L' uranio

L' Uranio è l' elemento naturale più pesante, è radioattivo ed è semplice "romperlo" per generare energia (energia di innesco richiesta bassa). Non si estrae più tanto uranio quanto se ne estraeva quando era usato per fini bellici, il principale produttore mondiale è il Kazakhstan.

Fonti di Uranio:

• miniere
• oceani, attraverso delle "spugne" si priva l' acqua dell' uranio presente, questo causa un discioglimento dell' uranio nel mantello terrestre, rendendolo potenzialmente infinito (decine di migliaia di anni di autonomia)
• reattori che funzionano con scarti di altri reattori (costano di più ma si ricicla)
• smantellamento delle testate nucleari ora bannate

Lavorazione dell' Uranio

• estrazione e raffinazione
• arricchimento: in natura la percentuale di fissile è circa 0.7%, a un reattore serve dal 3 al 5%, per scopi militari serve più di 90%
• convertimento in Esafloruro di Uranio (gas)
• centrifugazione (isotopo fissile è più leggero e si accumula all' esterno)
• conversione in biossido di uranio (pastiglie)

Impatto ambientale/Costi

Consumo di Uranio: 70k tonnellate/anno vs. decine di miliardi di tonnellate/anno di combustibili fossili.
Ad oggi (solo dalle miniere prezzate, molte non sono sfruttate per via del costo basso del materiale) abbiamo scorte fino al 2100, non sappiamo se per i prossimi 100 anni avremo litio/gas naturale.
Per rendere conveniente l' estrazione dal mare il prezzo dell' uranio dovrebbe essere ~500 USD/Kg. Il prezzo dell' energia nucleare è anelastico, il costo dell' uranio influisce meno del 2% sul prezzo. Al momento costa meno stockare le scorie che riutilizzarle

Torio

Il Torio:

• in natura è 3-5 volte più abbondante dell' Uranio, non sappiamo quando finirà perchè al momento è poco importante.
• genera pochissime scorie.
• è inadatto ad usi bellici (emette radiazioni gamma che danneggiano le strumentazioni elettroniche)
• è presente abbondamente in India, che di conseguenza è uno dei piu' grandi ricercatori

Come funziona una centrale nucleare

Le pastiglie di Uranio vengono rotte e generano calore, sappiamo bene come trasformare calore in energia, TLDR: viene scaldato un fluido termovettore (acqua) e vengono fatte girare delle turbine collegate a un alimentatore.
All' interno del reattore sono inserite delle barre di controllo per mantenere a livello costante la produzione di energia (meltdown vs spegnimento).

NB: l' acqua presa dall' ambiente serve per il condensatore e non entra a contatto con materiale radioattivo,

• se l' acqua viene presa dal mare la si butta al largo (per permettere raffreddamento)
• se l' acqua è presa da un fiume viene buttata nelle torri evaporative (quellecosechecifannotantapaura)

Non tutto il calore generato può essere convertito in energia (secondo prinicpio della termodinamica), definiamo quindi il concetto di rendimento.

Rendimento, capacity factor, densità energetica e fattore ambientale

Il rendimento rappresenta la percentuale di energia termica che viene effettivamente convertita in energia elettrica.
Rendimento delle principali fonti di energia:

• Centrali nucleare: 30%
• Impianti fotovoltaici: 33%
• Centrali a carbone: 40-60%
• Impianti eolici: max 60%
• Centrali a gas a ciclo combinato: 70%
• Impianti idroelettrici 70-80% (più semplice sfruttare energia cinetica)

Il rendimento non è l' unico fattore che ci permette di misurare quanta energia viene prodotta, per questo si parla di capacity factor, la percentuale di tempo per cui si riesce a generare energia secondo il rifornimento, ecco i valori relativi ai diversi impianti.

• Centrali nucleare: 93-99% (acqua pesante)
• Centrali a gas a ciclo combinato: 50-60%
• Centrali a carbone: 50-60%
• Impianti idroelettric: 40-50% (varia con le stagioni/portata di un fiume)
• Impianti eolici: 30-40% (Irlanda/Scozia/Danimarca)
• Impianti fotovoltaici: 15-20% (Arizona/Nevada/Sicilia)

Questo è dovuto anche al fatto che il combustibile per una centrale nucleare dura dai 18 mesi a 2 anni, nelle centrali a gas il combustibile viene direttamente pompato all' interno, mentre le centrali a carbone necessitano di carichi costanti.
Un terzo fattore molto importante per valutare la produzione di energia è la densità energetica, ovvero quanta energia si riesce a generare con 1kg di materiale, si misura in MJ/Kg.

