La gestione dei rifiuti nucleari

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La preoccupazione inerente la gestione dei rifiuti nucleari resta a tutt’oggi uno dei fattori che maggiormente alimentano la contrarietà dell’opinione pubblica all’energia nucleare. Sebbene le tecnologie per lo stoccaggio in sicurezza siano consolidate e gli incidenti che hanno coinvolto rifiuti generati da centrali nucleari si contino sulle dita di una mano e hanno avuto un impatto molto circoscritto e limitato, molte persone ritengono quello delle “scorie” un problema irrisolto che pone un rischio inaccettabile per le future generazioni. Un buon punto di partenza per una valutazione quanto più possibile oggettiva del problema sono le sue dimensioni. Per farlo prendiamo l’esempio della Francia, dove circa il 78% dell’elettricità generata è di origine nucleare: una stima di EDF quantifica i rifiuti radioattivi della produzione elettrica in circa 1 kg all’anno per ogni francese. Non tutti questi rifiuti sono ugualmente pericolosi: il 90% di essi infatti è costituito da oggetti e indumenti (quali filtri, valvole, guanti, tute di protezione, etc.) contaminati da radionuclidi a bassa attività e emivita (cioè il tempo in cui la radioattività si dimezza) relativamente breve, non diversi da quelli prodotti da ospedali, centri di ricerca o altre industrie; meno del 10% sono invece rifiuti ad alta attività e lunga emivita (come il combustibile esausto) la cui messa in sicurezza richiede maggiori accorgimenti, come vedremo nel seguito. Secondo un inventario della IAEA, a livello globale fino al 2013 sono state prodotte circa 370 mila tonnellate di rifiuto ad alta attività e lunga emivita, di cui circa 120 mila sono state riciclate. Ogni anno una centrale nucleare di 1GW di potenza produce 25-30 tonnellate di questo tipo di rifiuti. Per confronto, una centrale a carbone di pari potenza produce ogni anno 200 mila tonnellate di ceneri, 200 mila tonnellate di zolfo e 7 milioni di tonnellate di CO2. Il rifiuto nucleare ha una caratteristica speciale rispetto ad altri tipi di rifiuti: la sua pericolosità diminuisce con il trascorrere del tempo, fino ad esaurirsi raggiungendo i livelli dell’uranio presente in natura. A seconda del radionuclide considerato, questo intervallo di tempo può variare dalle poche ore alle decine di migliaia di anni. Un’emivita lunga abbinata ad un livello di attività elevato implica che il radionuclide in questione è potenzialmente nocivo per tempi più lunghi: ad esempio le barre di combustibile esausto presentano livelli di attività letali in caso di contatto ravvicinato anche a 10 anni dall’estrazione dal reattore. Di conseguenza, tali tipi di rifiuti, denominati di seguito per brevità HLW (dall’acronimo inglese per High Level Waste) devono essere tenuti in ambiente controllato e isolato per centinaia di migliaia di anni, oppure trattati per ridurne la radioattività o riciclati. Le barre di combustibile esausto, una volta estratte dal reattore, vengono lasciate a raffreddare in apposite piscine presso la centrale per un periodo di tempo variabile, in genere da alcuni anni alle decine di anni. In queste piscine continuano a dissipare calore e l’acqua che le circonda è sufficiente a schermarne le radiazioni. Una volta che il combustibile esausto si è raffreddato, per esso si aprono due strade: il condizionamento e l’avvio ad un deposito di stoccaggio oppure il riprocessamento ed il riciclo come nuovo combustibile. La prima strada è la più comune, essendo gran parte dei reattori commerciali esistenti di tipologia “once-through” ovvero inadatti a usare combustibile riciclato. Il condizionamento consiste nel trattare il combustibile esausto per separare ulteriormente i materiali che lo compongono in base al livello di radioattività, quindi isolare il rifiuto HLW, che è solido, in una matrice stabile ed in un contenitore sigillato, a prova di perdite per centinaia di migliaia di anni. Esistono molteplici forme per il condizionamento, ma le più comuni sono la cementazione e la vetrificazione: il rifiuto radioattivo, ulteriormente compattato in volume, viene miscelato con una matrice (cemento o vetro) che lo renda stabile e immobile, quindi rinchiuso in un contenitore multistrato, che può essere di ceramica, di cemento e acciaio o di altri materiali, che lo isoli dall’ambiente esterno per tutto il tempo necessario al decadimento della radioattività a livelli non potenzialmente nocivi. Questi contenitori, che comunemente vanno sotto il nome di dry casks, vengono poi stivati in depositi controllati, in attesa di essere inviati al sito finale, quale il deposito geologico. I contenitori non son solo studiati per essere resistenti alla corrosione e a possibili perdite del materiale che contengono, ma anche ad ogni manomissione o danneggiamento dall’esterno, persino all’impatto di un aereo o di un missile.   Il deposito temporaneo (a medio termine) spesso si trova presso la centrale nucleare stessa, è può essere in superficie o di poco sottoterra. Il deposito geologico (a lungo termine) – il primo Paese a dotarsene sarà la Finlandia a partire dal 2024 – si trova invece a profondità di circa 500 metri sottoterra, in ambienti geologicamente stabili e al di sotto della falda acquifera, dove il rifiuto passerà il resto della sua esistenza senza nuocere all’ambiente circostante e alla salute umana. Il riprocessamento consente invece di ottenere nuovo combustibile da quello esausto, oltre a ridurre di molto sia l’attività sia la quantità del rifiuto da smaltire in via definitiva. L’energia ancora contenuta nel combustibile esausto infatti è molto elevata (oltre il 95% dell’energia iniziale), il che lo rende particolarmente adatto a riciclo. Solo una piccola parte dei reattori commerciali ad oggi impiegati sono in grado di riciclare combustibile, ma non per una limitazione tecnologica. Questa tipologia di reattori infatti esiste dagli albori della storia nucleare, ma, paradossalmente, l’abbondanza e l’economicità dell’uranio minerario, unitamente a preoccupazioni legate alla proliferazione di materiale di potenziale uso bellico (uno dei prodotti del riprocessamento è infatti il plutonio, che può essere utilizzato a scopi militari), hanno limitato la loro diffusione. Al mondo esistono sette impianti di riprocessamento, operativi o in costruzione, il più grande di essi si trova in Francia, a La Hague – ed ha una capacità di 1700 tonnellate annue. Parte dei rifiuti nucleari italiani sono stati riprocessati nell’impianto di La Hague, contribuendo ad alimentare i venti reattori nucleari francesi che usano combustibile riciclato in una quota pari al 30%.…

