QUADERNO AIN n. 1 21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 AIN ASSOCIAZIONE ITALIANA NUCLEARE QUADERNO N. 1 La consapevolezza del ruolo che l energia nucleare svolge per assicurare il soddisfacimento dei fabbisogni elettrici in modo sostenibile sul piano economico e ambientale è riflessa in molte prese di posizione in ambito politico internazionale. Nel marzo 2007 l Unione Europea ha sottoscritto una risoluzione sulla limitazione delle emissioni di gas serra con orizzonte 2020 nel cui ambito l energia nucleare, insieme alle fonti rinnovabili, è indicata come mezzo per il conseguimento degli obiettivi di riduzione. Nel 2007 il G7 ha ribadito più volte che il nucleare è una fonte indispensabile al fine di assicurare la sicurezza delle forniture di energia elettrica e di contrastare i cambiamenti climatici. Lo stesso anno il Parlamento europeo ha approvato a larga maggioranza un documento nel quale si dichiara che l energia nucleare è indispensabile nel medio termine per ragioni economiche e ambientali al soddisfacimento del fabbisogno di energia dell Europa. Anche l International Panel on Climate Change (IPCC) dell ONU, nel rapporto di sintesi conclusivo approvato a Valencia il 17 novembre 2007, ha riconosciuto la necessità un mix produttivo che includa anche l energia nucleare. EQUAZIONE ENERGIA-ECONOMIA-AMBIENTE L ENERGIA NUCLEARE SERVE ALL ECONOMIA E ALLA SOSTENIBILITÀ L energia nucleare nel mondo L energia nucleare riveste nei paesi industrializzati un ruolo fondamentale nel soddisfacimento del fabbisogno di energia elettrica in condizioni di sostenibilità economica e ambientale. Il contributo nucleare alla produzione elettrica è stato nel 2007 del 33% in Europa (dove il nucleare è stata la prima fonte di produzione, davanti al carbone), del 24% nei paesi dell OCSE (l organizzazione della quale fanno parte i 27 paesi più industrializzati del mondo) e del 16% a livello mondiale. Attualmente (dati IAEA al 30.05.2008) nel mondo ci sono 439 reattori in funzione in 32 paesi, 36 reattori in costruzione in 14 paesi (tra cui 11 in Europa), 93 reattori in progetto in 14 paesi e 218 reattori in opzione in 23 paesi. La maggior parte dei paesi industriali ricava dal nucleare quote consistenti della produzione elettrica. Il disastro di Chernobyl, pur motivando approfondite riflessioni in tutti i paesi che avevano impianti nucleari in esercizio, non ha avuto effetti par- Contributo nucleare alla produzione di energia elettrica al 30.05.2008 (fonte : ONU- IAEA, 2008). 1
21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 QUADERNO AIN n. 1 Contributi alla produzione elettrica mondiale nel 2006 (fonte: IEA, 2007). Contributi alla produzione elettrica in Europa nel 2006 (fonte: IEA, 2007). ticolari sull evoluzione dei programmi. Dal 1986 (anno del disastro) al 2008 la potenza nucleare in funzione nel mondo è passata da 250 a 372 GWe, con una crescita di circa il 49%. Costo del kwh nucleare Il costo di produzione del kwh di fonte nucleare è stato valutato fra il 1997 e il 2007 nei seguenti studi nazionali e internazionali. 1. 1997: industria elettrica europea (UNIPEDE); 2. 1999: Siemens (Germania); 3. 2000: Institute for Public Policy, Rice University (USA); 4. 2000: Lappeenranta University of Technology (Fin-landia, aggiornato nel 2003); 5. 2002: UK Performance and Innovation Unit (Regno Unito); 6. 2002: Scully Capital (USA); 7. 2003: Lappeenranta University of Technology (Finlandia); 8. 2003: Segretariato all Energia (Francia); 9. 2003: Massachusetts Institute of Technology (USA); 10. 2004: Royal Academy of Engineers (Regno Unito) 11. 2004: University of Chicago, finanziato dall US-DOE (USA); 12. 2004: CERI - Canadian Energy Research Institute (Canada); 13. 2005: OCSE-NEA / ONU-IAEA; 14. 2005: Business Case for Early Orders of New Nuclear Reactors, OXERA; 15. 2006: Studio OCSE-NEA; 16. 2007: Commissione Europea; 17. 2007: World Energy Council. 2
