giovedì 17 marzo 2011

Giappone e nucleare, Europa e nucleare, Italia e...

Il recente terremoto in Giappone, e soprattutto l'incidente in corso nella centrale termonucleare di Fukushima, hanno provocato un vero e proprio vespaio di polemiche riguardo alle centrali termonucleari nel mondo, e in Italia nel suo - per così dire - piccolo.
Infatti mentre tutto il mondo ferma molte centrali per mettere sotto controllo le procedure di emergenza, l'Italia impiega pochi minuti a schierarsi in due grandi, diciamo, famiglie: chi è favorevole al 100% al ritorno del nucleare nella nostra nazione, e chi è contrario al 100%. Entrambi portano le loro ragioni, ma - mi si consenta il gioco di parole - il problema che ho visto sinora è che nessuno dei due schieramenti, invece, semplicemente ragiona.
Due considerazioni rapide. La prima: sì, io sono favorevole all'uso del nucleare per la produzione di energia elettrica, soprattutto come strumento per togliersi dalla dipendenza dai combustibili fossili e non solo, che in Italia è un problema non indifferente.
La seconda: no, sono contrario alla costruzione di centrali nucleari in Italia, anche se questo può sembrare in controtendenza con la prima considerazione.
Ma spiego questa contraddizione subito. L'energia nucleare non è pulita, sono d'accordo, ma non è più sporca di altre forme di produzione di energia elettrica per via termica (anzi, in effetti il sistema clamorosamente meno sporco di tutti per produrre energia elettrica termicamente in questo momento è l'incenerimento dei rifiuti in un termovalorizzatore). E soprattutto in Italia abbiamo poco da piangere merenda che le centrali nucleari possano subire degli incidenti, visto che tanto compriamo molta energia elettrica da stati della comunità europea che le centrali nucleari le hanno edificate sino quasi ai confini con l'Italia.
Ma c'è un problema non indifferente in Italia. Un problema che si è presentato troppe volte per non poterlo ignorare "a priori": la cosiddetta gestione all'italiana delle cose.
Voi vorreste una centrale nucleare costruita con cemento depotenziato? Progettata, costruita e gestita a colpi di subappalti e outsourcing?
Io, personalmente, a livello estremista metterei in galera dopo una feroce ripassata di manganello chiunque dovesse solo azzardarsi di pensare alla parola subappalto nell'ambito della realizzazione nucleare, ma le cose in Italia non funzionano così. Lo abbiamo visto in passato, da quello remoto a quello più prossimo, ma con la differenza che - al contrario della "gente comune", noi italiani non siamo mai riusciti ad imparare dai nostri errori, e non possiamo permetterci di sperimentare con un palloncino che se scoppia rende inabitabile un'area di svariati chilometri di raggio, facendo morire chissà quante persone fra atroci sofferenze: perché abbiamo dato la nostra fiducia al signor X per costruire una centrale nucleare e questo signor X si è dimostrato indegno della nostra fiducia.
Per cui, come già espresso da un referendum, è opportuno evitare di ritornare al nucleare in Italia.
Ma ora vado avanti, per analizzare perché l'incidente nucleare grave è sempre dietro l'angolo, per analizzare che cosa è andato storto a Fukushima, e potrebbe andare storto, domani, in una qualsiasi centrale nucleare nel mondo.
Ci sono molti modi di produrre energia elettrica, quello più diffuso è il meccanismo termico: si produce vapore ad alta pressione e lo si utilizza per far girare una turbina.
La centrale termonucleare utilizza una reazione fissile nucleare per surriscaldare l'acqua e vaporizzarla. La reazione viene gestita utilizzando un meccanismo basato alla lontana sulla pila nucleare di Fermi: delle barre di uranio debolmente arricchito (mediamente intorno al 2%) coperte di una lega di zircone emettono neutroni, che vengono rallentati da un moderatore ed eventualmente bloccati da delle barre inframmezzate che contengono piombo e boro.
Il moderatore è semplice acqua, che rallenta i neutroni e sottrae il calore della reazione portandolo a uno scambiatore dove altra acqua viene vaporizzata e usata per le turbine. In questo caso l'acqua fa anche da fluido refrigerante.
L'uso dello scambiatore è ovvio: l'acqua in cui è immerso il nucleo è radioattiva, e in essa sono disciolte alcune "scorie" provocate dalla reazione fissile. Con dei meccanismi complessi è possibile recuperare quest'acqua per filtrare via parte delle scorie, e contemporaneamente introdurre altra acqua (di norma si utilizza acqua fortemente demineralizzata, ma (come sta avvenendo a Fukushima al momento) è possibile (danneggiando però la struttura) introdurre se necessario altra acqua, compresa l'acqua di mare.
Ora, le barre di piombo e boro sono mobili, e legate a un meccanismo che le solleva singolarmente attraverso una gru [e che può sganciarle e ficcarle dentro alla meno peggio in caso di emergenza, inchiodando de-facto la reazione fissile in pochi istanti (questa procedura di emergenza si chiama SCRAM e può persino danneggiare le barre di controllo stesse)].
