Il fotovoltaico più economico dell’energia atomica, ma l’Italia non vuole cambiare strada

Secondo il rapporto della Duke University in North Carolina i costi dei sistemi solari sono scesi a un punto che è ormai inferiore a quelli previsti per la costruzione di nuove centrali nucleari

Solare pulito ma più costoso del nucleare? Forse ieri, ma ora non più. Al di là dei possibili problemi legati al loro smaltimento, gli impianti fotovoltaici sono generalmente visti come un modo più pulito e sostenibile di produrre energia rispetto all’energia atomica, ma molto più dispendioso. Secondo lo studio americano “Solar and Nuclear Costs — The Historic Crossover”, non è più così. Un recente rapporto della Duke University, in North Carolina, rivela infatti che l’energia solare è diventata ormai più conveniente di quella nucleare non solo a livello ambientale (smaltire o riciclare i moduli è generalmente ritenuto meno problematico che gestire scorie che rimangono radioattive per migliaia di anni), ma anche economico. “Il solare fotovoltaico ha raggiunto le alternative a più basso costo all’energia nucleare”, ha affermato il professor John O. Blackburn, docente di economia presso la Duke University e autore dello studio.

Nel rapporto di Blackburn viene dimostrato come i costi dei sistemi fotovoltaici siano scesi a un punto che è ormai inferiore a quello dei costi previsti per la costruzione di nuove centrali nucleari, e che potrebbe succedere lo stesso nei confronti delle fonti fossili di energia già entro il 2013. Questo “passaggio storico” sarebbe dovuto al fatto che negli Usa il costo del solare è, in questo momento, di 16 centesimi di dollaro al kWh. Secondo Mark Cooper, analista specializzato nell’individuare i costi dell’energia nucleare presso l’Institute for Energy and Environment della Vermont Law School, questi 16 centesimi potrebbero scendere a 6, se si implementassero maggiormente “efficienza energetica, co-generazione e utilizzo di fonti rinnovabili”. Cooper ha poi affermato che mentre i costi del solare sono costantemente diminuiti negli ultimi otto anni, quelli stimati per costruire negli Stati Uniti una centrale nucleare sono passati dai 3 miliardi di dollari nel 2002 agli attuali 10 miliardi per reattore.

Nel rapporto “All Risk, No Reward for Taxpayers and Ratepayers”, Cooper ha riportato inoltre che questo aumento dei costi è “nulla in confronto ai rischi finanziari e ai sussidi che affiancheranno la nuova ondata di centrali nucleari in costruzione”. Sussidi che “producono una distorsione del mercato”, afferma Doug Koplow, economista dell’Earth Track di Cambridge, in Massachusetts, un’associazione che si oppone ai sussidi nel settore dell’energia, i quali rischiano di “chiudere il mercato a fonti di energia più competitive”. Rendendo ancora più complicata l’identificazione di quelli che sono i costi reali delle tecnologie energetiche in competizione fra loro. A Koplow ha fatto eco Peter Athrton, analista del colosso finanziario Citigroup e autore di uno studio che ha dimostrato come l’industria nucleare non potrebbe sopravvivere, senza trasferire i costi e i rischi economici sui contribuenti. Fatto confermato dalle condizioni poste dalle compagnie che dovrebbero costruire i nuovi reattori nel Regno Unito.

Nuovi reattori che, nei luoghi in cui sono già in fase di costruzione, stanno subendo enormi ritardi e importanti lievitazioni dei prezzi. Ne è un ottimo esempio quello di Olkiluoto in Finlandia, che ha già accumulato un ritardo di oltre tre anni rispetto alla sua prevista data di ultimazione, e del quale i costi finali sono più che raddoppiati. La spesa prevista del reattore finlandese era infatti di 2,5 miliardi di euro nel 2002, quando fu approvato; nel 2005, alla firma del contratto, era salita a 3,3 miliardi; nel 2009, con i lavori già in grande ritardo, la spesa preventivata era giunta a 5,3 miliardi; oggi, dopo un altro anno di ritardo accumulato, la stessa avrebbe già abbondantemente superato i 6 miliardi di euro.

Da questi studi traspare il fatto che in un sistema nel quale si tende a aumentare l’offerta di energia piuttosto che diminuirne la domanda (e gli sprechi), se si calcola solo la quantità di energia prodotta le rinnovabili sono ancora perdenti nei confronti del nucleare, che ne produce una enorme quantità. Ma se si calcolano nel bilancio i costi economici e ambientali, incrementando il generale livello di efficienza energetica, è evidente che bisogna cambiare prospettiva, e che non serve produrre più energia, ma bisogna consumarne di meno. Nonostante tutti questi segnali che giungono dall’estero, però, in Italia sembrerebbe imminente un “rinascimento atomico”, accompagnato dalla promozione di metodi di produzione di energia tanto costosi quanto rischiosi per la collettività.