QUADERNO AIN n. 1 21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 Potenza nucleare (MWe) in esercizio, in costruzione, in progetto e in opzione nel mondo al 30.05.2008 (fonte: ONU- IAEA, 2008). I risultati degli studi indicati con i numeri 5, 7, 8, 9, 10, 11, 15 sono riportati graficamente in questa pagina. La retta di interpolazione consente di quantificare il costo medio del kwh di origine nucleare fra 1,3 e 3,7 c /kwh (ovvero fra 1,6 e 4,7 c / kwh, al cambio 1 = 1,261 ) al variare del tasso di sconto (costo del denaro) fra il 4% e il 13%. Lo studio svolto nel 2000 e aggiornato nel 2003 dalla Lappeenranta University of Technology (Finlandia) mostra la convenienza del nu- cleare rispetto alle altre fonti di produzione elettrica prese in esame, convenienza che si accentua se si considera il costo delle emissioni e l incremento del costo delle fonti fossili intervenuto dal 2003 ad oggi. Lo studio OCSE 2006 è uno studio comparativo su nucleare, carbone e gas che fa riferimento alle condizioni locali in una quindicina di paesi. Considerando un tasso di sconto pari al 5% (condizioni più favorevoli al nucleare, caratterizzato da alti costi di investimento) e tutte le compo- Valutazioni del costo di produzione dell energia elettronucleare al variare del tasso di sconto (fonte: studi citati nel testo). 3
21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 QUADERNO AIN n. 1 Costi di produzione dell energia elettrica in 14 paesi dell OCSE a prezzi dei combustibili 2004 (fonte: OCSE, 2006). 4 nenti di costo (impianto, esercizio e manutenzione, combustibile) ai prezzi 2004, i costi di produzione sono i seguenti (l intervallo di variazione è legato alle particolari condizioni del mercato locale): nucleare: 2,3-3,6 c$/kwh carbone: 2,2-4,8 c$/kwh gas (c. comb.): 3,9-5,7 c$/kwh Considerando un tasso di sconto del 10% (condizione meno favorevole al nucleare) i costi di produzione si modificano come segue: nucleare: 3,1-5,4 c$/kwh carbone: 2,7-5,9 c$/kwh gas (c. comb.): 4,3-6,0 c$/kwh Dalle valutazioni emerge una sostanziale equivalenza del costo del chilowattora nucleare rispetto a quello prodotto con centrali a carbone (che sono le più economiche fra le centrali termoelettriche) o a gas a ciclo combinato. Ma la competitività del nucleare si accentua ancora u- na volta se si considerano gli effetti della carbon tax e gli aumenti del costo delle fonti fossili intervenuti dal 2004 ad oggi. Le centrali nucleari sono caratterizzate da costi di impianto molto più elevati di quelli tipici delle centrali termoelettriche convenzionali. Ad e- sempio, la centrale EPR da 1.600 MW in costruzione in Finlandia ha un costo complessivo a preventivo di circa 3,2 miliardi di euro. Gli alti costi di impianto non costituiscono tuttavia un deterrente economico per i paesi che non hanno fonti energetiche proprie. Infatti, poiché l 88% del costo del kwh nucleare è dato dai costi di impianto e dai costi di e- sercizio, questa componente rappresenta un investimento fatto in sede nazionale. Viceversa, per il kwh di origine fossile, il 72% nel caso del gas e il 45% nel caso del carbone è dato dal costo del combustibile, e quindi, per i paesi che importano le fonti fossili, costituisce un esborso netto verso l estero. Un altro vantaggio associato al nucleare rispetto alle fonti fossili è la scarsa sensibilità del costo del kwh rispetto alle variazioni del prezzo del combustibile. Il costo degli elementi di combustibile influisce poco (circa il 15%) sul costo del kwh nucleare, che è determinato essenzialmente dai costi di impianto e di esercizio (88%). Di conseguenza, mentre per una centrale termoelettrica il raddoppio del costo del combustibile comporta un aumento compreso fra il 45% (se utilizza carbone) e il 72% (se utilizza gas) del costo del kwh,