Adesso una nota importante. È vero: il terremoto in Giappone è stato molto potente (8.9 Mw), e lo tsunami che ne è seguito ha fatto tabula rasa dove i danni del sisma sono stati abbondantemente limitati. Quello che è successo a Fukushima è sarcasticamente ridicolo: la centrale infatti ha retto al sisma e, nonostante fosse accanto al mare, anche allo tsunami.
E allora cosa è successo, mi chiederete subito tutti? Semplice: è successo ciò che è ovvio. Le procedure di emergenza automatiche sono entrate in funzione come era previsto che fosse appena c'è stato il sisma. La principale procedura di emergenza è quella di attivare in caso di terremoto la procedura di SCRAM e spegnere immediatamente il reattore.
Naturalmente il reattore non è un'automobile utilitaria media, che si gira una chiave e si spegne: la procedura di spegnimento è lunga e complessa, e quella di spegnimento repentino (SCRAM) richiede il perfetto funzionamento della cosiddetta "corrente di ritorno".
Le centrali nucleari non sono elettricamente autonome: significa che quando il reattore è spento, non possono generare corrente per le loro esigenze, e in questo caso si basano su due supporti: il primo è la corrente generata da altre centrali che ritorna nei loro circuiti. La seconda, che è quella di emergenza in mancanza della prima, sono degli accumulatori che danno da due a cinque ore di autonomia media, e soprattutto una serie di gruppi elettrogeni diesel da accendersi mentre si è in batteria.
Ma a una centrale nucleare serve elettricità quando il reattore si spegne? Sì, naturalmente. Per tre motivi.
Anzitutto perché se manca elettricità non funziona nessuno strumento di controllo dello stato della centrale, non funzionano termometri, non funzionano misuratori di livello, computer etc.
Poi perché se manca l'elettricità non è possibile effettuare le lunghe e complesse procedure di avviamento del nucleo, di avviamento della centrale e di sincronizzazione con la rete del distributore elettrico.
Ultimo, ma non meno importante, perché il combustibile ha sempre un calore latente che bisogna tenere sotto controllo, continuando a pompare liquido refrigerante (acqua) nel circuito. Ah, ovviamente se la reazione nucleare viene spenta con lo SCRAM, le barre per effetto della conservazione dell'energia cominciano a surriscaldarsi molto violentemente (si passa dalla temperatura di esercizio di 250~300 gradi a temperature che possono toccare i mille gradi), ma un efficace sistema di raffreddamento in funzione permette di dissipare rapidamente (nel giro di qualche ora) questo calore in eccesso e riportare il nucleo a temperature ragionevoli (a reattore spento, a causa della ridotta ma non totalmente spenta attività fissile, stiamo intorno ai 45~65 gradi. In ogni caso, il raffreddamento non deve mai mancare e, soprattutto, ogni barra deve essere coperta di acqua per la sua intera lunghezza.
Ora ritorniamo a Fukushima: a causa del sisma i reattori sono andati automaticamente in SCRAM, e quindi automaticamente la temperatura dei nuclei è zompata fino a un migliaio di gradi nel giro di pochi secondi. Tutto normale, le pompe tengono grazie agli accumulatori, e nel frattempo i tecnici devono avviare i gruppi elettrogeni per far lavorare le pompe di raffreddamento.
Ecco l'inghippo. Il sisma non ha danneggiato l'edificio della centrale, così come non l'ha danneggiato neppure il catastrofico tsunami che c'è stato poco dopo. L'edificio, già, ma... i gruppi elettrogeni?
Ecco: ci siete? Ora immaginatevi la scena: le batterie sono a pieno regime (ma non dureranno molto), e un inquietante colloquio fra i tecnici:
T1: "Ok, le batterie non andranno che per un paio d'ore. Accendiamo i gruppi elettrogeni"
T2: "Non si può"
T1: "COME NON SI PUÒ? Accendiamo subito i gruppi, o il raffreddamento si ferma!"
T2: "Non si può: i gruppi elettrogeni se li è portati via lo tsunami"
T1: "Chiama un'altra centrale, chiama il governo, chiama l'officina più vicina che dispone di un gruppo elettrogeno"
T2: "Chi ca$$o chiamo, che i telefoni sono morti? E anche se rintraccio qualcuno, sono saltate le strade, sono saltati i trasporti, è saltato tutto."
T1: "E le altre centrali, qualcuno può darci corrente di ritorno?"
T2: "Quelle nucleari sulla fascia sono tutte spente, e anche ammesso, le linee di interconnessione alla rete sono su tralicci, e sono saltate anche quelle..."
T1: "Ops... Ehm... un po' d'incenso a Buddha?"
T2: "Lo tsunami ha sparso il tempio su una decina di chilometri quadrati..."
Ecco il problema.
Il nucleo comincia a surriscaldarsi. L'acqua di raffreddamento gira finché c'è corrente, poi salta anche quel circuito, e il nucleo si scalda, si scalda, si scalda a temperature che non vi immaginate.
Il contenimento del nucleo è una specie di immensa pentola a pressione, in cui grazie al fatto di tenere la pressione dell'acqua elevata, si evita l'ebollizione e la conseguente vaporizzazione dell'acqua. Ma l'acqua non gira e continua a scaldarsi, finché si vaporizza e sale ancora la pressione.