Già nel 1985 la prestigiosa rivista americana Forbes, specializzata da quasi un secolo in economia e finanza, definì la costruzione degli impianti nucleari americani di prima generazione “il più grande disastro gestionale della storia del business”. Le classi dirigenti italiane, invece, non hanno ancora capito nel 2010 che di disastri gestionali, in Italia, ne abbiamo e ne abbiamo avuti a sufficienza.

di Andrea Bertaglio

fonte: Il Fatto quotidiano

Il solare costa meno del nucleare

NEW YORK - Oggi negli Stati Uniti la produzione di energia solare costa meno di quella nucleare. Lo afferma un articolo pubblicato il 26 luglio sul New York Times, che riprende uno studio di John Blackburn, docente di economia della Duke University. Se si confrontano i prezzi attuali del fotovoltaico con quelli delle future centrali previste nel Nord Carolina, il vantaggio del solare è evidente, afferma Blackburn. «Il solare fotovoltaico ha raggiunto le altre alternative a basso costo rispetto al nucleare», spiega Blackburn, nel suo articolo Solar and Nuclear Costs - The Historic Crossover, pubblicato sul sito dell’ateneo. «Il sorpasso è avvenuto da quando il solare costa meno di 16 centesimi di dollaro a kilowattora» (12,3 centesimi di euro/kWh). Senza contare che il nucleare necessita di pesanti investimenti pubblici e il trasferimento del rischio finanziario sulle spalle dei consumatori di energia e dei cittadini che pagano le tasse.

COSTI FOTOVOLTAICO IN DISCESA - Secondo lo studio di Blackburn negli ultimi otto anni il costo del fotovoltaico è sempre diminuito, mentre quello di un singolo reattore nucleare è passato da 3 miliardi di dollari nel 2002 a dieci nel 2010. In un precedente studio Blackburn aveva dimostrato che se solare e eolico lavorano in tandem possono tranquillamente far fronte alle esigenze energetiche di uno Stato come il Nord Carolina senza le interruzioni di erogazione dovute all’instabilità di queste fonti.

COSTI NUCLEARE IN CRESCITA - I costi dell'energia fotovoltaica, alle luce degli attuali investimenti e dei progressi della tecnologia, si ridurrà ulteriormente nei prossimi dieci anni. Mentre, al contrario, i nuovi problemi e l'aumento dei costi dei progetti hanno già portato alla cancellazione o al ritardo nei tempi di consegna del 90% delle centrali nucleari pianificate negli Stati Uniti, spiega Mark Cooper, analista economico dell'Istituto di energia e ambiente della facoltà di legge dell'Università del Vermont. I costi di produzione di una centrale nucleare sono regolarmente aumentati negli ultimi anni e le stime sono costantemente in crescita.

fonte: il Corriere della Sera

Nucleare: lavori entro tre anni

NUCLEARE - «Abbiamo parlato molto del futuro dell'energia nel mondo - ha spiegato Berlusconi - e siglato un accordo che può segnare una svolta per il nucleare. Un progetto che potrà cambiare gli scenari della produzione di energia per le generazioni future» (il riferimento è al memorandum d’intesa per la collaborazione in vista della creazione in territorio russo di un reattore termonucleare sperimentale "Ignitor"). Poi l'annuncio del premier: i lavori per la prima centrale nucleare in Italia «saranno iniziati entro tre anni» e ha assicurato che il ministro Scajola è intenzionato a far partire i lavori entro questa legislatura. «Prima di individuare un luogo in cui realizzare una centrale nucleare, bisogna che cambi l'opinione pubblica italiana». «Dobbiamo fare una vasta opera di convincimento, guardando alla situazione francese - ha aggiunto il premier -. In Francia le comunità locali scendono in campo per avere le centrali in casa loro, hanno ormai raggiunto una consapevolezza della non pericolosità degli impianti, che portano anche tanto lavoro. In situazioni locali dove c'è bisogno di maggiori posti di lavoro si scatena la rincorsa per avere le centrali. Ne ho parlato anche con esponenti della nostra tv di Stato, stiamo lavorando a un progetto per raccogliere le esperienze dei francesi che vivono vicino alle centrali - ha sottolineato Berlusconi -. È un lavoro che durerà più di un anno, ma è preliminare per individuare i luoghi degli impianti».

