Il ciclo elettronucleare nello scenario energetico mondiale. Stato dell'arte e dinamiche evolutive

 3
 
Nel Ш capitolo, infine, vengono mostrati gli aspetti rilevanti nel decommissioning 
degli impianti nucleari di potenza che rappresenta, come è noto, una fase del “ciclo di 
vita” che presenta elevati caratteri di criticità.  
In particolare, è stata analizzata la situazione italiana delineando le strategie 
adottate e le problematiche connesse. Sono, infine, esaminate le ragioni che potrebbero 
contribuire, in futuro, ad un rilancio del nucleare.  
 
 4
Capitolo 1- L’energia 
 
1.1 Cenni introduttivi 
 
       L’energia è il motore dell’economia e uno degli strumenti fondamentali per la vita 
dell’uomo.  Qualità della vita e reddito dipendono dalla quantità e qualità di energia 
disponibile, anche se l’uomo è stato in grado di ridurre sempre più l’input energetico a 
parità di output di reddito. Oggi le attuali dinamiche di dematerializzazione  della 
società, la crescente efficienza delle tecnologie, la capacità di gestire senza grandi 
sprechi i grandi sistemi, consentono di ridurre ulteriormente l’intensità energetica ossia 
il  rapporto tra  domanda fisica di energia e PIL prodotto.  
L’ energia comporta implicazioni di carattere economico e sociale per la società 
industrializzata ed in via di sviluppo e presenta notevoli interazioni con tutto il pianeta: 
ambiente, clima, salute (1). La parola   energia  deriva dalle parole greche en ed ergon. 
Il termine en corrisponde al nostro “in” mentre “ergon” significa letteralmente opera, 
lavoro. Quindi energia significa “lavoro internamente”. Quando un corpo o un sistema 
materiale qualunque  è capace  di effettuare un lavoro, si dice che possiede energia, ed 
in pratica si conviene misurare l’energia di un corpo o di un sistema per mezzo del 
lavoro che esso può compiere. In generale, si compie un lavoro in tutti quei casi in cui si 
vince una resistenza per un certo spazio, cioè quando si sposta un corpo nella direzione 
contraria alla forza che agisce su di esso. La presenza di energia è un indizio della 
presenza di vita, tutto ciò che vive sulla terra necessita di energia:gli uomini egli animali 
per crescere e agire, le piante per crescere, i macchinari per rimanere in movimento e 
produrre. Naturalmente l’energia non è gratuita, come tutte le cose di cui c’è scarsità, 
essa ha un prezzo, non solo in termini di denaro; produrre energia comporta anche 
qualche fenomeno indesiderato come inquinamento, occupazione di aree, rumorosità e 
altri disagi (3). 
 L’energia non  si afferra mai, si manifesta  sotto forma di flusso, per esempio da 
un corpo più caldo ad un corpo più freddo, da un livello maggiore a un livello più basso. 
In senso stretto non si può parlare di produzione di energia, poiché il contenuto 
dell’energia  nell’universo è costante, ossia l’energia non può essere né creata né 
distrutta; tuttavia l’energia diffusa ovunque sulla superficie terrestre è in uno stato 
 5
estremamente diluito e per le necessità umane deve essere concentrata, in modo da poter 
ottenere notevoli valori di potenza , ossia di capacità di lavoro nell’unità di tempo. Il 
problema della produzione di energia è quindi un problema di concentrazione e, nello 
stesso tempo, di conservazione dell’energia nella forma più opportuna per la sua 
utilizzazione da parte dell’uomo. L’uomo consuma essenzialmente l’energia sotto forma 
di energia termica, meccanica, elettrica. Produrre energia significa pertanto convertire la 
forma di energia disponibile in una delle tre forme sopra  riportate. In effetti il processo 
di conversione è il processo di trasformazione di una forma di energia in un’altra (4). 