NuScale al traguardo della certificazione del design, ma la strada è ancora in salita

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NuScale Power è la prima azienda, e per ora l’unica, ad ottenere da parte della Nuclear Regulatory Commission (NRC) statunitense la certificazione del proprio design di Small Modular Reactor. Tale certificazione, ottenuta al termine di un esame di tutte le specifiche di sicurezza del concetto di reattore proposto, ha durata di 15 anni (rinnovabile) e sostanzialmente apre le porte alla commercializzazione dei reattori modulari NuScale. Il parere positivo ottenuto dall’Advisory Committee on Reactor Safeguards (ACRS) non è tuttavia senza ombre. In particolare è stato rilevato un possibile difetto nell’impianto di raffreddamento del nocciolo, nel quale acqua addizionata di boro circola più volte attraverso cicli di evaporazione e condensazione. Tuttavia, la fase di evaporazione priverebbe l’acqua del boro, riducendone la capacità di assorbire neutroni, dunque di interrompere la reazione a catena. NuScale avrebbe già risolto questo potenziale problema, malgrado ciò l’ACRS ha chiesto un’ulteriore valutazione di questo meccanismo di sicurezza e del rischio connesso all’immissione accidentale nel circuito di acqua priva o povera di boro, richiesta fatta propria dalla NRC. Tali approfondimenti saranno dunque oggetto d’esame al momento della richiesta di licenza operativa per uno o più reattori NuScale. L’importante traguardo della certificazione del design è ulteriormente offuscato dai tentennamenti del primo cliente annunciato di NuScale, la Utah Associated Municipal Power System (UAMPS): l’utility elettrica ha infatti in progetto la realizzazione di una centrale NuScale da 12 moduli di potenza complessiva pari a 720 MW la cui costruzione dovrebbe cominciare nel 2023, per essere operativa nel 2026. Tuttavia, citando l’aumento dei costi attesi e l’intervenuta contrarietà al progetto di alcune municipalità che aderiscono all’utility, UAMPS avrebbe espresso a NuScale l’intenzione di rimandare il progetto di 3 anni. La posizione più cauta di UAMPS potrebbe essere dovuta anche ad una campagna stampa fortemente ostativa al progetto, montata da alcuni media locali anche ad opera di organizzazioni ambientaliste, come The Union of Concerned Scientists e Uranium Watch, da sempre su posizioni critiche o del tutto contrarie al nucleare. Gli sforzi di NuScale per far percepire i reattori modulari intrinsecamente sicuri, tanto da postulare la riduzione quasi a zero dell’attuale area di emergenza (di 32 km di diametro) prevista per la loro installazione, non sembrano per ora aver fatto presa, almeno nel pubblico. Secondo i detrattori, il design che ha ottenuto la certificazione prevede moduli di potenza pari a 50 MW ciascuno, mentre la centrale dello Utah vedrebbe moduli di 60 MW di potenza, che dunque richiederebbero una nuova valutazione. Dal canto suo NuScale replica che l’aumento di potenza del 20% ricade negli ampi margini di sicurezza del design e non ha implicazioni di sicurezza rilevanti. Inoltre la licenza dello specifico impianto avverrebbe in seguito ad un altro esame approfondito da parte della NRC, come da prassi. Sul fronte dei costi, a chi obietta che il progetto sia troppo costoso per una utility privata, UAMPS risponde che i costi previsti sono pari a 55 $ al MWh, competitivi quindi con altre fonti di produzione elettrica, quali il gas naturale e le rinnovabili. Come abbiamo già avuto modo di sottolineare in un precedente articolo sui reattori modulari, molta della fortuna di questi progetti dipenderà però non soltanto dalla loro capacità di mantenere le promesse, ma anche dall’apertura mentale degli organismi regolatori e dalla loro capacità di evolvere al pari della tecnologia e, per quanto riguarda la riduzione dei tempi e dei costi di costruzione, dalla capacità di armonizzare a livello internazionale i requisiti normativi.