Cicli e ricicli della scoria

DI GUIDO ROMEO
La promessa sono kW e a basso costo e nessuna emissione di CO2. Ma la sfida del nucleare è diventare veramente sostenibile nel lungo termine. Spaccare atomi per produrre energia significa inevitabilmente produrre scorie, alcune delle quali destinate a rimanere altamente radioattive per centinaia di migliaia di anni. E così, mentre il drappello delle nazioni impegnate nella progettazione o nella costruzione di nuove centrali nucleari si allarga da Brasile a Cina, Egitto, Finlandia, India, Giappone, Pakistan, Russia, Corea del Sud e Vietnam e, la settimana scorsa, all'Italia, la sfida con la quale tutto il Pianeta dovrà confrontarsi è lo stoccaggio di lungo periodo dei residui di fissione.
Anche i Paesi che oggi non hanno centrali attive devono trattare grandi volumi di scorie. L'Italia, ad esempio, che ha spento le sue centrali 20 anni fa deve fare i conti con circa 55mila metri cubi di residui (l'equivalente di un palazzo di 60 piani) con diversi livelli di radioattività. «I residui altamente radioattivi e le scorie prodotte dal combustibile utilizzato nelle centrali possono venir viste come rifiuti di cui disporre per sempre o come risorse da riutilizzare», osserva Hans Forsström, direttore della Divisione per il combustibile e i rifiuti nucleari della Iaea, l'Agenzia per l'energia atomica delle Nazioni Unite.
Oggi la maggior parte dei residui di combustibile viene stoccata in depositi di superficie vicino alle stesse centrali dove il livello di sicurezza è molto alto. Una scelta di sicurezza, ma di fatto in attesa di decidere il loro destino, molto probabilmente verso un deposito geologico di profondità come quello in costruzione nelle Yucca Mountains, negli Usa, il cui sviluppo ha però subito una battuta d'arresto nelle ultime settimane. Questo tipo di depositi ancora non è in funzione, ma è allo studio, oltre che negli Usa, in Francia a Bure per il 2025, a Nord-Est di Parigi, e in Finlandia, nei pressi della centrale di Olkiluoto, mentre in Svezia la sua collocazione dovrebbe essere decisa quest'estate.
In Italia, il progetto di un deposito di profondità a Scanzano Jonico, ipotizzato nel 2003 e mai valutato dall'Iaea, è stato successivamente accantonato. I depositi geologici sono progettati come una serie di tunnel a 500 metri di profondità, scavati in rocce granitiche o argillose. «La durata dei contenitori in cui sono collocate le scorie è garantita per circa 100 anni, ma i residui continueranno a emettere radiazioni nocive per oltre 100mila anni – osserva Forsström –. Per questo ogni deposito di profondità deve essere concepito in modo che la roccia stessa funzioni da contenitore e protezione». Le superfici impegnate possono essere notevoli. Il progetto svedese, ad esempio, calcola almeno un chilometro quadrato di superficie sotterranea per ospitare le scorie prodotte in 40 anni da una potenza di circa 20 Gigawatt.
Stoccate senza trattamento o mantenute in un deposito superficiale, le scorie di fissione rischiano perciò di diventare un fardello molto ingombrante e molti guardano a un loro riutilizzo. «Il combustibile usato che esce da una centrale contiene circa un 3% di scorie effettive da smaltire, un 1% di plutonio che può venir riutilizzato in un reattore e un 96% di materiale composto da una miscela di Uranio 235 e 238 – spiega Forsström – quindi c'è almeno un 97% di materiale che può venire reimpiegato, riprocessando l'Uranio negli impianti di arricchimento e smaltendo il plutonio in quello che in gergo noi chiamiamo Mox». Il Mox o "mixed oxide fuel" non è altro che una miscela di uranio e plutonio, talvolta proveniente anche dalle testate nucleari smantellate, utilizzato anch'esso a produrre energia perché si comporta in maniera analoga all'uranio arricchito se utilizzato in un reattore. Gli scarti di questo riciclaggio del materiale fissile vengono solitamente instradati verso la vetrificazione come avviene a La Hague, in Francia e a Sellafield, in Gran Bretagna, dove vengono trattati anche le scorie prodotte dalle centrali italiane fino agli anni Ottanta.
La vetrificazione prevede l'impasto delle scorie con polvere di vetro per trasformarle in blocchi di circa mezzo metro di diametro e alti uno e mezzo, più facili da stoccare. La rigenerazione e il riutilizzo del materiale fissile è una tecnologia consolidata, ma che ancora fatica a farsi strada per gli alti costi. Un rapporto del 2007 del Keystone Center, un think tank statunitense con sede in Colorado, che ha visto il contributo di grandi utility, ambientalisti, decisori pubblici e altri esperti ha infatti concluso che «il riciclaggio del combustibile nucleare usato non sarà economicamente efficiente nell'immediato futuro».
Oggi il costo dell'estrazione dell'uranio è ancora troppo basso per pensare a un riciclaggio del combustibile su grande scala, ma fisici e ingegneri nucleari hanno da tempo immaginato reattori capaci di continuare a bruciare le scorie che producono. «Si tratta dei reattori veloci o fast breeders perché utilizzano neutroni veloci al posto di quelli rallentati come nei reattori attuali – spiega Forsström – le sperimentazioni in corso sono promettenti, ma i nuovi impianti commerciali dei prossimi 30 anni non adotteranno ancora questo sistema». Ai reattori veloci guardano i giapponesi, che si preparano a riavviare l'impianto di Monju a Tsuruga, ma soprattutto i francesi che preparano il lancio di un nuovo impianto dimostrativo per il 2020 e sono pionieri del settore con il loro Superphoenix da 1,2 GW chiuso nel 1997.
Un'esperienza nella quale era coinvolta l'italiana Enel e che si è rivelata un bagno di sangue dal punto di vista economico, ma estremamente preziosa dal punto di vista dello sviluppo di tecnologie e conoscenze. La promessa di questi sistemi è estremamente interessante perché si avrebbero reattori quasi a ciclo chiuso, in grado di riprodurre gran parte del proprio materiale. Nell'attesa, i depositi di profondità sembrano però una scelta inevitabile perché anche se i tutti i reattori del mondo si fermassero domani dovremo trovare una sistemazione per scorie che rimarranno radioattive per centinaia di migliaia di anni. «Una delle esperienze recenti più interessanti è quella svedese – osserva Forsström, originario del Paese scandinavo – perché dopo un primo rifiuto, diverse comunità locali hanno fatto loro il progetto di un deposito di profondità perché lo considerano un'opportunità per attirare investimenti e ricercatori di alto livello sul loro territorio, dando un nuovo impulso all'economia locale».
guidoromeo.nova100.ilsole24ore.com
www.iaea.org
www.keystone.org/
spp/energy07_nuclear.html

