Se si parla di energia pulita, non si può non parlare di una fonte di energia alternativa alle fonti rinnovabili e ai combustibili fossili: l’energia nucleare.
Da sempre al centro di un dibattito acceso, tra chi le vede come la soluzione ai problemi energetici del futuro e chi le considera una minaccia incombente, le centrali nucleari rappresentano una delle principali fonti di energia elettrica a livello mondiale.
La loro storia ha avuto inizio nel 1954, a Obninsk nell’Unione Sovietica, quando è stata inaugurata la prima centrale nucleare in grado di generare elettricità per una rete elettrica.
Questi impianti vengono chiamati nucleari perché sfruttano un processo denominato fissione nucleare: è un processo in cui un nucleo atomico pesante, tipicamente uranio-235, assorbe un neutrone e si scinde in due nuclei più leggeri, detti prodotti di fissione, e un numero variabile di neutroni liberi, dando inizio a una reazione nucleare a catena (quella che avviene all’interno delle centrali nucleari viene definita controllata).
L’uranio presente in natura è principalmente composto da uranio-238, un isotopo stabile che non può sostenere una reazione nucleare a catena. Solo una piccola percentuale, circa lo 0,7%, è costituita dall‘isotopo fissile uranio-235, capace di assorbire neutroni e scindersi in nuclei più leggeri, liberando energia e ulteriori neutroni e quindi in grado di sostenere una reazione nucleare a catena. Per innescare e mantenere una reazione a catena controllata nei reattori nucleari, è necessario aumentare la concentrazione di uranio-235 attraverso un processo industriale chiamato arricchimento. Questo processo separa gli isotopi dell’uranio, concentrando l’uranio-235 fino a raggiungere una percentuale compresa tra il 3% e il 5%, a seconda del tipo di reattore.
Ma come si fa a ricavare energia dagli impianti nucleari?
All’interno delle centrali nucleari, sono presenti diversi elementi che permettono lo svolgimento della reazione in modo sicuro ed efficiente:
- un reattore nucleare;
- il fluido refrigerante;
- le turbine;
- i generatori elettrici.
All’interno del reattore avviene il processo di fissione dal quale si libera calore che viene trasferito ad un circuito primario contenente un fluido refrigerante, solitamente acqua pressurizzata. Il fluido riscaldato cede il proprio calore ad un circuito secondario, trasformando l’acqua in vapore. Il vapore ad alta pressione, espandendosi, mette in rotazione le turbine, collegate a generatori elettrici, che convertono l’energia meccanica in energia elettrica, il tuttosenza generare emissioni di CO2!
Un focus sulle tipologie di impianti
È possibile distinguere:
- Centrali Nucleari di Prima e Seconda Generazione
Sono le centrali più antiche e diffuse. Utilizzano reattori a fissione nucleare, dove atomi pesanti come l’uranio vengono divisi in atomi più leggeri, liberando una grande quantità di energia. Impiegano principalmente reattori ad acqua leggera pressurizzata (PWR) e ad acqua bollente (BWR).
Hanno dimostrato la loro affidabilità e sono state ampiamente utilizzate per decenni ma presentano alcuni rischi legati agli incidenti nucleari e alla gestione dei rifiuti radioattivi.
- Centrali Nucleari di Terza Generazione
Rappresentano un’evoluzione delle generazioni precedenti, incorporando miglioramenti significativi in termini di sicurezza e efficienza.
Introducono nuove caratteristiche di sicurezza, come sistemi passivi di raffreddamento e contenimento più robusti.
- Centrali Nucleari di Quarta Generazione
Sono ancora in fase di sviluppo e potrebbero rappresentare una soluzione per superare i limiti delle generazioni precedenti. Si basano su tecnologie più avanzate, come i reattori a neutroni veloci, che offrono una maggiore sicurezza, una migliore gestione del combustibile e la possibilità di utilizzare combustibili nucleari diversi.
- Piccoli Reattori Modulari (SMR)
Gli SMR sono reattori di dimensioni ridotte, progettati per essere prodotti in serie e installati in moduli. Offrono una maggiore flessibilità rispetto ai grandi reattori, minori costi di costruzione e tempi di installazione più rapidi. Possono utilizzare diverse tecnologie, tra cui reattori ad acqua leggera e reattori a sale fuso.
Un po’ di dati
Secondo i dati riportati dal PRIS, il Sistema di informazione sui reattori istituito dall’International Atomic Energy Agency (AIEA), attualmente nel mondo sono attivi 415 impianti per la produzione di energia nucleare, con 60 in costruzione e una capacità installata pari a un totale di 373,7 GW(e).[2]
Negli Stati Uniti sono attivi 94 impianti, in Francia sono 56, mentre in Cina sono presenti 56 centrali operative con altre 27 in costruzione.
Nel 2022, la produzione di energia nucleare nel mondo è stata guidata dagli Stati Uniti, dove con una capacità installata di 94,72 GW(e), sono stati prodotti 772,2 TWh di energia elettrica, seguita dall’Europa che ha registrato una produzione di energia elettrica di 609,25 TWh: si tratta della produzione più bassa dal 1990, con un calo del 16,7% rispetto al 2021.
La Francia, con i suoi 61,37 GW(e) di capacità installata, si è confermata il principale produttore di energia nucleare in Europa, nonostante la produzione nucleare francese sia scesa a 282,1 TWh (per la prima volta sotto i 300 TWh dal 1990): insieme a Spagna, Svezia e Belgio hanno prodotto oltre i tre quarti (73,7%) dell’energia nucleare dell’Unione Europea.
