleare come
fonte di energia, producendo il 76% del proprio fabbisogno
energetico con questa tecnologia, mentre la nazione con più
impianti è gli Stati Uniti con 105 reattori in funzione.
Tra le 14 nazioni più ricche al mondo, l’Italia è l’unica che
non produce energia elettrica tramite il nucleare. La storia
dell’energia nucleare in Italia è alquanto travagliata. La prima
centrale nucleare sul nostro territorio fu inaugurata a Latina
nel 1963. Alla fine degli anni Sessanta del secolo scorso, con
figura 1 Visione notturna della centrale nucleare di Leibstadt in Svizzera.
figura 2 Dopo un rapido
aumento iniziale, negli
ultimi venticinque anni
il numero di reattori
nucleari funzionanti nel
mondo è rimasto pressoché costante.
Numero
di reattori
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
2010
2008
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1992
1990
1988
1986
1984
1982
1980
1978
1976
1974
1972
1970
1968
1966
1964
1962
1960
1958
1956
0
1
Mario Rippa - La
chimica di Rippa - secondo biennio - Italo Bovolenta editore - 2012
DIDATTICA ATTIVA - Materiali integrativi
è formato per il 94% da uranio, per il 5% da scorie leggere
e per l’1% da plutonio.
Le scorie radioattive devono essere trasportate in modo
sicuro e stoccate in un luogo definitivo (figura 3). Tutti i
centri di stoccaggio presenti in Europa sono temporanei,
perché non sono ancora chiarite le conseguenze di uno
stoccaggio permanente di rifiuti ad alta radioattività. I depositi possono essere di superficie, di miniera o possono essere depositi geologici. L’Unione Europea caldeggia la soluzione dello stoccaggio in depositi geologici permanenti. In
Finlandia si sta progettando il primo deposito geologico di
scorie radioattive al mondo, ma si prevedono tempi lunghi
per la sua realizzazione.
le sue tre centrali funzionanti, l’Italia era tra le prime cinque
nazioni al mondo per produzione di energia elettrica attraverso il nucleare. Dopo il disastroso incidente alla centrale
di Chernobyl del 1986, un referendum sancì l’uscita dell’Italia dall’esperienza nucleare. Nonostante ciò, nel 2008 fu
approvata una legge secondo cui era nuovamente possibile
costruire centrali nucleari nel nostro Paese. A seguito del referendum popolare del 12 e 13 giugno 2012, però, il 94% dei
votanti ha imposto l’abrogazione della legge e la via nucleare
in Italia è stata definitivamente abbandonata.
Quella nucleare è da qualcuno considerata una fonte di
energia rinnovabile. Ciò non è esatto, poiché l’energia deriva dalla frammentazione del nucleo dell’uranio, un elemento di transizione presente in bassissime concentrazioni
nella crosta terrestre. Così come le riserve di petrolio, anche
le riserve di uranio non sono infinite. Il prezzo dell’uranio
è aumentato di più di sette volte negli ultimi dieci anni, in
quanto le masse rocciose contenenti grandi quantità di minerale uranico si stanno esaurendo. È curioso il fatto che
l’Australia, dove si trova il 31% dell’uranio mondiale, non
abbia una sola centrale nucleare in funzione. L’energia nucleare è quindi una fonte di energia alternativa ai combustibili fossili, ma non è rinnovabile.
Il processo che si utilizza nei reattori nucleari per produrre energia è la fissione nucleare dell’isotopo 235 dell’uranio
(cfr. § 21.9). Prima di essere utilizzato come combustibile
nucleare, il minerale di uranio deve essere trattato. L’uranio
che si trova nelle rocce è infatti composto per il 99,3% dall’isotopo 238 e solo per lo 0,7% da uranio-235. Solo l’isotopo
uranio-235 è fissile, cioè adatto alla fissione, per cui il minerale uranico deve subire un processo di arricchimento così
da portare la quantità dell’isotopo fissile fino al 3%.
Quando viene bombardato da neutroni, il nucleo di uranio-235 si scinde in bario-139 e cripto-94, liberando 3 neutroni. I neutroni emessi possono determinare la fissione di
altri nuclei di uranio-235 e si avvia così una reazione a catena. Nei reattori nucleari la reazione a catena avviene in
modo controllato e il calore prodotto è prima convertito in
energia meccanica e successivamente in energia elettrica.
