Uranio per energia nucleare

 

La fonte energetica primaria utile al funzionamento delle centrali termo-elettronucleari attualmente è ricavata, dall'uranio e più precisamente dall'isòtopo U-235.

Riserve globali di Uranio

Quasi il 90% dei minerali contenenti uranio utilizzabile è concentrato in soli 10 paesi :

 1. Australia           1.143.000   Tonnellate
 2. Kazakhstan        816.099  
 3. Canada              443.800  
 4. USA                  342.000  
 5. South Africa       340.596  
 6. Namibia             282.359  
 7. Brazil                278.700  
 8. Niger                 225.459  
 9. Russia              172.402  
10. Uzbekistan       115.526

L'Italia ha giacimenti per 6.100 tonnellate, sufficienti ad alimentare per 30 anni una sola centrale EPR. Il nucleare quindi risulta  non adatto a sviluppare indipendenza energetica nel nostro paese.

 

Densità energetica

La fissione di un grammo U-235 produce 68 GJ di energia termica. Questo dato spesso lascia ad intendere che i sistemi ad energia nucleare siano ad altissima densità energetica, ma U-235 non si trova libero in natura e un grammo di U-235 si ricava, mediamente, da 7 tonnellate di minerale lavorato in miniera.

Di conseguenza il potere calorifico del minerale contenente U-235 è, mediamente, di 10 MJ/kg.
Il potere calorifico del petrolio è ad esempio di 42 MJ/kg, quello del carbone di 30 MJ/kg e quello della legna 17 MJ/kg. Dunque, dire che il nucleare implica una fonte energetica ad altissima densità è per lo meno opinabile dal momento che i dati rivelano che nel migliore dei casi, è comunque sullo stesso ordine di grandezza degli altri combustibili.

 

Mercato e costo della materia prima

Come si evince dal grafico sotto riportato il costo della materia prima da cui si ricava il "combustibile" nucleare è aumentato dell'800% in pochi anni e questo indica che:

  • la materia prima è scarsa, tanto che alcuni analisti ritengono che il picco di estrazione dell'uranio sia più imminente del picco del petrolio;
  • i pochi paesi grandi produttori possono formare un cartello per imporre il prezzo di mercato;
  • i paesi non produttori sono soggetti a subire i prezzi dei paesi produttori, come avviene per il petrolio.

 

Le attuali centrali nucleari non subiscono del resto una grossa penalizzazione dall'aumento esponenziale del costo dell'uranio in quanto lo stesso incide marginalmente sulla componente di costo. Va considerato infatti  che un aumento dell'800% del prezzo della materia prima incide per un 20% di aumento del costo del kWh prodotto in centrale. Questo non esclude del resto  che la costruzione di nuove centrali porti ad un aumento insostenibile del prezzo dell'uranio, il vero rischio sta nel fatto che il mercato non riesca a soddisfare aumenti di domanda della materia prima.

Fonte e approfondimenti

www.uxc.com/review/uxc_g_30wk-price.html
www.uxc.com/fuelcycle/uranium/production-uranium.html
www.wise-uranium.org/umaps.html?set=ures
 

Attuali reattori nucleari

Produzione globale di energia elettrica

 

 

 

 

L'energia nucleare oggi rappresenta il 7% circa del fabbisogno energetico globale con il 17% di energia elettrica prodotta.

Nel grafico è rappresentata la produzione di energia elettrica per singola fonte primaria.

Ad oggi sono attive circa 440 centrali. la Francia produce quasi l'80% dell'energia elettrica dal nucleare, la Svizzera quasi il 40% e molti paesi occidentali si aggirano sul 18-20%.

La grande maggioranza delle centrali nucleari è del tipo PWR (Pressurized Water Reactor, reattore ad acqua in pressione). Questo tipo è molto diffuso perché è quello tecnologicamente più semplice. Attualmente non si pongono particolari problemi di reperibilità né dei materiali né del combustibile ed offre collaudate garanzie di sicurezza.

PWR - Pressurized Water Reactor
Ciclo di funzionamento

Nelle centrali nucleari si ottiene calore mediante la fissione controllata di atomi di uranio. Per il resto, la produzione energetica di una centrale nucleare è identica a quella di una centrale termica fossile.

Nel nocciolo avvengono le reazioni nucleari, che riscaldano a temperature anche notevoli gli elementi di combustibile, (l'uranio) che sono inseriti in cilindri molto lunghi e stretti.
Questi sono lambiti dall'acqua di raffreddamento del circuito primario, che quindi asporta il calore e si riscalda. L'acqua si trova a circa 300-330°e non evapora perché viene tenuta a una pressione di circa 155 bar (155 volte la pressione atmosferica). Proseguendo nel suo cammino l'acqua scambia calore con altra acqua in un secondo circuito, a una pressione inferiore.
Questa dunque evapora, il vapore arriva, ad una pressione di circa 55 bar e ad una temperatura di circa 280° e investe una turbina, collegata a un alternatore che dà energia alla rete elettrica.

Il vapore a bassa pressione in uscita dalla turbina viene raffreddato da acqua che scorre in un terzo circuito che viene poi alla fine raffreddato ad aria in torri dette appunto di raffreddamento. Se la centrale si trova nelle vicinanze di un fiume l'acqua del circuito di condensazione (il terzo), che non ha avuto contatto con zone contaminate viene scaricata nel fiume, ovviamente questo deve avvenire con portate e temperature tali da non influire sull'ecosistema.