• Biomasse: 17
• Carbone: 33
• Gasolio: 44
• Gas naturale: 47
• Idrogeno: 120, ma va prodotto e si consuma energia, per questo non è una fonte di energia ma un vettore
• Uranio arricchito: 2M
• Uranio riutilizzando le barre fino a quando è presente fissile: 76M

Nel mondo ci sono miglialia di petroliere che trasportano combustibili fossili, una sola di quelle carica di Uranio coprirebbe il fabbisogno mondiale per un anno. 1 kg di Uranio fornisce la stessa energia di 2500T di carbone. Inoltre è importante menzionare un "fattore ambientale", ovvero quanti gr. di C02 sono emessi per ogni KWh da quando un impianto viene costruito a quando viene smantellato:

• Centrali nucleari: 12
• Impiani fotovoltaici: 45 (non genera emissioni quando produce energia ma in produzione e smanetellamento)
• Impianti eolici: generano poche emissioni a patto che non si voglia immagazzinare energia in batterie (grandi emissioni per la produzione.

Le scorie radioattive

I rifiuti radioattivi si dividono in 3 categorie.

• LLW: bassa attività (filtri, acqua, tute del personale) (decadimento in max. 2 anni)
• ILW: attività itermedia non richiedono raffreddamento (rivestimento del combustibile, resine usate per la lavorazione) (decadimento in decine di anni)
• HLW: alta attività (scorie radioattive prodotte da industria nucleare civile, militare e medica) (decadimento in centinaia di migliaia di anni)

Solamente i rifiuti HLW sono problematici da stockare per via del tempo di decadimento ad isotopi stabili.
Se si riusassero le barre si potrebbe aumentare la resa fino al 50% ma al momento è poco conveniente in temrini eocnomici. I reattori FBR (poco conveniente economicamente e che usano raffreddamento non ad acqua) aumentano a ogni riprocessamento la quantità di Plutonio-239 generato, in questo modo si può ridurre di un fattore 30 il consumo di combustibile (usato tutto il fissile presente nelle barre), inoltre in questo modo le barre sono composte da soli prodotti di fissione, che vanno stockati per soli 200 anni.

Lo stockaggio dei rifiuti nucleari è un problema meramente politico, esistono luoghi geologicamente adatti a stockare scorie radioattive per tutto il tempo necessario.
Infine dopo il decomissionamento di una centrale nucleare si torna a uno stato equivalente a quello precedente, come testimonia l' ex centrale di Yankee Rowe, ora in questo stato:

Impatto ambientale del nucleare

Incidente di Chernobyl: 54 morti, di cui 18 negli anni successivi a causa delle complicazioni fisiche causate dalle radiazioni. E' difficile stimare se i morti di tumori sono dovuti a un avvelenamento nucleare (i tumori sono la seconda causa di morte). Incidente di Fukushima: 0 morti dovuti alle radiazioni, molti dovuti a tsunami/terremoto, una sentenza di un tribunale del 2018 riconosce una vittima ma secondo esperti il tumore contratto non e' attribuibile alle radiazioni, l' evacuazione precipitosa (non necessaria) della prefettura di Fukushima ha casusato centinaia di morti da stress.

Radioattivita' ambientale

• Chernobyl 6-8mSv/year, con valori fino a 193 mSv/year perche' nel cimitero di Pripyat sono stati seppelliti rifiuti radioattivi dai liquidatori
• Fukushima oggi 1,3-5 mSv/year, con picchi di 26 mSv/year
• Piazza S.Pietro (7mSv/year), dovuta al pave' in porfido (radon ratioattivo)
• Orvieto e provincia di Viterbo ~5 mSv/year dovuto al tufo (radon)
• Guarapari spiagga in Brasile ricca di Monazite contenente Torio 44 mSv/year con picchi di 175 mSv/year
• Ramsar 11 mSv/year con picchi di 260mSv/year (citta' termale il cui calore e' dovuto al radio, le persone che ci abitano non presentano malattie tipiche dell' esposizione a radiazioni)

Le radiazioni a Chernobyl oggi non sono cosi' pericolose, la paura di adesso e' in larga parte ingiustificata.

Il valore delle morti del nucleare (0.07 per TW/h) tiene conto delle morti dovuti alla decisione meramente politica di evacuare la prefettura di Fukushima

Sul sito https://www.electricitymap.org/map e' possibile vedere l' impatto ambientale della produzione energetica (dei paesi che forniscono dati :)), osserviamo che Francia e Svezia (enormi quantita' di nucleare) emettono molto meno CO2 di altri stati che usano energie rinnovabili.