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Nucleare finalmente pulito e accettabile

IL NUCLEARE PULITO ESISTE?

a) RIASSUNTO

Abbiamo tutti ben chiaro che se vogliamo sostituire quote rilevanti dell’olio e del gas utilizzati per produrre oltre l’80% dell’energia necessaria e soprattutto per evitare che la fonte energetica del futuro finisca per essere proprio la più inquinante di tutte: il carbone si deve ricorrere anche al nucleare. Ma non l’attuale ritenuto da tutti inaccettabile.

E’ indispensabile, quindi, rendere l’utilizzazione pacifica dell’energia nucleare da subito sicura, pulita ed economica, soprattutto per evitare che si continuino a costruire centrali non adeguatamente protette, poco sicure, difficili da decommissionare ed eticamente inaccettabili come le attuali, che costituiscono una grave minaccia per tutti, anche per i quei Paesi che hanno rinunciato all’opzione nucleare.

 

Esiste un nuovo progetto di impianto nucleare integrato SUSE-NPP (SUpersafe & Simply/Easily decommissionable Nuclear Power Plant) che per rispetto dei Paesi che hanno rinunciato al nucleare dovrebbe essere adottato da tutti quelli che hanno invece deciso di proseguire con tale scelta, consentirebbe sia di proteggere una centrale nucleare tradizionale (di quelle oggi reperibili in commercio) da qualunque attacco terroristico, sia esso aereo che terrestre, sia di dare nel contempo soluzione al problema della sistemazione finale in assoluta sicurezza dei rifiuti radioattivi ed al decommissioning della centrale stessa al termine della sua vita operativa. Tutto ciò è reso possibile dagli accorgimenti di seguito sinteticamente indicati:

- ponendo l’isola nucleare in una caverna con un adeguato spessore di rocce e realizzando accanto ad essa sia un impianto per la caratterizzazione-trattamento-condizionamento dei rifiuti radioattivi che due depositi di tali materiali, uno definitivo per la medio-bassa attività ed uno temporaneo per l’alta attività e lunga vita;

- progettando fin dall’inizio l’isola nucleare in modo che alla fine della vita operativa della centrale essa possa essere facilmente/sicuramente decommissionabile semplicemente riempiendo, dopo aver rimosso parti con radionuclidi ad alta attività, la caverna ospitante il reattore e i generatori di vapore con cemento alleggerito o materiali simili.

In questo modo tutti i dubbi principali sollevati in questi anni sull’uso pacifico dell’energia nucleare avrebbero una risposta concreta e tecnicamente fattibile. Il SUSE-NPP, infatti, renderebbe da subito, in attesa dei reattori di IV generazione e di quelli a fusione previsti fra 30-40 anni, le attuali centrali nucleari a fissione realmente sicure, pulite, certamente decommissionabili ed economiche, come da tempo chiedono giustamente preoccupati ambientalisti, popolazioni e politici di mezzo mondo, specialmente dopo quanto avvenuto nel disastro di Chernobyl del 26 aprile 1986 e con l’attacco terroristico di inaudita violenza portato alle Torri Gemelle l’11 settembre del 2001.

A tale proposito merita tenere conto che:

- realizzare in sotterraneo l’isola radioattiva di una centrale nucleare non richiede maggiori investimenti, dati i consistenti risparmi ottenibili evitando di costruire strutture costose quali gli scudi protettivi del reattore, i vari edifici di sicurezza, le spesse piattaforme di contenimento basali, i sistemi di protezione fisica e antisismica oggi necessari...; il tutto peraltro, si badi bene, in cambio di un livello di sicurezza incomparabilmente maggiore di quello offerto da strati di roccia di adeguato spessore (circa 200 m);

- la collocazione, inoltre, degli impianti di condizionamento e smaltimento dei rifiuti radioattivi, da realizzare come previsto dal SUSE-NPP accanto alla centrale ospitante l’isola radioattiva, eviterebbe tutti i possibili rischi per l’ambiente esterno e per le popolazioni connessi con la movimentazione di tali materiali e darebbero certezza assoluta della loro sistemazione finale in sicurezza;