QUADERNO AIN n. 1 21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 Costi di produzione dell energia elettrica e variazioni al variare del costo del combustibile (fonte: Finlandia, Lappeenranta University of Technology 2003, prezzi 2003, tasso di sconto 5%, costo delle emissioni 20 /t CO2, eolico 2.500 ore/ anno di funzionamento). per una centrale nucleare l incremento del costo del kwh è limitato al 12%. Ancora meno significativa è l influenza del costo dell uranio, che incide per circa il 5% sulla formazione del costo del kwh. Il raddoppio del prezzo dell uranio determina quindi un aumento del costo del kwh non superiore al 5%. Altre componenti di costo che riguardano specificamente le centrali nucleari sono date dai costi relativi alla gestione dei rifiuti radioattivi (combustibile irraggiato, rifiuti di e- sercizio) e allo smantellamento dell impianto al termine della vita u- tile. In attuazione delle direttive e- manate in ambito internazionale, questi costi sono finanziati attraverso l accantonamento di una quota parte del ricavato dalla vendita dell energia elettrica prodotta. Ciò si 5
21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 QUADERNO AIN n. 1 Aumento del fattore di utilizzazione degli impianti elettronucleari a livello mondiale (fonte: ONU-IAEA, 2008). potenza degli impianti esistenti e per il 57% dall aumento del fattore di carico degli impianti. Negli ultimi decenni la produzione di energia da fonte nucleare ha continuato ad aumentare più rapidamente di quanto siano aumentati il numero e la potenza complessiva degli impianti in esercizio. Ciò è dovuto all aumento dell efficienza complessiva degli impianti in esercizio e al prolungamento della loro vita utile che, progettata inizialmente per un periodo di 30 anni, è stata successivamente estesa a 50-60 anni. Un indicatore dell efficienza di funzionamento degli impianti nucleari è il cosiddetto fattore di carico (o fattore di utilizzazione ), definito come rapporto fra l energia elettrica effettivamente prodotta in un impianto in un anno e l energia teoricamente producibile dal medesimo impianto nell ipotesi di funzionamento continuo a piena potenza per 8.760 ore all anno. Grazie ad accorgimenti di tipo impiantistico e gestionale (allungamento dei cicli di irraggiamento, diminuzione del numeroe della durata delle fermate per manutenzione programmata) il fattore di carico medio mondiale degli impianti nucleari è passato dal 53% nel 1970 all 85% nel 2007. Circa un terzo dei reattori in funzione nel mondo presenta oggi fattori di carico superiori al 90%, mentre i restantraduce in un incremento del costo di produzione del kwh da fonte nucleare quantificabile 0,1 c$/kwh per la gestione dei rifiuti radioattivi e di altri 0,1-0,2 c$/kwh per lo smantellamento dell impianto a fine vita. Non si tratta quindi di costi particolarmente significativi. Efficienza degli impianti Fra il 1990 e il 2006 la potenza nucleare installata nel mondo è cresciuta del 13,5% mentre la produzione di energia elettrica dagli impianti nucleari in esercizio è cresciuta del 40% (dati ONU-IAEA 2007). I contributi relativi a questa crescita sono venuti per il 36% dalle nuove costruzioni, per il 7% dall aumento della Contributi all incremento della produzione elettronucleare a livello mondiale (fonte: ONU- IAEA, 2008). 6
QUADERNO AIN n. 1 21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 Miglioramenti nell utilizzazione del combustibile nucleare (fonte: ONU-IAEA, 2008). ti due terzi hanno fattori di carico superiori al 75%. Particolarmente sensibile è stato negli ultimi 15 anni il miglioramento della performance dei 104 reattori statunitensi, con un fattore di carico medio passato dal 65% nel 1990 al 91,5% nel 2006. Delle tre componenti del costo del kwh nucleare (capitale investito, costi di esercizio e manutenzione, costo del combustibile) quella di gran lunga prevalente è il costo del capitale (58% nello studio finlandese). Ciò significa che, trascorso il periodo di ammortamento dell impianto (20-30 anni), il costo del kwh si riduce del 58%. Vi è quindi un grande interesse a prolungare la vita operativa dei reattori ben oltre i trenta anni i- nizialmente previsti nei progetti. In genere ciò è possibile attraverso la sostituzione di alcuni componenti, l ammodernamento della strumentazione e una verifica approfondita dello stato dell impianto. Negli USA l autorità di controllo nucleare (NRC) ha finora concesso un prolungamento di 20 anni della licenza di esercizio alla metà dei 104 reattori in funzione ed ha attualmente all esame analoghe richieste per i restanti reattori. Il