L'energia nucleare e il futuro senza petrolio

Prima o poi ne avrei dovuto parlare. E lo faccio oggi.
Partendo da una premessa: parlare di "energia nucleare" senza ulteriori specificazioni non ha alcun senso. Infatti, il problema non è l'"energia nucleare", di per sé pulita, ma come la si produce. E per produrre energia nucleare non c'è un solo modo, ma ce ne sono diversi. Stendiamo un velo pietoso sul dibattito politico e sulle testate giornalistiche che trattano l'energia nucleare come una categoria unitaria e omogenea (forse considerano il cittadino troppo stolto per poter capire che non è cosi').

In fisica si puo' produrre energia nucleare in diversi modi, vediamoli brevemente senza entrare troppo in dettagli tecnici:

Fissione a caldo
Un nucleo atomico pesante (in primis uranio 235) si scinde in due nuclei leggeri producendo neutroni liberi (e quindi scorie radioattive) e energia. La reazione puo' essere spontanea o indotta dall'esterno con l'urto di protoni o neutroni. Un solo Kg di uranio 235 produce 18,7 milioni di chilowattora  sotto forma di calore. I neutroni emessi possono provocare la fissione in altri nuclei di uranio 235. Dell'uranio presente in natura, solo lo 0,7% è uranio 235.

Fusione "a caldo"
Due nuclei leggeri (in genere idrogeno o suoi isotopi) si fondono in un nucleo pesante producendo neutroni ed energia. E' quanto accade naturalmente sul sole grazie alla fortissima attrazione gravitazionale che riesce a comprimere nuclei ad alta densità. Grazie alle altissime temperature, i nuclei riescono a "sconfiggere" la repulsione elettrostatica e a fondersi. La fusione a caldo è detta termonucleare a causa delle altissime temperature richieste per "simulare" condizioni vagamente simili a quelle del sole.

Fusione "a freddo"
II 23 Marzo 1989  due elettrochimici  dello UTAH, Martin Fleischmann e Stanley Pons, annunciarono la scoperta della fusione "fredda". Sembrava che l'uomo potesse avere energia pulita a costi minimi e senza produzione di radioattività. Da allora, il mondo scientifico dibatte, con molto scetticismo, sulla fusione a freddo. Molti scienziati in tutto il mondo studiano e sperimentano. Due sono i sistemi usati per consentire la fusione a temperatura-atmosfera: “confinamento magnetico” e “confinamento inerziale”. Ad oggi lo stato della ricerca è ancora molto lontano dall'essere in grado di fornire gli strumenti per l'introduzione di centrali che utilizzino la fusione a freddo, ed è dubbio che nell'immediato futuro possano farsi seri passi in avanti.

Vediamo ora le differenze tra fusione (a caldo) e fissione:

La fissione produce moltissima energia. Grazie agli effetti a catena, un reattore richiede quantità modeste di energia per funzionare. La redditività di una centrale a fissione è molto maggiore di quella di una centrale a fusione, che richiede molta energia per produrre le condizioni (soprattutto le temperature) necessarie al processo.
In una centrale a fusione la produzione di scorie radioattive è tre volte inferiore a quella degli impianti a fissione. Il reattore di una centrale a fusione non produce reazioni a catena idonee a fonderne il nocciolo ed il rischio "sicurezza" è conseguentemente decisamente piu' basso rispetto ad una centrale a fissione.
Nel caso in cui un incidente nucleare dovesse verificarsi, per le centrali a fusione il maggior rischio è la fuoriuscita di trizio, isotopo che decade in circa 12 anni. Nel caso di incidente in una centrale a fissione, fuoriescono isotopi la cui radioattività si dimezza solo dopo un periodo di tempo molto maggiore.
Le scorie nucleari prodotte dalla fissione devono essere conservate in appositi siti e potranno essere  eliminate del tutto solo dopo migliaia di anni, quelle prodotte dalla fusione richiedono invece circa 100 anni.