La pressione sale troppo, e il contenimento rischia di saltare per la troppa pressione come il gigantesco tappo di una bottiglia di spumante, come successe a Cernobyl, ma qui almeno c'è un minimo di intelligenza: evitiamo questo rischio, scarichiamo pressione.
Ma scaricare pressione e buttare vapore radioattivo fuori dalla centrale (dopo aver evacuato a un raggio di circa 3km perché almeno si evita l'esposizione alle radiazioni ionizzanti del vapore, il tempo che si disperda) elimina solo il rischio "bottiglia di spumante": il nucleo continua a scaldarsi, e comincia a scarseggiare l'acqua, con il rischio di scopire parte del nucleo e peggiorare l'aumento di temperatura, quel poco di reazione che avviene con le barre di controllo senza acqua avviene anche senza moderazione.
E il nucleo si scalda ancora, e le barre raggiungono i 1800 e passa gradi centigradi. A questo punto?
A questo punto il peggio: le barre sono ricoperte di una lega di zirconio, che a quella temperatura cominciano a fondere. Ma soprattutto quella temperatura è sufficientemente alta da riuscire a mandare l'acqua di raffreddamento a separarsi in idrogeno e ossigeno. E sale ancora la pressione, e bisogna di nuovo ventilare, ma qui c'è il secondo problema: l'idrogeno è altamente infiammabile, e mentre si comincia a scaricarlo dentro l'edificio della centrale, una semplice scintilla provoca una disastrosa deflagrazione, che demolisce parte dell'edificio (e nonostante tutto, la botta non arriva a criccare il contenimento del nucleo): e barre di combustibile ormai sono quasi completamente fuori dall'acqua, la temperatura continua a salire e si cerca di pompare manualmente acqua di mare (che manda immediatamente a $donnine_di_facili_costumi tutto il sistema del reattore), ma non c'è altro da fare. Perché come successe con Cernobyl, il ragionamento del combustibile è sempre il medesimo: se la temperatura sale, si fonde diventando una palla di magma che può raggiungere i circa seimila~seimilacinquecento gradi. A quel punto sta all'uranio, decide lui che cosa fare: può innescarsi spontaneamente, esplodendo non come una gigantesca bomba atomica (non c'è massa attiva sufficiente a giungere a quella critica, per lo meno, ma ciò non renderebbe comunque la centrale un petardino di capodanno) ma quasi, oppure può continuare rapidamente la reazione fissile portando il nucleo oltre i 12~14 mila gradi. A quel punto, avverrebbe la cosiddetta "sindrome cinese": potenzialmente il nucleo-magma potrebbe fondere la base della sezione di contenimento, fondere la base dell'edificio, fondere il terreno che c'è sotto e precipitare all'interno del pianeta "continuando la sua corsa ininterrotta fino in Cina", ma più probabilmente pescherebbe la prima falda acquifera innescando una gigantesca esplosione d'idrogeno e scagliando tonnellate di materiale radioattivo in una nube tossica dalle proporzioni inimmaginabili, e provocando un fallout radioattivo che neanche Hiroshima e Nagasaki messe assieme...
In Europa c'è una gestione un po' creativa della produzione di energia elettrica, perché è possibile acquistare corrente dagli stati vicini in caso di necessità, o di rivenderla in caso di surplus, mentre il Giappone essendo un arcipelago un tantinello isolato, è dominato da un certo equilibrio di produzione elettrica, perché un'eventuale sovraproduzione non si potrebbe utilizzare per nulla. Il terremoto e il conseguente spegnimento di molte centrali ha fatto vacillare questo equilibrio, peraltro. Ma con questo non indifferente polpettone tecnico quello che volevo sottolineare, soprattutto, è questo concetto:
Non è la generazione costruttiva della centrale che ne definisce la sua sicurezza intrinseca. La centrale può essere di prima o di millesima generazione: come il terremoto non ha danneggiato l'edificio di Fukushima, una centrale costruita in Italia con tutti i clismi reggerebbe un sisma e uno tsunami simili, ma quello che non è garantito è: l'autonomia elettrica della centrale in caso di calamità. Il rischio che il reattore fonda perché sono saltate le infrastrutture esterne è troppo elevato, ed è indipendente dalla generazione della centrale stessa.
Una breve considerazione finale: io nel XXI secolo se dovessi costruire una centrale nucleare, nella considerazione che non c'è autonomia elettrica, al di là delle linee di ritorno ridondate e dei gruppi elettrogeni, avrei anche la buona creanza di disseminare l'edificio di pannelli fotovoltaici, tanto per poter dire che crollato tutto, uno schifoso sistema per avere corrente in caso di emergenza ce l'abbiamo comunque.
Uff. Spero di aver reso le idee un po' più chiare a tutti quanti. Se avete altri dubbi, o correzioni, intervenite pure, perché l'argomento credo che abbia bisogno di essere approfondito, anziché lasciato in un semplice schieramento estremo fra favorevoli e contrari.

