Le più moderne centrali nucleari possono renderci indipendenti e consentirci un approviggionamento energetico costante, sicuro e poco impattante? Vi sono politici ed esperti che sostengono di sì, ma vi è ancora una forte avversione nei confronti di questa fonte di energia, almeno nel nostro Paese.
Spesso sentiamo parlare di energia nucleare come possibilità per guidare la transizione energetica. Questa fonte non mette d’accordo tutti. In molti resta infatti vivido il ricordo dell’incidente di Fukushima, in Giappone, ove in seguito a un terremoto si danneggiò un reattore, o quello della crisi di Chernobyl, che fece trascorrere giornate di tensione all’intera Europa. Ebbene, in nessuno di questi due casi lo stabilimento danneggiato era dotato di un reattore di quarta generazione, figlio delle più avanzate tecnologie energetiche a nostra disposizione.
La tecnica consente oggi la realizzazione di turbine efficienti e notevolmente sicure. Questi componenti producono meno scorie e comportano costi di manutenzione e gestione ridotti rispetto ai loro predecessori. Siamo di fronte a una nuova frontiera, che potrebbe determinare un passo avanti decisivo, capace di segnare una svolta nell’indipendenza energetica delle nazioni.
Come funzionano le centrali nucleari di quarta generazione
I reattori di cui sono dotate le centrali nucleari di quarta generazione possono dividersi in due categorie. Da una parte abbiamo quelli termici mentre, dall’altra, troviamo quelli a neutroni veloci. Le turbine sono capaci di fornire fino a 1500 mega watt elettrici (MWe) e sono disponibili anche in un formato più piccolo e meno potente, il quale fornisce una quantità di elettricità non superiore a 300 MWe. In questo caso, parliamo di Small Modular Reactor.
Il più diffuso modello di reattore termico, di quarta generazione, è chiamato a fissione a temperatura molto alta (o VHTR, dall’inglese Very High Temperature Reactor). Al suo interno si raggiungono temperature prossime a 1000 ºC. Al fine di controllarne la reazione, si usa la grafite. Per raffreddarne la camera si usano elio o sali fusi. L’uranio si introduce a ciclo singolo e la reazione di fissione avviene in un unico passaggio. Il calore generato dalla reazione passa, infine, in uno scambiatore termico.
Esistono anche reattori nucleari a sali fusi (o MSR, per Molten Salt Reactor) che sfruttano cicli chiusi. Come refrigerante, in questo caso, si applicano sali fusi di fluoruro. Il combustibile si dissolve solitamente nel refrigerante e la temperatura operativa del nocciolo raggiunge facilmente gli 800 ºC. Tra i reattori termici, citiamo anche i Supercritical-Water-Cooled Reactor (SCWR). Questi impianti utilizzano acqua supercritica per raffreddare. Si tratta di uno stato di materia talmente pressato, a temperature elevate (superiori a 22,1 megapascal e 374 ºC,) in cui fase liquida e gassosa non esistono più separatamente. In questi sistemi, si sviluppa meno calore rispetto ai due impianti precedenti. Restiamo infatti attorno ai 600 ºC.
I reattori a neutroni veloci, invece, non contengono alcun elemento di controllo della reazione, o moderatore. Conseguentemente, non rallentano la produzione e, come suggerisce il loro nome, sfruttano anche i neutroni veloci. Sono impianti a ciclo chiuso e possono fare impiego di svariati fluidi di raffreddamento. Il reattore refrigerato a gas si definisce Gas-cooled Fast Reactor, o GFR. Sfrutta l’elio come refrigerante e raggiunge temperature attorno ai 850 ºC. Il Sodium-cooled Fast Reactor, SFR, si raffredda con sodio e arriva a temperature poco superiori ai 500ºC. Vi è poi il reattore nucleare a neutroni veloci, refrigerato a piombo (Lead-cooled Fast Reactor, LFR).
Quanta energia produce una centrale nucleare di quarta generazione?
Tutte le centrali nucleari producono energia attraverso la fissione. Quando essa avviene, il nucleo di un elemento di grande massa, come l’uranio-235, si scinde in due nuclei più piccoli. In questa fase, libera un neutrone. Questo elemento libero, a sua volta, colpisce un altro nucleo di uranio-235 e stimola una seconda reazione di scissione. In questo modo, si può innescare un processo a catena. In tal maniera, si generano energia ed elementi di scarto, ovvero le scorie. L’energia liberata in questa sede è molto superiore rispetto a quella che possono produrre, in proporzione, le tradizionali reazioni chimiche di combustione. È per questo motivo che si costruiscono le centrali nucleari.
Riguardo all’energia prodotta, gli impianti di quarta generazione possono accontentare numerose esigenze. Il fatto che ci si possa servire di reattori di varie dimensioni rende possibile un approvvigionamento energetico frastagliato. I reattori più piccoli generano una quantità di elettricità compresa tra i 50 e i 150 MW. I sistemi medi, maggiormente diffusi all’interno delle 440 centrali oggi attive nel mondo, sono tipicamente tarati tra 300 e 400 MW. Le unità più grandi e potenti, definite in gergo monolitiche, possono originare anche 1200 MW di energia. Alcuni impianti possono raggiungere persino i 1600 MW, ma è prassi tenerli a un regime di produzione più contenuto, evitando ogni possibile sovraccarico.
Le differenze con i reattori già esistenti
A partire dagli anni 2000 si sono cominciati a diffondere i reattori di terza generazione. I precedenti, quelli di seconda, sono ancora piuttosto comuni, dal momento che il loro ciclo di vita è stato pressoché ovunque allungato di una ventina d’anni. I miglioramenti in termini di combustibile, componentistica e sicurezza hanno portato numerosi governi a rinnovare i permessi di operare per numerosi stabilimenti nucleari sorti tra il termine degli anni ’80 e l’inizio dei ’90.