sensibile miglioramento del tasso di sfruttamento del combustibile ha portato la produzione elettronucleare negli impianti PWR (i più diffusi) da valori di circa 500 kwh per grammo di combustibile nel 1970 a valori di 1.000 kwh per grammo di combustibile nel 2006 (dati ONU- IAEA 2007). Ciò significa che da una stessa quantità di combustibile si produce oggi il doppio dell energia elettrica che si produceva nel 1970. Il tasso di sfruttamento del combustibile dovrebbe raggiungere i 1.500 kwh/g entro una decina d anni. Produrre più energia per unità di massa del combustibile comporta diversi benefici: migliore sfruttamento delle risorse uranifere, riduzione dei costi del combustibile e periodi di funzionamento più prolungati fra una ricarica e l altra: si è già passati da una ricarica all anno a una ogni 18 mesi e si conta di arrivare entro qualche anno a una ricarica ogni due o più anni. Disponibilità di combustibile L edizione 2006 del Red Book, pubblicato in collaborazione da O- NU-IAEA e OCSE-NEA, che costituisce la pubblicazione di riferimento a livello internazionale sulle riserve di uranio, indica che le risorse u- ranifere estraibili a costi non superiori a 130 $/kg attualmente accertate a livello mondiale ammontano a 5,5 milioni di tonnellate, mentre le risorse estraibili a costi di poco su- 7
21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 QUADERNO AIN n. 1 Situazione corrente delle risorse uranifere. orizzonte temporale di sfruttamento pressoché illimitato, e comunque superiore a quello di ogni altra fonte e- nergetica impiegabile su vasta scala. La durata delle risorse fissili si prolunga praticamente all infinito se si considera che l uranio è presente nell acqua degli oceani con una concentrazione di circa 13 mg/m 3. Si valuta che in questa forma sia disponibile un quantitativo di uranio pari a 1.000 volte le risorse minerarie esistenti. I ricercatori giapponesi hanno già messo a punto una tecnica di separazione che consente di ricavare uranio al costo di 220$/kh, con la prospettiva di arrivare entro alcuni anni a un costo di estrazione di 132 $/kg. Negli ultimi due decenni è gradualmente aumentato l impiego di combustibile ad ossidi misti di uranio e plutonio (MOX), al fine di valorizzare gli stock di plutonio accumulati attraverso il ritrattamento del combustibile esaurito, ma anche di utilizzare a fini energetici il plutonio derivante dallo smantellamento delle testate nucleari, che solo in questo modo può essere definitivamente distrutto. Per ragioni connesse con l ottimizzazione dello sfruttamento del combustibile nucleare e con la riduperiori a 130 $/kg sono stimate in 10,5 milioni di tonnellate. Al tasso attuale di utilizzazione (il fabbisogno mondiale di uranio nel 2006 è stato di circa 65.000 tonnellate) le risorse minerarie estraibili a costi non superiori a 130 $/kg basterebbero per 85 anni e quelle totali per 250 anni. Un prolungamento sostanziale della durata delle risorse è legato alla prossima introduzione (2030) dei reattori della quarta generazione. I reattori attualmente in funzione nel mondo utilizzano infatti come combustibile l uranio-235, che rappresenta solo lo 0,7% dell uranio naturale. L entrata in funzione dei reattori veloci della quarta generazione (la cui tecnologia è stata già sviluppata negli anni Ottanta con il reattore Superphénix) consentirà lo sfruttamento dell uranio-238 (99,3% dell uranio naturale) moltiplicando teoricamente per un fattore 60 la durata delle riserve di uranio. L uso di combustibili a base di uranio e torio (il cui ciclo è stato studiato in molti paesi, fra cui l Italia) avrà l effetto di ampliare ulteriormente le riserve di combustibile nucleare, essendo il torio 3,5 volte più abbondante in natura dell uranio. Il nucleare da fissione ha dunque un 8