 Da quando l’uomo ha avuto la possibilità di trasformare l’energia da una forma 
all’altra ha cercato sempre di migliorare il rendimento di tale trasformazione. Ciò ha 
costituito storicamente il maggior contributo al risparmio energetico. L’aumentata 
richiesta di energia potrebbe essere soddisfatta, entro certi limiti, non dal semplice 
aumento dei consumi dei materiali che forniscono energia, ma dall’aumento dei 
rendimenti ottenibili nei processi di trasformazione. Qualsiasi motore, per produrre un 
lavoro, dovrà assorbire una certa quantità di energia che non potrà mai essere inferiore 
quantitativamente al lavoro prodotto; se avvenisse il contrario si avrebbe la creazione di 
energia dal nulla. Se il lavoro prodotto potesse essere equivalente all’energia fornita, si 
avrebbe il caso ideale di un motore con rendimento pari al 100%; ciò non avviene in 
pratica perché, durante ogni trasformazione, parte dell’energia  viene assorbita o 
dissipata per vincere gli attriti e in altro modo (2). La qualità merceologica dell’energia 
dipende dalla sua attitudine ad  essere trasformata da una forma all’altra. Quanto più è 
difficile trasformare l’energia tanto peggiore è la sua qualità. La qualità dell’energia  si 
misura con una grandezza chiamata entropia.. L’energia utilizzata in un processo di 
trasformazione esce dal processo nella medesima quantità ma in uno stato qualitativo di 
minore utilizzabilità. Il calore, che dopo aver azionato una macchina termica compiendo 
un lavoro utile, viene trasmesso ad una sorgente a temperatura inferiore, non tornerà più 
spontaneamente alla temperatura superiore necessaria per poter di nuovo azionare la 
macchina; potrà essere utilizzato per trasformazioni meno importanti, finché non 
raggiungerà una temperatura troppo bassa per    qualsiasi  ulteriore utilizzo. L’entropia è  
quindi una grandezza “negativa” che rappresenta il  livello di degrado dell’energia, cioè 
più l’energia è degradata più alta e l’entropia.  
 6
L’energia  prodotta dalla combustione del petrolio necessaria per muovere una 
nave è energia utilizzabile, ovvero a bassa entropia. L’enorme quantità di calore 
contenuta nell’oceano, infinitamente maggiore del calore  prodotto dal petrolio che 
spinge la nave, è energia difficilmente utilizzabile, cioè ad alta entropia. L’uomo può 
trarre utilità solo da quelle situazioni che, trovandosi in uno stato di alta qualità (bassa 
entropia), possono essere modificate evolvendo verso stati di alta entropia. L’energia 
evolve spontaneamente verso stati di minore utilizzabilità e questa è la direzione più 
probabile di ogni trasformazione spontanea (3). 
 Fin dalla sua comparsa sulla terra, la preoccupazione primaria che ha 
accompagnato l’uomo è stata la ricerca di fonti di energia. Dapprima l’unica energia 
conosciuta era quella muscolare: gambe per spostarsi e braccia per cacciare, raccogliere, 
trasportare, costruire e modificare attrezzi. Il secondo passo fu addomesticare alcune 
specie d’animali: le stesse che prima erano preda di caccia divennero, in un secondo 
momento, preziose fonti di energia per sostituire quella muscolare. Il fuoco fu 
impiegato inizialmente come fonte di calore e più tardi anche per cuocere gli alimenti. 