Fonte: www.corriere.it

Fissione e fusione nucleare

Fissione e fusione sono le due reazioni nucleari che si possono utilizzare per produrre energia o per scopi bellici. Sebbene siano due fenomeni diametralmente opposti, il principio fisico sul quale si basano è esattamente il medesimo, ed è descritto dalla famosa equazione di Einstein E=mc².

La fissione nucleare consiste nella rottura di un atomo (o meglio del suo nucleo) in due parti, le cui masse sommate non raggiungono la massa originaria: la massa "mancante" si è trasformata in energia, secondo la relazione di Einstein prima citata. L'atomo di partenza deve essere di materiale fissile, ovvero adatto alla fissione nucleare. Due atomi adatti allo scopo sono l'uranio-235 e il plutonio-239. Poiché in natura l'uranio si presenta come la miscela di due isotopi (il 235 e il 238) e quello utile alla fissione (il 235, appunto) è quello meno presente, occorre effettuare un'operazione chiamata "arricchimento", finalizzata all'aumento della percentuale di uranio-235. L'atomo (o meglio il suo nucleo) originario viene bombardato da un neutrone e in seguito all'impatto si spezza in più parti liberando neutroni che vanno a colpire altri atomi, proseguendo la reazione a catena, ed energia.

La fissione è usata nella totalità delle centrali nucleari non sperimentali ed è anche il meccanismo sfruttato dalle due bombe atomiche che furono sganciate dagli USA sul Giappone (per la precisione a Hiroshima fu sganciata una bomba all'uranio, a Nagasaki una al plutonio), con la differenza che in un ordigno bellico la reazione a catena è incontrollata, invece in una centrale è (o, meglio, dovrebbe essere un fenomeno controllato).

I prodotti di risulta da tale tipo di reazione sono atomi instabili, ovvero radioattivi: tali atomi cercano di raggiungere la stabilità, e per farlo emettono radiazioni dannose per gli organismi biologici (si descriverà più accuratamente in un prossimo articolo il fenomeno del decadimento radioattivo e i suoi effetti sui viventi).

La fusione nucleare è invece il tipo di reazione che avviene in tutte le stelle. Due nuclei atomici leggeri (ad esempio il deuterio e il trizio, due isotopi dell'idrogeno) si fondono e ne formano un terzo, la cui massa è minore della somma dei due di partenza. Anche questa volta la "massa mancante" si è tramutata in energia. Questo meccanismo è molto interessante poiché consentirebbe di produrre grandi quantità di energia in modo più sicuro ed ecologico delle attuali centrali nucleari (non ci sarebbero scorie radioattive), tuttavia il meccanismo di fusione è stato riprodotto dall'uomo solo a livello sperimentale, poiché ci sono alcune grosse difficoltà tecniche attualmente difficili da superare (ad esempio le reazioni di fusione avvengono a temperature elevatissime, che rendono inadeguati i materiali a disposizione dell'uomo e costringono all'uso di forti campi magnetici che però per essere tenuti attivi consumano grosse quantità di energia, anche maggiori di quella prodotta dalla fusione stessa. Per questo motivo è allo studio la cosiddetta "fusione fredda" che sarebbe una reazione di fusione a temperature più gestibili dall'uomo e dalle tecnologie attualmente a disposizione).

L'uomo tuttavia è riuscito con successo nel realizzare bombe che sfruttino il meccanismo di fusione nucleare (le bombe H, come la bomba Zar, il più potente ordigno atomico mai realizzato), che sono decisamente più devastanti di quelle che distrussero Hiroshima e Nagasaki.

E=mc²

"E=mc²" (dove "E" sta per energia, "m" per massa, e "c²" è il quadrato della velocità della luce) è probabilmente una delle formule fisiche più celebri in assoluto, anche a causa della sua straordinaria semplicità. Essa racchiude in sé un concetto rivoluzionario: massa ed energia sono due facce della stessa medaglia, e quindi non è vero -come si credeva in passato- che ciascuna di esse, presa singolarmente, "si conserva" (ovvero non è possibile crearla né distruggerla), ma si può invece convertire l'una nell'altra. La massa non è altro che energia concentrata, e visto che la costante c è enorme (a maggior ragione lo è il suo quadrato) risulta da subito evidente che se si riesce a trasformare una piccolissima quantità di materia allora si ottiene un'enorme quantità di energia.

Questo è proprio ciò che accade nelle reazioni nucleari (di fusione, come quella che avviene nelle stelle, o di fissione, come quella che avviene nelle comuni centrali atomiche), come si vedrà più approfonditamente negli articoli che verranno pubblicati nei prossimi giorni.