 

IL PUNTO DI VISTA DI ENERGOCLUB

Più di ogni altra tecnologia energetica l'energia nucleare è oggetto di atteggiamenti fortemente emotivi. O è vista come il demonio incarnato oppure come l'unica possibile salvezza dalla "fine del petrolio". Non è nessuna delle due cose: è un sistema di produzione di energia con i suoi vantaggi e svantaggi.

Principali vantaggi

  • Nei reattori nucleari non ci sono reazioni chimiche di combustione e quindi non ci sono emissioni in atmosfera. Per questo alcuni sostenitori del nucleare propongono questa tecnologia per rispettare il protocollo di Kyoto.
  • Il costo di generazione del kWh nucleare è minore di quello ricavabile dalla combustione delle altre fonti esauribili.
  • Un reattore nucleare può funzionare ininterrottamente per 7000-8000 ore all'anno ed è quindi un sistema di base per la gestione della rete elettrica di trasmissione.

Principali svantaggi

  • L'uranio non è una fonte rinnovabile, negli ultimi anni il costo della materia prima ha subito un aumento di costo dell'800%.
  • Il decommissioning degli impianti a fine vita ha un costo uguale al costo di generazione del kWh prodotto in centrale.
  • La gestione delle scorie radioattive è un problema non ancora risolto.

Alcuni ambientalisti ritengono che il nucleare sia l'opzione migliore nell'immediato, nel lungo periodo rimane il problema dell' esauribilità dei materiali fissili.

www.italy.peacelink.org/ecologia/articles/art_5225.html

Fonte:
www.strom.ch
digilander.libero.it/ilnucleare

 

Nucleare di IV generazione

Gli investimenti a favore della ricerca sul nucleare sono sempre stati cospicui e quindi attualmente esistono diverse linee di sperimentazione delle tecnologie nucleari.


LWR
Gli attuali sistemi ad acqua leggera (LWR, di II generazione) si sono dimostrati affidabili ed economicamente competitivi almeno nelle applicazioni PWR e BWR Resta ancora valutare  in modo affidabile i costi per lo smaltimento dei rifiuti e la dismissione delle centrali a fine vita.
L'evoluzione di questa tecnologia è riconducibile principalmente a due progetti: al progetto francese EPwR (nucleare diIII generazione) con la prossima installazione di un impianto pilota in Finlandia e al progetto internazionale IRIS, i cui obiettivi sono maggiore sicurezza, migliore efficienza di utilizzo del materiale fissile e processi industriali di installazione per realizzare impianti in tempi brevi.

LM-FBR
I reattori autofertilizzanti a neutroni veloci FBR, identificano il  nucleare di IV generazione anche se sviluppati fin dai primi anni '50), hanno mostrato invece limiti sotto l'aspetto economico di gestione e dubbi sulla sicurezza del sistema di raffreddamento con sodio fuso. Attualmente gli impianti pilota ancora in funzione sono pochi.

HTR
Reattori di IV generazione, raffreddati da elio a temperatura elevata, non hanno necessità di acqua per il sistema di raffreddamento e per questo sono anche detti "reattori asciutti". La taglia è inferiore a quella dei reattori convenzionali (10-300 megawatt). Il prototipo MGHTR è allo studio della cooperazione fra la General Atomics (U.S.A.), la Framatome (Francia e Germania), la Fuji Electric (Giappone)e vari istituti russi. Un altro progetto è seguito in Sudafrica e da BNFL nel Regno Unito. Anche la Cina ha costruito un prototipo sperimentale da 10 MW, il HTR-10.

Il punto di forza di questa tecnologia è nella sua qualità di essere a sicurezza intrinseca, in pratica una legge fisica (dilatazione Doppler) impedisce la fusione del nocciolo. Più gli atomi si surriscaldano, più si distanziano tra loro e diventa quindi più difficile per il neutrone colpirne il nucleo. Nel nucleo ad alta densità di un reattore convenzionale (LWR) gli effetti del fenomeno sono assolutamente marginali e gli ingegneri del HTR-10 hanno già fatto qualcosa di inconcepibile per un reattore normale: hanno disattivato l'impianto di raffreddamento ad elio e aspettato che il reattore si stabilizzasse da solo.

Approfondimenti www.movisol.org

 

Reattori ibridi

In questi reattori subcritici un acceleratore di particelle fornisce un fascio di protoni che va a colpire un metallo pesante (ad esempio il piombo). Da questo scontro fuoriesce un fascio di neutroni che, a sua volta, va colpire il materiale fissile, che potrebbe essere uranio o torio. Questi reattori vengono definiti a "sicurezza intrinseca"  poiché basterebbe "spegnere" l'acceleratore di particelle per fermare tutto in caso di guasto. Inoltre questi reattori potrebbero anche incenerire le scorie radioattive. Tuttavia è ancora moltissimo lo sviluppo necessario prima che si possa dimostrare se i reattori ibridi saranno pratici ed economici. Orizzonte di tempo: forse 30 anni anche se per il progetto "Amplificatore di Energia" proposto dal premio Nobel Carlo Rubbia si stimano tempi possibili in 10 anni.

Fonte:
it.wikipedia.org/Reattori_di_IV_generazione
www.gen-4.org