- progettare, sempre come previsto dal SUSE-NPP, un’isola radioattiva che non necessita di essere smantellata al termine della vita operativa della centrale e che può essere lasciata nella sua collocazione sotterranea originale, consente un decommissioning finale ultra semplificato che si riduce sostanzialmente nel rimuovere i soli materiali o parti irraggiati con l’alta attività e nel riempire, sigillando così il reattore e i generatori di vapore, la caverna che li ospita con cemento o materiali simili. Riducendo, quindi, al minimo le operazioni di smantellamento si darebbe la migliore e più sicura soluzione a tale problema e, ultimo ma non meno importante, si otterrebbe un risparmio talmente rilevante (valutabile per un’attuale centrale nucleare da 1.000-1.500 MW tra i 600 e i 700 milioni di €) da rendere estremamente conveniente il kWh così prodotto.

 



b) Descrizione estesa del nuovo progetto

Il nucleare pacifico può essere una soluzione importante per abbattere i gas serra come indicato dal raffronto riportato in figura. Quello da fissione presenta però problemi di accettabilità che in Paesi come il nostro sono praticamente insormontabili che, in particolare dopo quanto successo alle torri gemelle di New York, si può senz’altro dire a ragione.

Emissioni di gas serra da vari tipi di impianti per la produzione di energia elettrica (IAEA 2000) espresse in grammi di CO2 equivalenti/ kWh

 

 

 

 

Centrali nucleari esistenti nel mondo Fonte: www.insc.anl.gov/pwrmaps/map/

 

 

 

 

 

Centrali nucleari esistenti in Europa Fonte: www.insc.anl.gov/pwrmaps/map/

 

 

 

 

Centrali nucleari esistenti in America settentrionale Fonte: www.insc.anl.gov/pwrmaps/map/

Incidenza della produzione di energia elettrica con il nucleare per Paese

Fonti: WNA,IAEA. Nuclear Engineering International, including Handbook.




Dal discorso sullo Stato dell’Unione di G.W.Bush del 1 febbraio 2006: “…The energy bill also provided several new programs to encourage investments in safe and reliable nuclear power: production tax incentives and “risk insurance” intended to cover costs of unforeseen legal or regulatory challenges to plant operation. Nuclear energy provides reliable and clean power.”

Il nucleare da fusione è molto meno inquinante ma richiede ancora lunghi studi e sperimentazioni come si vede dal cronoprogramma riportato nel sito ITER International Thermonuclear Experimental Reactor .

 

In attesa della fusione, c’è però modo di risolvere i problemi del nucleare attuale sfruttando le capacità di contenimento e protezione delle rocce, come dimostrato da quanto avvenuto ad Oklo in Gabon (africa occidentale) 1,7 miliardi di anni fa, in maniera del tutto naturale. In questa località mineraria, infatti, nel 1972 sono stati rinvenuti dal fisico francese F. Perrin 15 reattori naturali sotterranei a fissione, in tre zone diverse.

È stato così possibile verificare che quando le reazioni a catena cessarono, le rocce sono state in grado di contenere efficacemente le scorie radioattive da esse prodotte confinandole a brevissima distanza dai suddetti reattori naturali.

 

 

Reattori fossili di Oklo (Gabon – Africa occidentale)

 

I PROBLEMI CHE IMPEDISCONO L’ACCETTAZIONE DI UNA CENTRALE NUCLEARE CONVENZIONALE A FISSIONE SONO:

 

  • LA SICUREZZA DELL’AMBIENTE E DELLA POPOLAZIONE ESTERNI

  • LA SICUREZZA VERSO ATTACCHI TERRORISTICI

  • LA CAPACITA’ ANTINTRUSIONE

  • LA CERTEZZA DELLA DECOMMISSIONABILITA’ FINALE DELLA CENTRALE

  • LA SICUREZZA NELLA MOVIMENTAZIONE DEI MATERIALI RADIOATTIVI

  • LA CERTEZZA DI SISTEMAZIONE FINALE DELLE SCORIE PRODOTTE

  • IL COSTO DEL KWH COSI’ PRODOTTO

 

Partendo dalla dimostrazione di Oklo, si possono applicare le conoscenze geologiche e minerarie per modificare gli attuali impianti nucleari in modo da poter ovviare a tutti i problemi sopra elencati.