Ma dovette passare molto tempo, fino alla rivoluzione industriale del XVIII secolo e 
all’invenzione della macchina a vapore, prima che fosse utilizzato per produrre energia 
meccanica. Di fatto, per secoli, nel mondo antico la principale fonte d’energia rimase 
quella muscolare, umana e animale, e la grande abbondanza di schiavi rendeva poco 
attraente la prospettiva di cercare nuove fonti di energia. Le prime fonti energetiche che 
non fossero in qualche  modo legate all’apparato muscolare di un essere vivente furono 
ricercate nel mondo naturale: l’acqua e il vento. Il modo più importante con cui l’uomo 
riuscì a sfruttare la forza del vento fu la navigazione a vela. Le gradi scoperte 
geografiche della metà del XV secolo in poi furono possibili proprio grazie al sempre 
più attento sfruttamento del vento per la propulsione delle navi: sarebbe stato irrealistico 
partire alla scoperta dei grandi oceani fidando esclusivamente   sulla forza propulsiva, 
seppur ausiliare, del remo. Solo con la rivoluzione industriale si cominciò a sostituire  
sistematicamente  la forza muscolare con quella delle macchine. Dapprima 
L’invenzione della macchina a vapore, utilizzata in postazioni fisse o mobili, 
successivamente la scoperta dell’elettricità  fornirono un forte impulso 
all’industrializzazione e alla produzione di merci su vasta scala.  
 7
Parallelamente sono cresciuti la ricerca e lo sfruttamento di fonti di energia. 
Inizialmente furono i boschi a fornire l’energia necessaria al funzionamento delle prime 
macchine a vapore, ma presto ci si accorse che, a parità di peso, il carbon fossile era 
l’alternativa più conveniente. Lo stesso principio portò, nel novecento, a sostituire il 
carbon fossile con il petrolio, che aveva costi d’estrazione e di trasporti minori, oltre ad 
essere più duttile all’utilizzo giacché si presenta allo stato liquido. Dal motore a vapore 
si passò ai motori a combustione interna: a benzina e a ciclo diesel fino a giungere alle 
turbine aeronautiche. L’energia elettrica divenne invece la principale fonte energetica 
per le abitazioni civili e per gli apparati industriali e, per fornire un flusso costante di 
elettricità, furono e sono bruciate enormi quantità di combustibili fossili. La tradizionale 
fonte idroelettrica, che per decenni ha sostenuto lo sviluppo degli apparati industriali, è 
ormai di secondaria importanza, vista l’enorme richiesta energetica del pianeta. 
 Attualmente l’unica alternativa per produrre energia che non sfrutti la 
combustione di sostanze organiche è la tecnologia nucleare che, a fronte di minime 
quantità di combustibili, fornisce grandi quantità d’energia (1). L’energia nucleare 
rappresenta la scoperta nel campo energetico del secolo scorso perché ha riguardato una 
fonte di energia fino ad allora sconosciuta. L’impiego del nucleare per scopi energetici 
ha dato durante gli anni ottanta l’illusoria speranza di affrancarsi dalle fonti fossili, ma 
un primo incidente nel’79 in una centale elettronucleare americana e l’episodio di 
Chernobyl dell’86 hanno determinato l’abbandono dei progetti nucleari da parte di paesi 
come l’Italia. Alcuni ritengono che queste politiche che prevedono l’abbandono del 
nucleare non sono sostenibili perché comportano una sostituzione con fonti di energia 
tradizionali che sono i principali imputati dell’inquinamento atmosferico. Negli ultimi 
anni sono stati portati avanti studi sullo sfruttamento delle energie rinnovabili, ma la 
quota percentuale, sul totale dell’energia prodotta, ascrivibile a queste tecnologie 
innovative è tutt’oggi ancora trascurabile. Per i prossimi anni si prevede un aumento 
dell’energia prodotta dalle fonti rinnovabili sia per ridurre le emissioni di CO
2  
sia 
perché le fonti tradizionali sono destinate ad esaurirsi.  
