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Nucleare, meglio dei fossili?

energia nucleare intro

di Patrizia Marani

Esistono due tipi di tecnologie capaci di trarre energia dal nucleo atomico violando quel mondo infinitesimale perfetto il cui nome stesso, atomo, significa in greco indivisibile, e considerato sino a due secoli fa la parte più piccola della materia: la fissione e la fusione nucleare.
Sappiamo ora quanto il microcosmo atomico sia complesso, quasi un sistema solare in miniatura, in perfetto equilibrio: un pesante nucleo pieno di protoni e neutroni, positivamente carico, attorno al quale ruotano gli elettroni, come pianeti attorno al sole, di carica opposta. Ebbene, mentre la fissione ottiene quantità enormi di energia spaccando il nucleo atomico, la fusione la ricava fondendo i nuclei di isotopi di idrogeno. Ma come vi riescono e quali sono i limiti di queste tecnologie?

FUSIONE NUCLEARE

La quantità d'energia rilasciata attraverso le reazioni nucleari è molto più grande di quella ricavata dalle reazioni chimiche. Fondendo in un reattore a fusione nucleare due isotopi dell'idrogeno, 33 mg di deuterio ricavati da un litro di acqua di mare con 50 mg di trizio, facilmente ottenibile da 5 grammi di minerale di litio, si produce una energia equivalente alla combustione di 360 litri di benzina. La combustione nucleare dell'idrogeno è l'energia che alimenta il sole e tutte le stelle attive. Ma è possibile riprodurre in una centrale elettrica l'enorme pressione e le temperature incandescenti, oltre i 100 milioni di gradi, delle reazioni nucleari che hanno luogo all'interno del sole e creare energia fruibile per le attività umane?

Le reazioni nucleari di fusione più semplici sono quelle che utilizzano due isotopi radioattivi dell'idrogeno, il deuterio e il trizio. Il deuterio è un combustibile facile da estrarre ed inesauribile, in quanto è ricavato dall'acqua di cui costituisce lo 0,016 per cento. Il trizio viene estratto dal litio, il metallo più leggero. Quando due nuclei di idrogeno si fondono dando vita al più pesante nucleo di elio generano enormi quantità di energia in forma di particelle energetiche. La massa dei due nuclei fusi non è pari alla somma delle loro masse, ma è minore perché parte della massa, la differenza fra quella di partenza e quella finale, si è convertita in energia.

Un reattore a fusione è in gran parte pulito giacché emette scorie in forma d'innocuo gas elio, ma la fusione nucleare non si realizza facilmente sulla terra come accade nel sole. In primo luogo, i nuclei degli isotopi, essendo di carica positiva, si respingono. Per far prevalere la forza attrattiva su quella repulsiva è necessario scagliare i due nuclei l'uno contro l'altro con grande energia, utilizzando livelli di temperatura elevatissimi. Sino ad ora, le reazioni da fusione si sono dimostrate difficili da mantenere per un tempo utile a produrre energia fruibile.

La tecnologia, oggetto di quarant'anni di ricerca, sarà forse pronta per la metà del secolo, oppure, sospettano i maligni, allorché il petrolio diverrà sempre più difficile da estrarre e l'energia spesa sarà pari o superiore a quella ricavata.

FUSIONE NUCLEARE A FREDDO

Attualmente, tuttavia, diversi centri di ricerca e laboratori si contendono la palma della messa a punto di un altro tipo di fusione nucleare, quella a freddo.

Oltre a rivelare l'esistenza di un nuovo tipo d'interazione fra i nuclei atomici sino ad ora escluso dalla teoria scientifica tradizionale, la fusione a freddo promette di essere una nuova fonte di energia inesauribile e priva di scorie o emissioni inquinanti. In che cosa consiste questo fenomeno che è ad un tempo altamente controverso ed una grande promessa per l'umanità?

Si tratta di reazioni che si produrrebbero a pressioni e a temperature molto minori di quelle occorrenti per ottenere la fusione nucleare "calda", per la quale si rendono necessarie temperature nell'ordine dei milioni di gradi. Ciò sarebbe reso possibile avvicinando i nuclei atomici di deuterio e trizio a distanze tali da vincere la reciproca forza di repulsione e inserendo nella reazione un catalizzatore come il palladio, che farebbe risparmiare quantità enormi di energia.