È stato così predisposto un progetto “geologico” di impianto nucleare supersicuro e facilmente/certamente decommissionabile, denominato SUSE-NPP (SUpersafe & Simply/Easily decommissionable Nuclear Power Plant), sfruttante le capacità assolute di contenimento e protezione delle rocce del sottosuolo, da due esperti della SOGIN, l’ing. Susanna ANTIGNANO e il prof. Sergio D’OFFIZI.

La soluzione ideata, completamente italiana ed economicamente molto interessante, è stata favorita dalla scelta di un’impostazione iniziale radicalmente nuova che rovesciava l’approccio fin qui seguito nella progettazione nucleare: oltre a porre come obiettivi prioritari la sicurezza, la facilità di gestione dell’impianto ed una sua sempre maggiore competitività economica, si è fin dall’inizio stabilito che, oltre a consentire un’agevole e certa gestione delle scorie finali prodotte, esso dovesse essere nel contempo protetto da eventuali attacchi terroristici estremi ed essere facilmente e sicuramente decommissionabile a fine vita operativa.

 

Impianto nucleare EPR (European Pressurized Reactor)

 

 

Layout di un impianto EPR (European Pressurized Reactor)

 

1 – Reactor building

2 – Fuel building

3 – Safeguard buildings

4 – Diesel buildings

5 – Nuclear auxiliary building

6 – Waste building

7 – Turbine building

 

 

Isola nucleare dell’impianto nucleare EPR (European Pressurized Reactor)

 

Modellino dell’isola nucleare dell’impianto nucleare EPR (European Pressurized Reactor)

 

Pianta dell’impianto EPR con i principali edifici e componenti

 

Gli obiettivi di progetto inizialmente fissati per il nuovo impianto SUSE-NPP (SUpersafe & Simply/Easily decommissionable Nuclear Power Plant), sono stati:

1) il confinamento assoluto dei materiali radioattivi eventualmente rilasciabili;

2) l’assoluta protezione dell’isola nucleare da qualunque attacco esterno rendendolo addirittura poco interessante come obiettivo terroristico;

3) l’intrinseca decommissionabilità a costi irrilevanti a fine vita dell’impianto;

4) la certezza di smaltimento definitivo dei rifiuti radioattivi di medio-bassa attività

5) lo stoccaggio temporaneo in assoluta sicurezza del combustibile esaurito e dei rifiuti ad alta attività e lunga vita.

 

Obiettivi sicuramente ambiziosi, ma necessari, per rimuovere la contrarietà, sicuramente motivata, delle popolazioni al nucleare che sono stati risolti completamente dalle innovazioni SUSE-NPP, depositate presso l’Ufficio Italiano Brevetti e Marchi con domanda RM 2006A000104 del 1.3.2006 e con domanda RM 2007A000256 del 7.5.2007, ricorrendo alla protezione del reattore offerta dalle rocce del sottosuolo, alla predisposizione di impianti sotterranei associati per lo smaltimento delle scorie nucleari e ad un piano di decommissioning semplificato dell’isola radioattiva.

In analogia a quanto detto per i reattori fossili di OKLO, si possono utilizzare le barriere di contenimento geologiche in sostituzione della struttura di contenimento che avvolge il reattore ed i generatori di vapore dei moderni impianti PWR (pressurized water reactor) EPR franco-tedesco o AP1000 Westinghouse che siano. Per quanto riguarda l’EPR il contenimento delle barriere naturali viene anche offerto per la base del reattore e per gli edifici di sicurezza.