Uranio, arricchimento e ritorno

Produzione

Giacimenti. La produzione mondiale di Uranio si aggira intorno alle 39.600 tonnellate l'anno. Il 60% delle quali è prodotto da Canada, Australia e Kazakhstan . Le attuali risorse di Uranio garantiscono un consumo per almeno altri 100 anni.

Estrazione

Arricchito. L'uranio estratto è trasformato in "yellowcake", polvere che contiene almeno il 75% di ossidi di Uranio, poi trattato e instradato verso l'arricchimento che ne aumenta la concentrazione: diviene così Uranio 235, isotopo rarissimo in natura.

Trasformazione

Imballaggio. La polvere di ossidi di Uranio ottenuta dall'arricchimento è confezionata in pellet, stoccati in barre di metallo anticorrosione con caratteristiche definite in base al tipo di reattore che alimenteranno.

Utilizzo

La centrale. Nel reattore si innesca una reazione a catena che produce la fissione di atomi di Uranio e Plutonio che liberano energia termica e neutroni. Il calore scalda l' acqua e alimenta le turbine.

Bagno di scorie

Lo scarto. Le barre di combustibile nucleare consumato sono ancora altamente radioattive e vengono stoccate in attesa di venire riprocessate, in depositi temporanei: sono grandi piscine piene d'acqua che confinano le radiazioni.

Vetrificazione

Separazione. Una frazione di residui, circa il 3% in peso, viene separato dalle scorie per essere vetrificato e instradato verso lo stoccaggio permanente in un deposito.

Stoccaggio geologico

Sotto terra. Lo stoccaggio geologico, in depositi ricavati nella roccia a profondità tra i 500 e i 1.000 metri, è la soluzione preparata da molti Stati. L'Italia aveva ipotizzato un progetto analogo a Scanzano Jonico.

Riprocessamento

Miscele Mox. Il 97% rimanente, costituito da Uranio 238 e Plutonio, può venire riutilizzato per produrre combustibile, le cosiddette miscele Mox, o stoccato in depositi superficiali in attesa che il suo riutilizzo diventi economicamente conveniente.

05/03/2009