QUADERNO AIN n. 1 21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 Composizione del combustibile nucleare esaurito. zione della produzione di materiali ad alta attività, si va affermando in tutto il mondo l adozione del ciclo chiuso del combustibile, in alternativa allo smaltimento del combustibile esaurito tal quale. Il concetto del ciclo chiuso prevede il ritrattamento del combustibile scaricato dai reattori, processo finalizzato al recupero dell uranio 238 (95% del combustibile scaricato), dell uranio 235 non fissionato (1%) e del plutonio prodotto nel reattore (1%). Uranio e plutonio sono riutilizzati per fabbricare combustibile fresco (di tipo MOX) e in tal modo il problema dello smaltimento di materiali ad alta attività si pone solo per i prodotti non riutilizzabili (3%), che costituiscono le cosiddette scorie ad alta attività, mentre il 97% del combustibile nucleare esaurito è riciclato per fabbricare nuovo combustibile. I materiali radioattivi Il problema dei rifiuti radioattivi si pone per quantitativi molto limitati, inferiori di diversi ordini di grandezza ai quantitativi di rifiuti prodotti nelle centrali termoelettriche convenzionali. Contrariamente a quanto avviene per i materiali prodotti dalle centrali convenzionali, la pericolosità dei materiali radioattivi decresce nel tempo fino ad annullarsi. Per alcune sostanze il tempo di decadimento è molto rapido (qualche giorno), per altre è invece molto lungo (centinaia di migliaia di anni). Smaltire i materiali radioattivi significa pertanto sottoporli a trattamento adeguato e isolarli dalla biosfera per il tempo necessario a consentire il decadimento della radioattività fino a livelli confrontabili con quelli del minerale di uranio originale. I materiali a bassa e media attività I materiali a bassa e media attività (il 95% dei materiali radioattivi prodotti negli impianti nucleari) subiscono un trattamento di concentrazione, compattazione e stabilizzazione all interno di fusti di acciaio mediante colaggio di una matrice cementizia. I fusti condizionati sono inseriti all interno di cassoni in calcestruzzo (moduli di deposito) che sono a loro volta impilati all interno di vasconi 9
21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 QUADERNO AIN n. 1 MOVIMENTAZIONE DI COMBUSTIBILE E PRODUZIONE DI RESIDUI NELLE CENTRALI NUCLEARI E TERMOELETTRICHE Centrale nucleare da 1.000 MWe: combustibile movimentato produzione di rifiuti ad alta attività produzione di rifiuti a bassa e media attività rilasci di radioattività (effluenti a lunga vita) Centrale termoelettrica (gas, olio, carbone) da 1.000 MWe: 20 t 2 t 20 t 2 GBq combustibile movimentato 1-2 Mt produzione di CO 2 4-7 Mt produzione di CO 600-2.000 t produzione ossidi di zolfo 4.500-120.000 t produzione di ossidi di azoto 4.000-27.000 t rilascio di particolati in atmosfera 1.500-5.000 t produzione di ceneri 25.000-100.000 t metalli pesanti nelle ceneri 1-400 t radioattività (a lunga vita) nelle ceneri 1-50 GBq in calcestruzzo (unità di deposito). Quando le unità di deposito sono riempite vengono chiuse con coperchi in calcestruzzo, impermeabilizzate e coperte con uno strato di terreno. I depositi definitivi per materiali a bassa e media attività sono di tipo superficiale (Francia, Spagna) o sotterraneo (Germania, Svezia). Depositi di questo tipo sono in esercizio in quasi tutti i paesi industriali. Essi sono progettati per isolare i materia- li dalla biosfera per 300 anni; trascorso questo periodo i materiali hanno raggiunto livelli di radioattività analoghi a quelli del fondo naturale. I materiali ad alta attività I materiali ad alta attività (il 5% dei materiali radioattivi prodotti negli impianti nucleari) derivano principalmente dal ritrattamento del combustibile nucleare esaurito. Dopo la Condizionamento e stoccaggio definitivo dei materiali radioattivi a bassa e media attività. 10