 8
 
1.2 Forme e fonti di energia 
 
   L’energia è considerata come qualcosa di indistruttibile, insita nei corpi o nei 
campi, che può assumere varie forme e può essere trasferita da un corpo all’altra; si 
parla così di energia meccanica, energia chimica, energia raggiante ecc..contenute 
rispettivamente in un corpo che si muove, in un combustibile fossile, in una sorgente 
radiante (2). Benché assuma diverse forme, la quantità di energia è sempre la stessa 
sebbene possa essere trasformata da una forma all’altra. Infatti l’energia termica  può 
essere trasformata in energia meccanica (si pensi al motore a scoppio delle automobili  e 
ai motori a reazione degli aeroplani). L’energia meccanica  può essere trasformata in 
energia elettrica con le dinamo; la dinamo più semplice è quella della bicicletta, che 
trasforma l’energia meccanica della rotazione della ruota, ottenuta a sua volta 
dall’energia del lavoro muscolare, nella elettricità che accende la lampadina. L’energia 
elettrica può essere trasformata in calore, si pensi alle stufe elettriche, e in  energia 
meccanica, si pensi agli infiniti motori elettrici che azionano ventilatori, frigoriferi 
ecc..l’energia raggiante può essere trasformata  in energia elettrica  mediante cellule 
fotovoltaiche. Si noti come tutte le varie forme di energia possono essere trasformate in 
energia meccanica, ossia possono mettere in movimento meccanismi; l’energia 
meccanica può essere utilizzata direttamente  o essere trasformata a sua volta in energia 
elettrica ovvero in una forma di energia facilmente trasportabile a grandi distanze, per 
essere di nuovo trasformata in energia meccanica o termica (3). Tutte queste 
trasformazioni forniscono l’energia desiderata che, cambiando forma, viene restituita 
all’ambiente con qualità meno pregiata, ovvero con un grado di utilizzabilità più basso 
rispetto a quello iniziale, mentre l’entropia complessiva del processo è aumentata. E’ 
opportuno tener presente che nelle trasformazioni energetiche da cui traiamo beneficio, 
l’aumento di entropia che causiamo sia il minimo indispensabile, in modo da contrastare 
il deperimento della qualità delle risorse disponibili per le generazioni future (2). 
L’energia prodotta viene definita energia primaria se viene utilizzata senza altre 
trasformazioni (l’energia termica liberata dalla combustione delle fonti fossili, 
secondaria se viene ottenuta dalla trasformazione di un’ altra forma di energia).  
 9
Una forma di energia secondaria è l’energia elettrica ottenuta per conversione di 
energia meccanica. L’energia elettrica ha rivestito un ruolo fondamentale  per lo 
sviluppo della società moderna. La maggior parte degli apparecchi che usiamo 
quotidianamente utilizza l’energia elettrica , di gran lunga la forma più duttile e 
affidabile: si adatta a moltissimi usi, è semplice da trasportare e facile da controllare, si 
può trasformare facilmente in altre forme di energia con rendimenti elevati. Fra le 
caratteristiche più rilevanti  vi è quella di poter essere trasmessa a distanza e di  essere 
distribuita capillarmente agli utenti, sia che si tratti di grandi o di piccoli consumi, senza 
perdite eccessive e con un tempo di attesa nullo. Un altro vantaggio è la sua estrema 
pulizia, che non può essere ottenuta con gli usuali combustibili a causa delle impurezze 
in essi contenute. L’elettricità è diventata  una merce indispensabile per la società 
industriale, essa appare utilizzabile ovunque  vi sia richiesta di energia. Oltre che per usi 
domestici, l’energia elettrica rappresenta un sostegno necessario per l’industria, per i 
servizi, per il terziario, mentre in agricoltura sta rivestendo un ruolo progressivamente 
crescente. Pertanto è diventata un fattore importante nel determinare la qualità della vita 
dell’uomo contemporaneo. L’energia elettrica presenta anche degli svantaggi: essa non 
può essere economicamente accumulata su larga scala, bensì l’accumulo è possibile per 
via esclusivamente indiretta, mediante conversione in altre forme energetiche. Uno 
svantaggio meno rilevante, ma che comunque non può essere sottovalutato, è la 
difficoltà di trasportare l’elettricità a grandi distanze senza eccessive perdite. L’accesso 
diretto all’energia elettrica impone che la gestione del processo produttivo e distributivo 
si adegui ad un sistema funzionante in tempo reale, che deve tendere il più possibile a 
far coincidere l’offerta con la domanda. Per prevedere la richiesta istantanea dei 
consumatori in qualsiasi punto della rete, il sistema deve essere  necessariamente 
sovradimensionato, in modo da disporre di adeguati margini di riserva per evitare il 
pericolo di collasso (2).  
