Le peculiarità della tecnologia elettronucleare

Incontro presso l’Università Statale di Milano

“L’opzione nucleare in Italia: quali prospettive”

Ernesto Pedrocchi Milano 25 maggio 2009

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Ernesto Pedrocchi

Indice della presentazione

• La situazione e le prospettive nel mondo

• Gli aspetti peculiari della fonte nucleare 1. L’aspetto economico

2. Le riserve di combustibile

3. La sicurezza • Terrorismo• La non proliferazione

4. Le scorie radioattive

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Ernesto Pedrocchi

Il nucleare nel mondo (01-05-2009)

URANIUM REQUIRED 2009

TWh % No. GWe No. GWe No. GWe No. GWe tonnes U2608 15 436 372 45 40 112 131 276 300 65'405

REACTORS PROPOSED

NUCLEAR ELECTRICITY GENERATION 2007

REACTORS OPERABLE

REACTORS UNDER CONSTRUCTION

REACTORS PLANNED

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Ernesto Pedrocchi

Gli impianti nucleari nel mondo

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Ernesto Pedrocchi

Nuclear energy consumption by area

Dopo Chernobyl aumento del 80% a fronte di un aumento della potenza installata del 40%

Chernobyl

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Trend of installed capacity and electricity production

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Cap

acity

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Prod

uctio

n

Total Capacit [GW(e)] Electricity Production [TWh]

GW(e) TWh

Andamento della capacità installata e della produzione di energia elettrica

•Da Mandula IAEA – Maggio 2007

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Ernesto Pedrocchi

La disponibilità degli impianti

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Ernesto Pedrocchi

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Ernesto Pedrocchi

Gli aspetti peculiari della fonte nucleare

1. L’aspetto economico

2. Le riserve di combustibile

3. La sicurezza La non proliferazione

4. Le scorie radioattive

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L’aspetto economico (premesse)

Il costo deve includere tutti gli oneri 1. Il trattamento del combustibile esaurito2. Lo smaltimento dei rifiuti radioattivi3. Lo smantellamento o la conversione a fine vita

• Data la natura della realizzazione, la durata della costruzione e dell’esercizio dell’impianto le previsioni sono difficili

• Essendo un investimento “capital intensive” è molto importante il rispetto dei tempi di programmazione della costruzione e dei fattori di carico

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Ernesto Pedrocchi

Composizione del costo del kWh (%)

40%20%

55%

20%

10%

25%40%

70%

20%

Carbone Gas Nucleare

Investimento O & M Combustibile

*

* Il costo dell'uranio incide solo per il 5%.

L’aspetto economico 1

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Ernesto Pedrocchi

Costo di investimento (il cosiddetto “overnight cost” = OVN, corrispondente alla somma dei valori dei possibili vari contratti per la realizzazione della centrale) dipende:

dai costi locali;dal numero di unità per ogni sito;dal numero totale di centrali ordinate.

Una stima prevede una variazione tra ~23 €/MWh ( è il caso ottimale dei finlandesi, anche con un costo di impianto di ~3.000 €/kW) e ~40 €/MWh (è il caso di un ordine di una sola unità) .

L’aspetto economico 2

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Ernesto Pedrocchi

Per quanto riguarda gli altri costi (esclusa la quota di capitale) il WEC per future centrali in Europa prevede un costo del kWh:

O&M (~6 - 9 €/MWh)Combustibile prima della produzione di elettricità (4,5 - 9 €/MWh con uranio da 75 a 300 $/kg)“Fuel cycle” (waste management temporaneo + riprocessamento + deposito finale): 1 - 4 €/MWh;Decommissioning (con costi differiti di almeno 60 anni, non contribuisce sostanzialmente al costo totale del kWh anche se il costo effettivo di decommissioning ha valori alti fino ed oltre 1.000 $/kW in funzione del tipo e dimensione della centrale): costo previsto è 0,5 -1 €/MWh.

In totale tra 11,5 - 23 €/MWh

L’aspetto economico 3

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Il possibile costo totale di produzione includendo gli oneri di capitale, O&M, combustibile e suo ciclo (incluso “cimitero finale”) e decommissioning sarebbe:

per ordine di un solo reattore,

40-45 €/MWh e nel solo caso dell’approccio Finlandese

55-70 €/MWh per IRR più elevata

per ordini di più centrali con più unità per sito,

tra 45 e 60 €/MWh.

L’aspetto economico 3

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Ernesto Pedrocchi

• L’uranio è un elemento non abbondante in natura, ma presente quasi ovunque, anche se con concentrazioni diverse.

• La disponibilità fisica di uranio è praticamente illimitata rispetto a quanto ne serve nei reattori.

- Le riserve di uranio certe estraibili al costo di circa 100 $/kgsono 5 milioni di tonnellate (circa 70 anni di autonomia). In generale si tratta di miniere con contenuti di uranio dall’ 0,05 al 0,5% (50-500ppm).

- Al costo di 300 $/kg ne sono disponibili circa altri 20 milioni di tonnellate.

• Inoltre il recupero di uranio dal ritrattamento del combustibile aumenta significativamente la disponibilità.

• Da anni una frazione importante del combustibile utilizzato viene dallo smantellamento delle testate nucleari.

Le riserve di combustibile nucleare 1

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Ernesto Pedrocchi

Le riserve di combustibile nucleare 2

1. Con la tecnologia dei reattori nucleari attuali si riesce a sfruttare non più del 1% dell’uranio naturale (essenzialmente solo l’isotopo U235).