La maggior parte dei reattori attualmente in realizzazione, circa 50 in tutto il mondo, sarà di quarta generazione. Questi impianti non prevederanno più la presenza di sistemi di emergenza aggiuntivi, pronti ad attivarsi se qualcosa andrà storto, bensì sfrutteranno fenomeni naturali come la circolazione spontanea dei fluidi di raffreddamento. Questi quando sono più caldi si spostano verso l’alto, mentre quando si presentano più freddi scendono verso il basso e chiudono il ciclo. Si predilige la sicurezza passiva, dal momento che resta in funzione anche in situazioni di emergenza.
Se pensiamo ad esempio a Fukushima, centrale di seconda generazione, abbiamo l’esempio di quanto possa accadere se un sistema di sicurezza alimentato a gasolio viene messo fuori uso, per esempio a causa di uno tsunami. Qualora in quello stabilimento fosse già stato attivo un sistema di circolazione spontanea, la centrale avrebbe potuto assorbire l’onda d’urto, continuando a operare.
Gli small modular nuclear reactors
I cosiddetti Small Modular Reactors (SMR) sono reattori a fissione di piccole dimensioni. Si tratta di unità appositamente pensate per applicazioni dislocate e modulari, da cui il nome. Varie sono le forme e tipologie di questi componenti, ideali per essere inseriti in spazi ove un reattore più grosso non entrerebbe. Si possono trovare SMR basati su reattori termici o a neutroni veloci. Essendo più contenuti, sono pensati per generare 1000 MW di potenza termica, dunque circa 300 MW di elettrica. Si tratta di reattori agili e compatti, ben più pratici rispetto a quelli di dimensioni maggiori ma, inevitabilmente, anche considerevolmente meno potenti.
Quante centrali nucleari servirebbero in Italia?
Per rispondere alla domanda, del tutto teorica, che apre il paragrafo, possiamo procedere, in maniera ipotetica, nel seguente modo. Limitandoci all’elettricità, il calcolo da fare non è eccessivamente complesso. Attualmente utilizziamo quasi 35 miliardi di metri cubi di gas per produrre 140 terawattora di energia elettrica. Si stima che cinque reattori medi comporterebbero un risparmio di circa otto miliardi di metri cubi di gas. Ne servirebbero dunque 20-25 al fine di rendere la produzione di energia elettrica completamente slegata dall’import di gas naturale.
Ipotizzando la realizzazione di centrali di ultima generazione sul nostro territorio, dotate di reattori come gli APR coreani (1400 MW di potenza elettrica) o gli EPR francesi (1600-1750 MW), il numero scende a circa 15 reattori. Integrando al nostro calcolo la possibilità di sostituire almeno parte del gas utilizzato per generare elettricità con fonti rinnovabili (intermittenti come ben sappiamo, ma comunque capaci di contribuire in maniera importante), il numero scenderebbe fino a 10 reattori, per eliminare del tutto il gas. 15 se volessimo eliminare anche il carbone.
Si tratta di un numero che non tiene in considerazione numerose variabili, ma può darci un’idea di quale dimensione dovrebbe avere un eventuale programma di ritorno al nucleare, in un Paese nel quale questa forma di energia è stata bocciata, per ben due volte, dagli aventi diritto al voto.
Si possono riaccendere le centrali spente negli anni ’80?
Una domanda come questa appare legittima quando si scrive di energia nucleare riferita all’Italia. La risposta è molto semplice: no. I nostri stabilimenti attivi erano 4 nel 1987, quando il popolo scelse di invertire la rotta e chiudere la porta su un possibile futuro energetico nucleare. Avevamo impianti operativi a Latina, Sessa Aurunca, Trino Vercellese e Caorso. I primi tre risalivano agli anni ’60 ed erano già a fine vita. Di lì a poco, indipendentemente dal risultato dello scrutinio, sarebbero stati definitivamente spenti.
Oggi sarebbero duque inefficienti, oltre che vetusti e pericolosi. La centrale di Caorso era invece di seconda generazione, aperta nel 1981, e restò operativa fino all’86. Essendo stata usata poco e dotata di un comparto produttivo simile a quello di molti altri poli attualmente funzionanti, sarebbe teoricamente ancora utilizzabile. La pratica, però, ci dice tutt’altro.
Molte parti dell’impianto sono state smantellate e l’inattività, oltre all’assenza di manutenzione, ha probabilmente inficiato tutte le altre, nel frattempo. E che dire poi della manodopera necessaria? Chi vi lavorava oggi è uscito dal mercato del lavoro o ha trovato altri impieghi. In aggiunta, non abbiamo professionisti formati, dal momento che nel nostro Paese non occorre a nessuno personale specializzato in queste mansioni.
Al momento del referendum dell’87, una quinta centrale nucleare era completa all’85%, e attendeva di essere messa in funzione. Si tratta dello stabilimento di Montalto di Castro. Essa, in seguito alla decisione dei governi Goria, De Mita e Andreotti di mettere la parola fine al programma nucleare italiano, venne riconvertita. Diventò un impianto convenzionale, a policombustibile, ugualmente destinato alla produzione di energia. Se fosse stata terminata avrebbe avuto a disposizione due reattori BWR, da 980 MW, elettrici. Ciascuno di questi produrrebbe 7,8 TWh di elettricità, ogni anno. Ciò avrebbe comportato un risparmio di 3,3 miliardi di metri cubi di quel gas che oggi importiamo.