Dell'uranio presente in natura, solo lo 0,7% è uranio 235. Secondo le attuali stime, l'uranio 235 si sarà esaurito entro una quarantina di anni, rendendo problematica la fissione a caldo.

Tutte le centrali attive oggi nel mondo sono centrali a fissione che utilizzano uranio 235, ma l'uranio 235 è destinato ad esaurirsi completamente forse anche prima del petrolio!

Il progetto ITER - "International Thermonuclear Experimental Reactor" è il progetto di costruzione di una prima centrale a fusione. Sarà costruito in Francia, a Cadarache. ITER è un progetto cui partecipano UE, Cina, USA, Giappone, Corea del Sud e Russia.

Dunque possiamo dire che le centrali a fusione sarebbero, oltre che piu' sicure, enormemente meno insostenibili delle attuali centrali a fissione. I tempi per l'eliminazione delle scorie radioattive si abbassano vertiginosamente, ma restano comunque attorno ai 100 anni. Inoltre, vista la loro minore redditività, occorrerebbero molte piu' centrali a fusione per garantire lo stesso approvigionamento energetico. Ne consegue che probabilmente il quantitativo di residui radioattivi sarebbe  maggiore, ma smaltibile in tempi  minori, seppur tutt'altro che trascurabili.

Ecco alcuni "effetti collaterali" comuni ai diversi sistemi di produzione di energia nucleare:

Sicurezza: si dice che gli impianti a fissione siano sempre piu' sicuri. Ci mancherebbe altro, con tutti i soldi che sono stati spesi in ricerca! I numerosi recenti piccoli incidenti in Giappone dimostrano pero' che la sicurezza non è assoluta. E la storia non tanto lontana di Chernobyl insegna che, per quanto rari, quando i grandi incidenti si verificano, i danni che producono sono talmente alti che risultano difficilmente quantificabili. C'è una buona domanda da porsi: ci sono società di assicurazione pronte a stipulare una polizza di assicurazione contro i grandi incidenti di una centrale nucleare? La risposta è no.
Quanto agli impianti a fusione essi promettono di essere piu' sicuri, in particolare i danni in caso di gravi incidenti sarebbero minori. Ma quanto minori ce lo potrà forse dire il progetto ITER.

Stoccaggio delle scorie: indipendentemente dal sistema, dati i tempi di permanenza della radioattività, occorrono siti appositi per mettere al sicuro le scorie nell'attesa sia possibile smaltirle.
Ad oggi, nessun Paese al mondo ha trovato una soluzione definitiva (un sito o un insieme di siti), per lo stoccaggio. Come individuare il sito per lo stoccaggio? Quali comunità locali sarebbero disposte ad accettarlo?

Uso bellico: c'è un innegabile legame tecnologico tra uso civile e uso bellico delle tecnologie nucleari. Se va avanti l'uno, acquisisce conoscenze e "progredisce" anche l'altro. Non è un caso che i Paesi occidentali premano sull'Iran perché non costruisca centrali nucleari civili, temendo che essi possano prestarsi anche ad usi bellici.

In definitiva:

Quanto alle attuali centrali a fissione, ebbene se è a queste che ci si riferisce quando si parla di "nucleare" come fonte energetica del futuro, forse sarebbe bene tenere presente che l'uranio 235 è in via di estinzione. Investire nella fissione a mio modesto parere è un'enorme sciocchezza: già troppo denaro è stato sprecato in questa direzione.

Quanto alle centrali a fusione, ai minori problemi in termini di sicurezza e di radioattività dei residui, si accompagna anche una loro minore redditività energetica.
Sulla fusione ("calda" e "fredda") occorre aspettare i risultati del progetto ITER e sperare in una ulteriore riduzione dei tempi di smaltimento, perché 100 anni, che pur possono sembrare pochi rispetto alle migliaia di anni della fissione, sono ancora troppi perché si possa anche lontanamente ritenere che sia rispettato il Principio della capacità di assorbimento.