Il processo per il quale avviene la fusione non è ancora chiaramente comprensibile e ciò ha suscitato molto scetticismo. Tuttavia, tale procedimento, riprodotto centinaia di volte in laboratori in tutto il mondo da 13 anni, viene generato con sempre maggiore facilità e con metodi e materiali vieppiù variegati. Un'esperienza tutta italiana di reazione nucleare a bassa energia (LENR) allo studio fonde l'atomo d'idrogeno con quello del nickel, ottenendo una reazione totalmente priva di scorie radioattive.

SCISSIONE O FISSIONE NUCLEARE

Il nucleo atomico, circondato dalla nuvola di elettroni in movimento, viene spezzato traendo dalla sua frammentazione enormi quantità di energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche e di energia cinetica. Tale reazione di fissione è scatenata dall'inserimento di neutroni all'interno del nucleo di grandi atomi, quali quello di uranio o di plutonio, per renderlo instabile. L'inserimento spacca il nucleo in due parti quasi identiche, rilasciando ulteriori neutroni che portano avanti la reazione. Gli svantaggi di questa tecnologia sono due: produce considerevoli quantità di scorie altamente radioattive e utilizza combustibili limitati e non rinnovabili.

Lovelock segnala che è pur sempre meglio trarre energia dalla fissione nucleare che dalla combustione di combustibili fossili, rei di emettere in atmosfera 27.000 milioni di tonnellate di anidride carbonica per anno, l'equivalente, se solidificate, di una montagna alta più di un chilometro e 600 metri, con una base di circa 20 chilometri di circonferenza. La stessa quantità di energia prodotta dalle reazioni di fissione nucleare genera due milioni di volte meno scorie, una quantità che sta in un cubo di 16 metri. Non sarebbe quindi un problema, secondo Lovelock, seppellire le scorie che, a suo avviso, favoriscono altresì la crescita della vegetazione perché la radioattività, ci ricorda lo scienziato, è naturale, è parte della natura. Lo scienziato teorico di Gaia è giunto all'estrema provocazione di offrire il suo giardino come luogo di discarica delle scorie radioattive annuali di una centrale nucleare: "occuperebbero un metro cubo di spazio e potrebbero essere custodite in modo sicuro in un pozzo di cemento" – scrive lo scienziato – "e io userei il calore ricavato dai loro elementi radioattivi in decadimento per riscaldare casa mia. Sarebbe uno spreco non usarlo e, soprattutto, non costituirebbe un pericolo per me, la mia famiglia o gli animali selvatici". Questi dati, sempre secondo Lovelock, non sarebbero portati all'attenzione del pubblico perché l'industria nucleare non avrebbe neppure lontanamente la forza della potente lobby dei combustibili fossili, il vero pericolo per il pianeta terra.

Di tutt'altro avviso sono Armaroli e Balzani che nel loro libro "Energia per un futuro sostenibile" affermano che il vero problema dell'energia nucleare è proprio quello dell'eliminazione delle scorie la cui radioattività diminuisce, a seconda degli elementi, nell'arco di centinaia d'anni e può altresì superare il milione di anni! "La quantità annua di scorie di alto livello radioattivo ammonta a 250.000 tonnellate e aumenta di 12.000 tonnellate l'anno, l'equivalente di 100 autobus a due piani". Hmm, non proprio ideale da seppellire nell'orto di casa....
Al di là della proposta folle di sparare il combustibile nello spazio o immagazzinarlo nei fondali oceanici, l'unica soluzione ragionevole sembra essere la creazione di un deposito sotterraneo, ma anche qui la tempistica di decadimento della radioattività è nell'ordine dell'eternità, dai 10.000 a 1.000.000 d'anni.

Un altro limite della fissione nucleare risiede nella limitatezza e concentrazione delle risorse di uranio. Pressoché inesistenti in Europa, fattore non certo secondario, i giacimenti sono presenti in 14 paesi, ma concentrati in soli sei, nessuno dei quali è europeo. La dipendenza energetica dell'Europa diverrebbe totale e molto maggiore di quella dalle importazioni di gas e petrolio. Per di più, la produzione attuale di uranio è già inferiore del 37% alla domanda mondiale.

Il mistero si fa sempre più fitto. Quali fonti energetiche possono mantenere accese le luci della civiltà, sostituendo velocemente i combustibili fossili?

Leggi l'articolo introduttivo, "Quale fonte di energia?"

Leggi l'articolo Sostituire i fossili con l'energia solare, alcuni ostacoli

Leggi La vera storia delle biomasse

FONTI BIBLIOGRAFICHE:

Energia per un mondo sostenibile, Nicola Armaroli e Vincenzo Balzani, ed. WILEY-VCH

The Revenge of Gaia - James Lovelock