QUADERNO AIN n. 1 21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 Cask per il trasporto e lo stoccaggio di lungo periodo dei materiali radioattivi ad alta attività vetrificati. separazione delle componenti riutilizzabili (97% del combustibile esaurito) la parte residua (3%) è inglobata a caldo in una matrice di vetro minerale all interno di un contenitore in acciaio (flask). Il contenitore è chiuso mediante saldatura ed è avviato al deposito temporaneo. I flask sono successivamente inseriti all interno di contenitori cilindrici corazzati (cask) adatti al trasporto e allo stoccaggio di lungo termine all interno di depositi idonei. Per lo smaltimento definitivo è in fase di studio in molti paesi lo smaltimento geologico, in cui la funzione di isolamento dei materiali è affidata a formazioni geologiche profonde (di argilla, salgemma o granito) stabili per milioni di anni. L unico deposito geologico attualmente in funzione si trova nel New Mexico (USA) ma ha lo scopo di o- spitare i materiali derivanti dai programmi militari, non quelli derivanti dalle centrali nucleari. Il motivo per il quale nessun paese ha finora realizzato depositi geologici per i materiali provenienti dalle centrali nucleari è che al momento non sono necessari, dato che i materiali, prodotti in modeste quantità, continuano ad essere agevolmente stoccati presso gli stessi impianti. Sviluppi della ricerca Il problema delle scorie ad alta attività è in via di soluzione sistematica attraverso le ricerche in corso sulla separazione e sulla trasmutazione delle componenti ad alta attività e a lunga vita. Le tecniche in fase di sviluppo in Francia, Regno Unito e Stati Uniti consentiranno di ridurre il tempo di decadimento degli attinidi a circa 300 anni, analogo a quello dei materiali a media attività. Il tempo nel quale la radioattività del combustibile nucleare irraggiato - così come è scaricato dal reattore - si riduce a quella del minerale di u- ranio originale è quantificabile in circa 200 mila anni. Se tuttavia si separano e si riutilizzano l uranio e il plutonio, il tempo di decadimento si riduce a circa 10 mila anni. Se inoltre si riesce a trasformare gli attinidi 11
21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 QUADERNO AIN n. 1 Decadimento dei materiali radioattivi ad alta attività e a lunga vita costituenti il combustibile nucleare esaurito. Ad essi hanno fatto seguito negli anni Settanta gli impianti della seconda generazione, caratterizzati da u- na potenza unitaria di 500-1.000 MW. Negli anni Ottanta sono stati sviluppati i reattori di terza generazione, aventi una potenza di 1.200-1.600 MW, tuttora in corso di realizzazione in tutto il mondo. Sulla base dell esperienza condotta negli impianti in esercizio, l evoluzione tecnologica ha progressivamente incorporato caratteristiche di efficienza e di sicurezza sempre più avanzate, finché nella prima metà degli anni Novanta le società e- lettriche europee da un lato e quelle statunitensi da un lato, in collaborazione con le autorità di controllo nazionali e internazionali, hanno elaborato nuovi requisiti avanzati di sicurezza e di efficienza, dando luogo allo sviluppo dei reattori della terza generazione avanzata (III+). Gli impianti nucleari in funzione nel mondo hanno dimostrato standard di sicurezza molto elevati. Sulla base delle verifiche condotte dalle autoriin elementi più leggeri il tempo di decadimento si riduce ulteriormente a circa 300 anni. In tal modo è possibile trasformare le scorie ad alta attività in materiali caratterizzati da un tempo di decadimento analogo a quello dei rifiuti a bassa e media attività. Nell ambito del Progetto Atalante i ricercatori francesi hanno già dimostrato la fattibilità tecnica di questo processo. Il problema della gestione dei materiali radioattivi è dunque in via di soluzione definitiva e non è comunque tale da rappresentare un ostacolo all uso dell energia nucleare. La sicurezza Dagli anni Cinquanta ad oggi sono stati realizzati in tutto il mondo oltre 500 reattori per la produzione di e- nergia elettrica. L evoluzione della tecnologia ha dato finora vita a tre diverse generazioni di impianti. Gli impianti della prima generazione sono caratterizzati da una potenza limitata a qualche centinaio di MWe. 12