2. E’ tecnicamente matura, anche se economicamente non ancora competitiva, la tecnologia dei reattori autofertilizzanti (tra cui i reattori veloci), con i quali si riesce a sfruttare maggiormente (fino a più del 50%) l’uranio naturale (ovvero in parte anche l’isotopo U238). I reattori allo studio della IV generazione sono per la maggior parte di tipo autofertilizzante.

3. Inoltre anche il torio (elemento chimico tre volte più abbondante dell’uranio) può contribuire a questo processo di autofertilizzazione.

La fonte nucleare si configura in prospettiva storica come una fonte praticamente inesauribile

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Morti per TWy per la produzione di energia elettrica

La sicurezza 1

(analisi sul periodo 1970-1992)Morti per TWy per la produzione di energia elettrica

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La sicurezza 2

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L’uso perverso

•Gli attentati ad impianti nucleari

•La proliferazione delle armi nucleariFuel cycle proliferation resistant

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Gli attentati ad impianti nucleari 1

Obiettivi dei terroristi

AereiNaviOleodotti e gasdottiImpianti petroliferiEdifici (grattacieli)Metropolitane e treniScuole, luoghi di culto e spettacolo

Finora mai impianti nucleari

Il problema più critico è la possibile proliferazione di armi nucleari

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Gli attentati ad impianti nucleari 2

L’isola nucleare è piccola

Il contenitore ha spessore di calcestruzzo di circa 1m ed è a prova di bomba e di impatto d’aereo

Il materiale fortemente radioattivo è nel combustibile che è ulteriormente protetto

Nel caso siano colpiti altri edifici il reattore automaticamente si spegne

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Il problema della proliferazione

Per costruire bombe nucleari ci vuole U235 (con arricchimento > 25%) o Pu239 (con arricchimento> 90%)

Il primo si ottiene arricchendo l’uranio naturale, èun processo non direttamente legato agli impianti di potenza. Il secondo si ottiene trasmutando l’ U238 in appositi reattori di potenza e separando il Pu239 ottenuto (non è facile).

Il Trattato di non proliferazione NPT

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Condizionamento

Il ciclo del combustibile

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L’evoluzione della composizione del combustibile

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Il volume delle scorie

Un reattore da 1000 MW produce ogni anno nel caso di ciclo chiuso scorie per un volume di circa 5 m3

1000 rettori ne producono 5.000 m3

1000 reattori per 100 anni di funzionamento ne producono 500.000 m3

La piramide di Keope ha un volume di ~ 2.500.000 m3

Il Colosseo ha un volume di ~ 1.500.000 m3

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Il decadimento della radioattività (Partitioning and Transmutation)

U e Purecycling

Spent FuelDirect disposal

Uranium Ore (mine)

Time (years)

Relat

ive ra

dio to

xicity

P&T of MA

Pu +MA +FP

MA +FP

FP

Le prospettive per la gestione del combustibile esaurito

Riciclo di U, Pu e AM

Time (years)

U e Purecycling

Spent FuelDirect disposal

P&T of MA

Pu +MA +FP

MA +FP

MA attinidi minori

FP prodotti di fissione

FP

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Ernesto Pedrocchi

Conclusioni a livello generale

Il mondo non può rinunciare all’energia nucleare:Per mancanza di valide alternative al soddisfacimento dei fabbisogni energeticiPer contrastare sospetti effetti climatici

Dove si può sviluppare? Solo dove vige un controllo centralizzato delle politiche energetiche con programmazione a lungo termine con certezza delle procedure autorizzative

L’energia nucleare sarà la fonte del futuro

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La percezione del rischio da parte del pubblico è meno influenzata dal problema di gravi incidenti e più concentrata sul problema delle scorie.

In sondaggi condotti in Svizzera, Slovacchia e Stati Uniti, la popolazione residente vicino a centrali nucleari è meno ostile di quella che vive lontano dalle centrali stesse.

Il caso più eclatante di cambiamento di opinione rispetto al nucleare èquello della Svezia che nel 1980 (6 anni prima di Cernobyl!) aveva deciso di chiudere tutte le centrali nucleari entro il 2010. Ora oltre l’85% della popolazione non vuole chiudere le centrali, ma vuole estenderne la vita e la potenza disponibile.

2 regioni in Svezia si contendono la localizzazione del “cimitero”finale delle scorie.

Il problema del consenso pubblico

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Il problema del consenso in Italia

Valori medi dei sondaggi 2008: favorevoli 54% contrari 39%

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Riflessioni conclusive sull’Italia e il nucleare

• La rinuncia al nucleare ha portato gravi difficoltàall’industria elettromeccanica ed ha comportato costi elevati per l’energia elettrica (non competitivi con gli altri paesi europei)

• Negli ultimi 30 anni sono stati spesi più di 50 G€ per le energie rinnovabili e assimilate. In alternativa si sarebbero potuti costruire 15 reattori da 1000MW

1. L’EE costerebbe meno2. L’ind. Elettromeccanica prospererebbe3. Rispetteremmo Kyoto

• Il punto di partenza è la bonifica dell’opinione pubblica devastata da una irresponsabile campagna di disinformazione.

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Il rientro dell’Italia nel nucleare

1. Bonifica della pubblica opinione2. Riattivare l’attività di controllo (in sinergia con

l’Europa)3. Ricreare le competenze necessarie

Mantenere presidi nell’ambito della ricerca e delle Università che mantengano contatti internazionaliFavorire le utilities (di “nascita” italiana) che sono attive nel settore nucleareFavorire le industrie italiane che operano in campo nucleare