L’energia elettrica viene prodotta in apposite centrali elettriche le quali, in  base 
alla natura della fonte di energia somministrata, vengono suddivise  in: centrali 
termoelettriche, quando l’energia proviene dai combustibili fossili solidi, liquidi e 
gassosi; centrali elettronucleari, quando l’energia proviene da combustibili nucleari; 
centrali geotermiche, quando l’energia  proviene da fenomeni endogeni della terra; 
centrali idroelettriche, quando l’energia proviene dallo sfruttamento delle acque.  
 10
Da un punto di vista del servizio delle utenze e dell’esercizio del lavoro, le 
centrali elettriche si distinguono in: centrali di base e centrali di punta. Le centrali di 
base rimangono in funzione ininterrottamente e forniscono energia agli utenti  che 
assorbono corrente per tutte le 24 ore e in specie di notte, come le ferrovie, le industrie 
metallurgiche ed elettrochimiche ecc..Le centrali di punta hanno una funzione 
integratrice della produzione delle centrali di base e debbono fornire energia soltanto in 
momenti di emergenza, determinati da periodi di magra  delle centrali idriche ad acqua 
fluente o da richieste di energia particolari nelle ore cosiddette di punta. Queste centrali  
debbono avere molta elasticità, ossia possibilità di essere avviate rapidamente ed 
economicamente e di fornire carichi molto variabili (1). L’energia, che utilizziamo in 
diverse forme, proviene da numerose fonti. Un sistema o una sostanza vengono 
considerati fonti di energia se, con opportuni procedimenti, possono liberare energia 
termica, energia meccanica ecc.. a spese della loro energia interna. Ma l’esistenza di 
energia in un sistema fisico non è sufficiente  per considerarlo una fonte di energia, se 
non è possibile sfruttarla o per motivi tecnici  o per motivi economici. In definitiva una 
fonte di energia è un sistema in grado di trasformare e rendere disponibile energia in 
quantità e con caratteristiche adatte all’utilizzazione da parte dell’uomo (2). 
 La fonte  più importante di energia utilizzata dall’uomo è l’energia solare. Infatti  
l’energia chimica, idrica ed eolica sono forme di energia  mediate tramite l’energia 
solare. Questa genera il ciclo dell’ acqua: sotto l’azione dei raggi solari l’acqua evapora 
dalla superficie terrestre, si condensa nell’atmosfera e ricade sotto forma di pioggia in 
prevalenza sui rilievi montuosi dai quali ritorna, per gravità, al mare  restituendo energia 
potenziale accumulata sotto forma di energia cinetica che può essere utilizzata per 
mettere in moto le turbine di una centrale elettrica. L’irradiazione solare conferisce 
mobilità  alle masse d’aria dell’atmosfera, i venti acquistano una certa quantità di moto 
che può essere trasformato in lavoro meccanico (4). L’ energia solare favorisce sintesi 
chimiche soprattutto attraverso la fotosintesi clorofilliana da cui derivano il legno e i 
suoi derivati  fossili , gli alimenti  vegetali che costituiscono la fonte primaria di energia 
per gli uomini e gli animali (2). 
 Nell’ambito delle fonti di energia è possibile  operare delle classificazioni in base 
a diversi criteri di  distinzioni. In una prima arbitraria suddivisione le fonti di energia si 
possono  distinguere in convenzionali e non convenzionali.