QUADERNO AIN n. 1 21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 Rappresentazione schematica degli iter autorizzativi che presiedono alla realizzazione degli impianti nucleari in Italia. tà per la sicurezza ambientale e dalle autorità di controllo nazionali e internazionali, in condizioni di normale esercizio l impatto ambientale delle centrali nucleari è praticamente nullo. A parte il disastro di Chernobyl (65 morti accertati dal 1986 al 2006), che ha interessato un reattore di concezione e fabbricazione sovietica mai adottato nel mondo occidentale, l unico incidente significativo occorso ad una centrale nucleare occidentale si è verificato nel 1976 a Three Mile Island (Pennsylvania, U- SA). In quella occasione, alla fusione del 60% del reattore ha corrisposto la fuoriuscita dall impianto di quantitativi di radioattività privi di significato sanitario. I reattori della terza generazione a- vanzata attualmente in costruzione sono progettati in modo tale da evitare conseguenze esterne all impianto anche in caso di fusione completa del nocciolo. Questa caratteristica fa parte dei requisiti standard adottati a metà degli anni Novanta dalle società elettriche europee nell ambito dell iniziativa EUR (European Utilities Requirements) e dalle società elettriche USA nell ambito dell iniziativa URD (Utility Requirement Document). Essa costituisce quindi uno standard vincolante. L analisi di sicurezza sviluppata per questi reattori quantifica la probabilità di fusione del nocciolo con fuoriuscita di radioattività all esterno dell impianto in meno di un evento ogni 10 milioni di anni di funzionamento del reattore. La sicurezza degli impianti nucleari è verificata e controllata in tutte le fasi di progetto, autorizzazione, realizzazione ed esercizio. Negli impianti nucleari è diffusamente applicata la filosofia della difesa in profondità, che si attua attraverso la scelta opportuna dei materiali, l efficienza, l efficacia e la ridondanza di componenti e sistemi, che sono interamente realizzati in regime di garanzia di qualità. Autorizzazioni e controlli La realizzazione di un impianto nucleare è subordinata a un iter autorizzativo particolarmente complesso che si articola in due diverse componenti: l autorizzazione dal punto di vista della sicurezza nucleare e quella relativa all impatto ambientale. Il settore nucleare è un settore internazionale per definizione. Le normative sulla sicurezza e sulla radioprotezione che lo regolano sono sviluppate da organismi internazionali 13
21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 QUADERNO AIN n. 1 Esposizione media alla radioattività per la popolazione italiana. Sorgente Dose media annua (msv/anno) Fondo naturale 3,1 raggi cosmici 0,30 radioisotopi cosmogenici 0,01 radiazione terrestre 2,81 Attività antropiche 1,1 pratiche sanitarie, radiologia 1,00 televisori e computer 0,01 impianti nucleari 0,001 viaggi aerei 0,002 altre esposizioni 0,01 fall-out di esperimenti nucleari 0,01 Totale esposizione 4,2 e sono applicate a livello nazionale in un contesto di stringenti controlli internazionali. Oltre alla sorveglianza delle autorità di controllo nazionali, gli impianti nucleari in esercizio sono infatti sottoposti al regime di controllo ispettivo dell ONU- IAEA che ha la duplice finalità di verificare le condizioni di sicurezza degli impianti e di impedire eventuali impieghi distorti dei materiali nucleari. Nei paesi europei il regime di controllo ispettivo dell ONU-IAEA è affiancato da quello previsto dal trattato Euratom, che si articola in analoghi meccanismi di controllo. Qualunque malfunzionamento o e- vento anomalo si verifichi presso un qualsiasi impianto nucleare deve essere immediatamente notificato all IAEA, che ha il potere di disporre accertamenti indipendenti da quelli disposti in forma autonoma dall esercente dell impianto e dall autorità di controllo nazionale. Per i paesi dell Unione Europea gli eventi anomali devono essere segnalati tempestivamente anche al sistema ECURIE (European Community Urgent Radiological Information E- xchange), organismo dell Unione Europea incaricato di ricevere e ritrasmettere ai 27 paesi membri le informazioni su eventuali incidenti nucleari. Impatto sanitario e ambientale La produzione di energia nucleare, in tutte le sue fasi, comporta la produzione di materiali radioattivi, ma è anche l attività più controllata dal punto di vista dell impatto radiologico sui lavoratori, sulla popolazione e sull ambiente. Rischi di