2 commenti:

Eliana ha detto...

Concordo in pieno con le tue motivazioni per essere contrario alla costruzione di centrali nucleari in Italia: non mi fiderei mai dei costruttori! Ho notato che sei molto ben informato riguardo il nucleare, e vorrei farti una domanda che mi pongo da molto tempo: perchè non si pone l'attenzione alle "energie pulite"? E anzi vengono tagliati i fondi?
Tieni presente che non sono molto informata sui dettagli della "produzione" di energia, come eventuali prodotti di scarto nocivi per l'ambiente, e quindi ti chiedo anche: esiste una tecnica più pulita di altre?

Grizzly ha detto...

Uhm. Nell'ordine, partendo dalle forme più pulite, abbiamo:
* L'eolico (nessun tipo di emissione), che però deturpa il paesaggio con le sue pale;
* L'idroelettrico (nessun tipo di emissione), che però richiede l'edificazione di dighe e il convogliamento dell'acqua, e alle parole magiche come "cemento depotenziato" e "subappalto" dobbiamo aggiungere anche "Vajont" a ricordarci che una diga può anche tenere;
* Altre forme rinnovabili (es. correnti marine), che non hanno emissione in ambiente;
* Il termonucleare (nessun tipo di emissione nell'ambiente), che ovviamente a fine ciclo produttivo genera scorie da stoccare;
* Il fotovoltaico (nessun tipo di emissione nell'ambiente), che però per essere avviato ha generato nell'ambiente inquinamento da prodotti chimici per pulire e curare il silicio;
* Il solare termodinamico (nessun tipo di emissione nell'ambiente), che però genera a cadenze regolari rifiuti speciali (i sali fluidi);
* Termovalorizzazione dei rifiuti (emette CO2 e altri inquinanti, e sfrutta in parte anche combustibile fossile come metano);
* Il termoelettrico a combustibili fossili (OCD, Metano, Carbone) e parallelo ciclo combinato (emissione di CO2 e altri particolati);

I sistemi sono molti, ognuno ha i suoi pregi e i suoi difetti. A mio parere le fonti rinnovabili possono coprire un fabbisogno non superiore al 25% di quello effettivo. Per il restante 75% ci si deve basare sul termico per forza maggiore, e il termico ideale potrebbe essere quello a idrogeno (unica emissione in ambiente: vapore acqueo).
Ma il vero discorso è un altro. Da una parte si deve ridurre drasticamente il livello di rifiuti urbani con piani di riciclo e differenziazione implacabili, dall'altro si devono ridurre i consumi elettrici tagliando molte cose (come i beppegrilliani citofoni accesi 24h per stare in silenzio, anziché attivarsi quando si suona), e infine si deve passare all'incenerimento dei rifiuti per rendere la mondezza una risorsa per energia ed acqua calda. Dire che un inceneritore inquina quando è stranoto che inquina migliaia di volte meno di una centrale a olio combustibile o carbone vecchia di cinquant'anni... ad Augusta non vogliono l'inceneritore e si tengono una centrale che cade a pezzi!
E, come ripeto, il nucleare è anche un'alternativa proponibile (niente CO2), ma richiede non solo un corretto investimento logistico per la struttura, ma anche una soluzione a lungo termine per lo stoccaggio delle scorie.