Il problema più spinoso legato al processo di fissione nucleare dell’uranio è quello delle scorie radioattive.
La fissione nucleare è un processo molto efficiente: da
un kilogrammo di uranio si ottiene una quantità di energia diecimila volte superiore a quella che si ottiene da un
kilogrammo di carbone in una centrale termica. Inoltre,
nella reazione nucleare di fissione non si producono gas
serra, come la CO2 , che contribuiscono al riscaldamento
globale del pianeta. Una valutazione più completa e ponderata richiede, però, di considerare sia il costo energetico, sia le emissioni di gas in atmosfera connesse all’intero
processo nucleare, che è molto lungo e articolato. Occorre
Le scorie radioattive sono i prodotti radioattivi della
fissione.
Nel corso di tutti i procedimenti che riguardano il funzionamento di una centrale nucleare si producono molti
atomi più leggeri dell’uranio, complessivamente si tratta di
oltre 100 isotopi diversi. Tra questi vi sono molti elementi
nocivi e radioattivi. Tra i prodotti della fissione c’è anche il
plutonio-239, un elemento pericolosissimo la cui radioattività è praticamente eterna. Il combustibile nucleare esausto
figura 3 Il simbolo che contraddistingue questi barili indica che contengono rifiuti radioattivi.
2
Mario Rippa - La
chimica di Rippa - secondo biennio - Italo Bovolenta editore - 2012
DIDATTICA ATTIVA - Materiali integrativi
infatti tenere presente che si spende energia in fase di estrazione dell’uranio, nei processi di trattamento, arricchimento e riprocessamento del combustibile e per trasportare e stoccare i rifiuti nucleari. In letteratura si trovano
dati discordi sul bilancio energetico globale del processo
nucleare.
Un altro aspetto fondamentale legato alle centrali nucleari è quello della loro sicurezza. Le centrali dovrebbero
essere costruite in luoghi adatti, per esempio in zone non
sismiche, e in aree scarsamente abitate. In Italia è molto
difficile trovare zone che soddisfino questi standard. Anche all’estero, per esempio in Giappone, la situazione non
è diversa. Uno studio comparso sulla rivista «Nature» ha
evidenziato come in molti casi le centrali si trovino in
zone densamente popolate.
L’incidente accaduto a Fukushima nel marzo del 2011
ha evidenziato come i parametri di sicurezza non sempre
riescano a prevedere la gestione di tutti i possibili eventi.
La centrale era stata progettata per resistere a terremoti di
magnitudo 8, ma non era stata considerata l’eventualità di
uno tsunami con onde alte più di 10 metri. Inoltre, per
evitare attacchi terroristici, le centrali devono essere sottoposte a controllo militare. I blitz dimostrativi messi in
atto da alcuni gruppi ambientalisti hanno però dimostrato
come sia possibile penetrare all’interno delle centrali.
La produzione di energia elettrica attraverso il nucleare
tradizionale presenta dunque alcune questioni ancora irrisolte. Ultimamente si è cominciato a discutere su una
tecnologia nucleare di IV generazione, che porterebbe a
soluzione gran parte dei problemi evidenziati dalle tecnologie precedenti. Ma esattamente di cosa si tratta?
Nel gennaio del 2000 è stata avviata l’iniziativa Generation IV International Forum per sviluppare la ricerca sui
reattori di IV generazione. Le centrali nucleari che utilizzano questa nuova tecnologia devono possedere le seguenti
caratteristiche:
• azzeramento delle emissioni di agenti inquinanti in atmosfera;
• diminuzione delle scorie radioattive prodotte, attraverso la rimozione degli isotopi transuranici a lungo
tempo di dimezzamento, che vengono trasformati con
il combustibile mentre si producono;
• raggiungimento di elevati standard di sicurezza intrinseca;
• azzeramento della produzione di plutonio e, di conseguenza, blocco della proliferazione del nucleare militare;
• vantaggio economico rispetto alle altre fonti energetiche.
Attualmente sono in fase di sviluppo e sperimentazione sei tipi di reattori che soddisfano questi requisiti. Solo
quando le nuove tecnologie dei reattori di IV generazione
saranno in grado di rendere effettivamente operativi impianti di questo tipo, la scelta nucleare potrà rappresentare
una risposta efficace e affidabile alla crescente domanda
energetica.
3
Mario Rippa - La
chimica di Rippa - secondo biennio - Italo Bovolenta editore - 2012