esposizione alla radioattività esistono nell industria estrattiva del minerale uranifero, negli impianti di arricchimento dell uranio, negli impianti di produzione del combustibile nucleare, nelle centrali nucleari, negli impianti di ritrattamento del combustibile nucleare e negli impianti di trattamento, condizionamento e stoccaggio temporaneo e definitivo dei materiali radioattivi. Le esposizioni della popolazione alla radioattività prodotta dagli impianti nucleari sono tuttavia minime e di gran lunga inferiori a quelle dovute a tutte le altre cause, naturali e antropiche. Il funzionamento di una centrale nucleare determina il rilascio nell ambiente di modesti quantitativi di effluenti liquidi (acqua) e aeriformi che contengono tracce di radioattività molto inferiori alla radioattività naturale. Gli effluenti liquidi sono raccolti e 14
QUADERNO AIN n. 1 21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA n. 6-2008 Generazione di energia elettrica da diverse fonti. Medie dei costi esterni valutati in 15 paesi europei (programma Externe). trattati al fine di ridurre al minimo la radioattività scaricata nell ambiente. Gli affluenti aeriformi sono scaricati attraverso il camino della centrale, previo monitoraggio continuo per garantire il rispetto dei limiti imposti. Lo scarico degli effluenti liquidi ed aeriformi è regolamentato da apposite prescrizioni tecniche che, attraverso la cosiddetta formula di scarico, limitano la quantità dì radioattività scaricabile su base annuale, trimestrale e giornaliera. Lo scarico effettivo degli effluenti delle centrali nucleari in esercizio nei paesi occidentali non va comunque oltre una percentuale minima delle stesse quantità autorizzate. In effetti, le centrali nucleari sono progettate per contenere e controllare tutti i materiali radioattivi prodotti, che sono trattati, condizionati e immagazzinati in depositi controllati. L'impatto radiologico delle centrali nucleari è continuamente sorvegliato mediante una rete di monitoraggio interna ed esterna all impianto integrata da stazioni meteorologiche. La distribuzione (fra qualche centinaio di metri e qualche chilometro dall impianto) dei punti di misura diretta e di prelievo delle matrici ambientali esterne (acqua, aria, suolo, sedimenti, vegetazione, fauna) è tale da fornire una immagine significativa dello stato della radioattività nell area circostante l impianto. I risultati delle misure sono costantemente verificati dall autorità di controllo nucleare. I costi esterni del nucleare Una valutazione oggettiva dell impatto complessivo associato all uso delle diverse fonti di energia può essere condotta calcolando i cosiddetti costi esteni (externalities) associati all uso delle diverse fonti energetiche, ovvero dei costi derivanti dalla monetizzazione degli impatti sulla salute, sull ambiente e sulle attività economiche, inclusi gli effetti di possibili incidenti, tenendo conto di tutto il ciclo produttivo. Nell ambito del progetto europeo E- xterne è stato elaborato uno studio che valuta come segue i costi esterni medi in 15 paesi europei: carbone 8,5 c /kwh olio combustibile 7,0 gas 2,5 biomassa 1,5 fotovoltaico 0,6 nucleare 0,5 idroelettrico 0,5 eolico 0,1 Come mostrano i dati, i costi esterni dell energia nucleare sono da 5 a 17 volte inferiori a quelli delle fonti fossili, si collocano allo stesso livello di quelli associati all energia idroelettrica, sono inferiori a quelli dell energia fotovoltaica e sono superiori solo a quelli dell energia eolica. 21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA Rivista di informazione scientifica ed economica Quaderno n. 1 dell Associazione Italiana Nucleare allegato alla rivista 21 mo SECOLO SCIENZA E TECNOLOGIA - Anno 19 - numero 6 - dicembre 2008 Registrazione Tribunale di Roma N. 656 del 9 novembre 1990 Editore: 21 mo SECOLO s.r.l. - via L. Di Breme, 18-20156 Milano Tel. 02 33408361 / 02 38000534 E-mail: info@21mosecolo.it - Internet: www.21mosecolo.it Associazione Italiana Nucleare - Corso Vittorio Emanuele II, 244-00186 Roma E-mail: info@assonucleare.it - Internet: www.assonucleare.it 15