L'atomo

Per poter comprendere il funzionamento di una centrale atomica occorre sapere qualcosa... sull'atomo (chi l'avrebbe mai detto!). Ai nostri scopi non serve sapere molto, se non quali sono le particelle che lo compongono, cos'è il numero atomico e cosa sono gli isotopi. Ma procediamo con ordine.

"Atomo", è una parola che deriva dal greco ἄτομος e vuol dire "indivisibile". In effetti già nell'antica Grecia c'erano alcuni pensatori che ritenevano che la materia non fosse continua, ma discreta e che quindi non si potesse dividere all'infinito perché ad un certo punto si sarebbe arrivati a elementi non più divisibili, gli "atomi", appunto. All'epoca tuttavia non c'era modo di provare che gli atomi effettivamente esistessero, cosa che fu fatta solo in tempi molto più recenti.

In tempi ancora più recenti tuttavia, si è scoperto che gli atomi non sono realmente indivisibili, e anzi il fatto che lo siano è quello che poi rende possibile la produzione di energia nelle centrali atomiche, ma questo lo vedremo in seguito.

Un atomo generico è composto di tre particelle diverse: protoni, neutroni ed elettroni. Come suggerisce la parola stessa, i neutroni sono particelle neutre, ovvero prive di carica. I protoni e gli elettroni, viceversa, hanno rispettivamente carica positiva e carica negativa. I protoni e i neutroni hanno massa e dimensione enormemente più grande di quella degli elettroni, tuttavia la carica elettrica di un protone è esattamente uguale (anche se opposta) a quella di un elettrone. Protoni e neutroni sono ammassati insieme nel nucleo, mentre gli elettroni si muovono in degli "orbitali" a grande distanza. Nonostante si rappresenti spesso l'atomo come un piccolo "sistema solare" in cui il Sole è rappresentato dal nucleo e i pianeti sono gli elettroni, c'è una fondamentale differenza (a parte le dimensioni!) tra i due sistemi: nel caso del sistema solare i pianeti seguono delle orbite ellittiche ben definite, in un atomo gli elettroni non seguono una traiettoria ben precisa, e anzi non si può conoscere contemporaneamente la posizione e la velocità di un elettrone. L'unica cosa che si può conoscere è una funzione "densità di probabilità", che indica dove è più probabile che si trovi un elettrone. Ma questi discorsi sono argomento di studio della meccanica quantistica, e non è necessario approfondire queste questioni in questa sede.

Il numero atomico (Z) è il numero di protoni (e quindi anche di elettroni, dato l'atomo è neutro e quindi protoni ed elettroni devono essere presenti nella stessa quantità, così da bilanciare reciprocamente le proprie cariche). Questo numero è molto importante giacché è proprio quello che distingue ciascun elemento chimico dall'altro ed è proprio per la sua importanza che gli elementi chimici sono ordinati nella tavola periodica proprio in base al loro numero atomico. L'atomo col numero atomico più piccolo (1) è l'idrogeno. Uno degli elementi più interessanti (se non il più interessante in assoluto) per quanto riguarda l'energia atomica è l'uranio, che ha numero atomico 92 (significa quindi che in un atomo di uranio sono presenti 92 protoni nel suo nucleo e 92 elettroni che si muovono in una nuvola elettronica intorno al nucleo stesso).

Il numero di massa (A) è invece la somma del numero di protoni e di neutroni del nucleo. Esso essenzialmente è una misura della massa dell'atomo. Ovviamente sottraendo al numero di atomico quello di massa si ottiene il numero di neutroni. È interessante notare che mentre il numero atomico è caratteristico di un elemento (l'idrogeno ha sempre un unico protone, se ne avesse due non sarebbe più idrogeno ma un'altra cosa -elio, nello specifico-), il numero di massa (e conseguentemente il numero di neutroni) non lo è: ciascun elemento non ha un numero di neutroni ben definito, e anzi la maggior parte degli elementi è presente in natura con un numero di neutroni variabile. In effetti questo è proprio il concetto di isotopo: due atomi con pari numero atomico ma differente numero di massa sono due isotopi dello stesso elemento e ciascun isotopo si indica col nome dell'atomo seguito dal suo numero di massa. Gli isotopi di uno stesso elemento hanno comportamento chimico fondamentalmente identico, tuttavia in alcuni ambiti specifici è fondamentale sapere con che isotopi si ha a che fare. Per quanto riguarda l'energia nucleare, nello specifico, sicuramente l'isotopo più interessante è l'uranio-235 (che quindi ha 235-92=142 neutroni), poiché è quello che meglio si presta alle reazioni di fissione che verranno descritte in seguito.