In pratica ciò si ottiene semplicemente spostando le componenti radioattive e i sistemi ausiliari e di controllo in sotterraneo, a profondità comprese tra i 200 e i 300 metri al di sotto della superficie ed in rocce idonee a consentire gli scavi necessari a contenere eventuali fuoriuscite di materiale radioattivo ed a resistere a qualunque attacco terroristico.

Il tutto a costo zero per i risparmi che si ottengono eliminando i due shelter, la base con cemento sacrificale e parte degli edifici di sicurezza.

 

Schema di un attuale EPR con l’isola nucleare (reattore e edifici ausiliari e di controllo a sinistra e con turbina e stazione elettrica a destra)

LEGENDA

1) Reattore

2) Generatori di vapore

3) Pressurizzatore

4) Pompe di raffreddamento del reattore

5) Scudo interno in cemento pre-compresso

6) Scudo di contenimento esterno in c/s rinforzato

7) Area di contenimento del nucleo fuso

8) Sala controllo

9) Generatori diesel d’emergenza

10) Sala turbine di generazione, alternatore, trasformatore e connessione alla rete.

 

Schema semplificato del progetto SUSE-NPP di impianto nucleare supersicuro e auto-decommissionabile.

Se necessario, si possono spostare in sotterraneo anche le turbine e il generatore

 

 

 

Vista tridimensionale di due possibili impianti realizzati con lo schema SUSE-NPP con tre reattori ciascuno, un deposito definitivo per rifiuti radioattivi di medio-bassa attività e un deposito temporaneo per il combustibile esaurito e l’alta attività

A sinistra nel caso di ingresso in versante collinare, a destra con discenderia in zona pianeggiante.

 

Un’analisi comparativa, fatta partendo dal nuovo impianto nucleare franco-tedesco (EPR da 1.600 MWe) consente di affermare che non ci sono costi aggiuntivi rispetto ad un impianto classico interamente realizzato in superficie: il costo, infatti, degli scavi (caverna e discenderia), compresi i sistemi di movimentazione materiali e maestranze, si aggira intorno ai 150-200 milioni di euro ed è del tutto analogo, se non addirittura inferiore, a quello complessivamente necessario per:

- la base del reattore, necessaria per contenere i materiali fusi da un’ipotetica fusione del nocciolo;

- i due shelter di contenimento delle radiazioni (interno ed esterno), entrambi di 1,3 m di spessore;

  • i quattro edifici di sicurezza (safeguard buildings).

 

I compiti oggi affidati, infatti, a tale componenti in un EPR classico, verrebbero egregiamente, e con sicurezza enormemente superiore, affidati all’ammasso roccioso nel quale dovrebbero essere realizzati gli scavi destinati ad ospitare le parti radioattive dell’impianto e gli edifici di sicurezza.

Se oltre a spostare in sotterraneo le componenti dette di un attuale impianto nucleare (idea già presentata negli anni ottanta ed oggetto di vari brevetti, sia tedeschi che statunitensi) si realizzano anche dei depositi di materiale radioattivo come previsto dal progetto SUSE-NPP (SUpersafe & Simply/Easily decommissionable Nuclear Power Plant), i vantaggi diventano molteplici.

Oltre, infatti, a realizzare un impianto nucleare estremamente sicuro per quanto riguarda i rilasci di sostanze radioattive (dovuti a malfunzionamenti dell’impianto o alle conseguenze di attacchi terroristici), si possono superare i problemi connessi con la disponibilità di un deposito di materiali radioattivi e soprattutto si potrebbe self-decommissionare l’impianto semplicemente riempiendo con cemento alleggerito la caverna che ospita il reattore. Con vantaggi dal punto di vista economico notevoli che, non ci sarebbe più bisogno di eseguire il decommissioning di un impianto nucleare al termine della sua vita operativa, possono essere calcolati aggirarsi intorno ai 600-700 milioni di euro per un moderno EPR (European Pressurized Reactor) da 1.600 MW!

A costi marginali, inoltre, è possibile realizzare caverne sotterranee utilizzabili, a seconda delle necessità e della situazione del Paese, come:

Deposito Temporaneo di Combustibile Irraggiato

Deposito Temporaneo di Rifiuti Radioattivi di Medio-Bassa intensità;

Deposito Definitivo di Rifiuti Radioattivi di Medio-Bassa intensità;

Deposito Definitivo di Rifiuti Radioattivi ad Alta attività (e/o lunga vita).