Notevole anche il risultato della Cina con una capacità installata di 52,18 GW(e) e 395,4 TWh di energia elettrica prodotta dalle centrali nucleari.[3]
Vantaggi e svantaggi energia nucleare
L’energia nucleare rappresenta una fonte energetica potente e costante, in grado di soddisfare un elevato fabbisogno energetico senza ricorrere ai combustibili fossili. Tuttavia, nonostante il crescente riconoscimento del ruolo dell’energia nucleare nella mitigazione del cambiamento climatico e nel miglioramento della sicurezza energetica, la sua diffusione è ostacolata da significative problematiche legate alla gestione delle scorie radioattive e ai rischi per la sicurezza, come evidenziato dai disastri di Chernobyl e Fukushima.
Nonostante ciò, tra le prospettive future, l’Agenzia Internazionale per l’Energia Atomica (AIEA) stima che entro il 2050 potranno verificarsi due scenari: o la situazione resterà sostanzialmente invariata rispetto ad ora, o potrà verificarsi un raddoppio della capacità nucleare entro il 2050, arrivando a circa 890 GW(e) di capacità installata.
In Italia l’energia nucleare è stata abbandonata nel 1987 quando, attraverso un referendum popolare, si è deciso di abbandonare definitivamente l’energia nucleare, portando alla chiusura di tutte le centrali esistenti. Negli ultimi anni, a causa della crescente preoccupazione per il cambiamento climatico e la necessità di diversificare le fonti energetiche, si è riaperto il dibattito sulla possibilità di riconsiderare l’energia nucleare come parte del mix energetico italiano.
Il futuro dell’energia nucleare in Italia è un tema che suscita un acceso dibattito, segnato da posizioni contrastanti e da una storia complessa. Si tratta comunque una soluzione che potrebbe portare non solo vantaggi economici e ambientali, ma potrebbe portare alla creazione di nuovi posti di lavoro: secondo un’indagine condotta dall’agenzia Ey[5], verrebbero creati 500mila nuovi posti di lavoro entro il 2050, di cui 52mila solo nella fase di costruzione!
I continui avanzamenti tecnologici, come i reattori di quarta generazione e i piccoli reattori modulari, offrono prospettive future interessanti per una produzione energetica più sicura, efficiente e sostenibile. Inoltre, la ricerca sulla fusione nucleare potrebbe rivoluzionare il panorama energetico globale, fornendo una fonte di energia praticamente inesauribile e a basso impatto ambientale.
Questa soluzione si basa sull’unione di due nuclei atomici leggeri per formare un nucleo più pesante, liberando una grande quantità di energia. Per far sì che si verifichi questa reazione, sono necessarie condizioni estreme: temperature elevatissime (decine o centinaia di milioni di gradi Celsius) e pressioni altissime. In queste condizioni, la materia si trasforma in plasma, uno stato in cui elettroni e nuclei sono separati.
I principali combustibili per la fusione sono il deuterio, un isotopo stabile dell’idrogeno presente in grandi quantità nell’acqua di mare e il trizio, un isotopo radioattivo dell’idrogeno che può essere prodotto in reattori nucleari o attraverso l’interazione di raggi cosmici con l’atmosfera terrestre. I problemi tecnici da superare sono ancora numerosi, come riuscire a creare le condizioni estreme necessarie per innescare la reazione, contenere il plasma ad altissime temperature e sviluppare materiali in grado di resistere a tali condizioni.
La fusione del deuterio e del trizio potrebbe fornire una fonte di energia quasi inesauribile e a bassissimo impatto ambientale e rappresenta una promettente strada per un futuro energetico sostenibilee, nonostante le sfide, si tratta di una tecnologia in fase di sviluppo.
I progressi scientifici sono costanti e molti paesi investono ingenti risorse in questo settore. Il progetto ITER[6], in Francia, è un esempio concreto di come la comunità scientifica internazionale stia lavorando per rendere la fusione nucleare una realtà. Si tratta di un progetto ambizioso al quale stanno partecipando diverse nazioni per costruire il più grande tokamak del mondo: si tratta di un dispositivo di fusione magnetica che potrà dimostrare la fattibilità della fusione come fonte di energia su larga scala e priva di emissioni di carbonio.
L’energia nucleare è un tema che suscita opinioni divergenti tra esperti e non, spesso creando confusione nel pubblico meno informato. Noi di Wonety, ci impegniamo a sostenere un’informazione scientifica e accurata, basata su dati solidi.
Il nostro obiettivo è fornirvi strumenti oggettivi per formare le vostre opinioni in modo consapevole, promuovendo la diffusione equa di informazioni fondate su evidenze scientifiche.
ELENCO DELLE FONTI
[1]https://www.iaea.org/newscenter/news/what-is-nuclear-energy-the-science-of-nuclear-power
[2]https://cnpp.iaea.org/public/
[3]https://pris.iaea.org/pris/PRIS_poster_2022.pdf [4]https://www.iaea.org/newscenter/pressreleases/iaea-annual-projections-rise-again-as-countries-turn-to-nuclear-for-energy-security-and-climate-action
[5]https://www.ey.com/it_it/news/2024-press-releases/01/studio-ey-nucleare [6]https://www.iter.org/proj/inafewlines