Riassumendo, se si vuole indicare un elemento piuttosto che un altro occorre specificare il suo numero atomico Z, se si vuole distinguere tra i vari isotopi di uno stesso elemento occorre specificare i loro numeri di massa A.

Energia e potenza

Per poter parlare in modo quantomeno sensato di nucleare occorre almeno sapere cosa sono l'energia e la potenza, e come si misurano. A molti sembrerebbe una precisazione inutile, ma in realtà è piuttosto diffusa una certa confusione sull'argomento, quindi è bene fissare questi concetti.

L'energia è la capacità di un corpo di compiere lavoro, e si misura nel Sistema Internazionale in Joule (1) (nonostante molti pronuncino /dʒaʊl/, la pronuncia corretta è /dʒu:l/).

La potenza invece è l'energia scambiata nell'unità di tempo, e si misura nel SI in Watt (W). Un Watt è equivalente alla potenza corrispondente al trasferimento di un Joule in un secondo.(2)

Volendo fare un parallelo per chiarire le idee a riguardo, si può paragonare l'energia all'acqua contenuta in un serbatoio e la potenza alla portata in ingresso (o in uscita) dallo stesso. A seconda degli usi che faremo dell'acqua saranno necessarie diverse quantità di acqua e diverse portate. Ad esempio per fare una doccia abbiamo bisogno di una gran quantità di acqua e di una grande portata costante, per lavare i denti invece occorre una quantità di acqua più limitata e una portata più bassa e intermittente. Tuttavia non sempre una portata minore corrisponde a un consumo di acqua complessivo minore, ad esempio per riempire la vasca da bagno occorre molta più acqua di quella necessaria a fare una doccia, però la portata del rubinetto della vasca da bagno è solitamente inferiore a quella della doccia (tuttavia resta aperto per un tempo maggiore).

Quando si parla di energia elettrica  è piuttosto diffuso l'uso dell'unità di misura "Wattora" (Wh) che equivale, come l'intuito suggerisce, all'energia richiesta per erogare una potenza di un Watt per un'ora. Occorre fare bene attenzione a non confondere i Watt con i Wattora, dato che corrispondono a due grandezze fisiche ben diverse.

Occorre inoltre precisare che, dato che ci si accinge a parlare di centrali elettriche, le potenze e le energie in gioco sono enormi, quindi è universalmente diffuso l'uso dei multipli delle unità qua presentate. Nello specifico tutti conoscono il prefisso kilo- (1000), ma non tutti (anche se grazie all'informatica si sono parecchio diffusi anche questi altri prefissi) conoscono i prefissi Mega- (un milione), Giga (un miliardo) e Tera- (1000 miliardi).

Cerchiamo ora di acquisire un minimo di confidenza con le unità di misura presentate con qualche esempio:

• La batteria del computer portatile col quale sto scrivendo quest'articolo può contenere al massimo un'energia di 60 Wh, mentre il suo alimentatore può erogare al massimo una potenza di 85 W. Ne consegue che, se la potenza erogata fosse costante nel tempo basterebbe meno di un'ora (poco più di 40 minuti) per caricare completamente la batteria. Ciò non è ovviamente vero, e questo fa intuire come la potenza erogata dall'alimentatore sia in realtà variabile nel tempo, e questo dipende dal modo in cui vanno caricate le batterie per non rovinarle.
• I 77 Cv di potenza erogati dal motore 1.4 benzina 8 valvole della Fiat Grande Punto corrispondono a circa 60 kW. Un litro di benzina contiene un'energia pari a 32 MJ (circa 9 kWh).
• I motori di un treno ad alta velocità (TAV) possono erogare una potenza di 8800 kW (3)
• Una moderna centrale nucleare produce una potenza di 1000-1600 MW.

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[1] Un Joule (J) rappresenta l'energia necessaria a una forza di un Newton (N) per spostare un corpo di un metro (m). Il Newton a sua volta è la forza necessaria a dare l'accelerazione di 1 m/s^2 a un corpo di massa un kg.

[2] Se siamo in presenza di un diagramma con l'andamento della potenza nel tempo, si può risalire facilmente all'energia scambiata calcolando l'area sottesa alla curva, che in matematica si ricava con un integrale di Riemann. Viceversa se è dato il diagramma dell'energia in funzione del tempo si può conoscere la potenza istantanea calcolando la pendenza della curva nel punto di interesse, che altro non è che la derivata della funzione valutata in quel punto.

[3] Questo valore è la cosiddetta "potenza oraria", ovvero quella che può essere erogata per non più di un'ora, dato che altrimenti il motore si surriscalderebbe. Il valore della potenza continuativa, ovvero quella erogabile per un tempo indefinitamente lungo, è chiaramente più basso.