 

 

 

Tipo di impianto (da 1000 MW)

Area occupata (ettari)

SUSE-NPP

5

Nucleare tradizionale

15

Carbone

30

Olio combustibile

20

Gas (ciclo combinato)

12

Solare (fotovoltaico)

200

Solare (termico, progetto Archimede)

2.000

Eolico

12.500

Comparazione dell’area occupata da vari tipi di impianti per la produzione di energia elettrica da 1000 MW (se si realizza più di un impianto SUSE-NPP sullo stesso sito, il vantaggio già notevole, si moltiplica per la possibilità di sfruttare la terza dimensione)

 

- Ma la tecnologia esistente consentirebbe la realizzazione degli scavi necessari al SUSE-NPP?

 

L’impianto di Kazunogawa, in Giappone, è un impianto di pompaggio da 1.600 MWe e capacità di scarico di 280 m3/s.

La centrale elettrica e le quattro pompe/turbine reversibili (pompaggio-generazione) da 400 MW ciascuna sono poste in una caverna a 500 m di profondità, lunga 210 m, larga 34 m e alta 54 m per un volume totale scavato di 250,000 m³.

 

A titolo di raffronto il deposito di Scanzano era progettato per contenere 100.000 m3 di materiali radioattivi)

La centrale idroelettrica di Kazunogawa costruita dalla Tokyo Electric & Power Company (TEPCO

L’impianto idroelettrico di pompaggio/generazione giapponese di Kannagawa ha una potenza di 2.700 MWe.

La caverna, di dimensioni simili a quella dell’impianto di Kazunogawa, è lunga 216 m, larga 33 m e alta 52 m.

È posta anch’essa a 500 m di profondità e ha stress in situ che raggiungono massimi di 25 MPa affrontati con adeguata progettazione.

 

Caverna della centrale idroelettrica di Kannagawa costruita dalla Tokyo Electric & Power Company (TEPCO)

 

 

Shaft di 7,63 m di diametro in una miniera canadese che, una volta completato, giungerà a 3220 m di profondità.

 

In Sudafrica il minerale aurifero è ormai estratto da profondità di oltre 4 km attraverso pozzi di grande diametro (10-15 m) e da rocce con pressioni di 30-50 MPa e temperature di oltre 160°C.

 

Interno di uno dei numerosi pozzi verticali di grande diametro usati nell’industria mineraria sudafricana

 

 

Pulegge di produzione 2x6,5 m di diametro della GENREC Eng. (Murray & Roberts) sudafricana all’opera nella miniera di Phalaborwa

 

I sistemi per la movimentazione delle persone e dei materiali estratti dalle miniere sudafricane consentono di trasportare in superficie oltre 10.000 t/giorno di minerale da profondità di 4 km!

 

 

 

 

Camera di primo livello con vista della copertura pozzo dell’impianto di smaltimento dei rifiuti radioattivi di medio-bassa attività di Olkiluoto (Finlandia)

 

 

Del resto depositi in sotterraneo per materiali radioattivi esistono già in alcuni Paesi del mondo. Tra questi il deposito finlandese per rifiuti radioattivi di medio-bassa attività posto in caverne realizzate nel sottosuolo a poca distanza dagli impianti nucleari esistenti e dal nuovo EPR in costruzione.

Questo deposito è usato per smaltire rifiuti radioattivi di bassa attività (quali coperture in plastica, vestiario di protezione delle maestranze e metalli di scarto) unitamente a rifiuti di media attività (comprendenti liquidi, fanghi e resine a scambio ionico usate nel sistema di purificazione delle acque radioattive.

I rifiuti a bassa attività sono compattati con una pressa idraulica fino a ridurne a metà il loro volume originario e quindi rinchiusi in cask da 200 litri che vengono giornalmente trasportati nel deposito.

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