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Vai dal Barbieri: Miopia atomica

Energy & Utilities Manufacturing Materie prime
a photograph of a young male market analyst is encircled at the centre. Text says: Vai Dal Barbieri, l'editoriale di Alessandro Barbieri, in the background it is depicted the structure of the atom.

Nelle scorse settimane i ministri UE dell'ambiente si sono confrontati in merito agli obiettivi sul clima per il 2040, un traguardo intermedio cruciale sulla strada per il raggiungimento della neutralità climatica entro il 2050. Questo ha fatto emergere non poche divergenze tra gli esponenti coinvolti e, a cascata, sull'intera comunità e ha fornito a me lo spunto per affrontare una tematica divisiva come quella del nucleare.

2050: la sfida della decarbonizzazione

Allo stato attuale, dei 137k TWh di energia primaria consumata, più di 95.000 Twh vengono ancora generati attraverso l’utilizzo di gas, carbone e petrolio: sostanzialmente, l’85% della nostra offerta energetica deriva da combustibili fossili. Per raggiungere gli obiettivi del 2050 di decarbonizzazione e rompere la nostra dipendenza dai combustibili fossili nella vita di tutti i giorni, sarà necessario generare più di 9000 GW di capacità elettrica pulita, una quantità a dir poco enorme. Certamente, il raggiungimento degli obiettivi sarà graduale e passerà, in primo luogo, dal processo di elettrificazione. Il primo grande passo della cosiddetta “electrification” è quello della sostituzione delle automobili con motore a combustione con quelle elettriche, e ne ha già dimostrato tutti i limiti. La gestione della mobilità elettrica, insieme alla sempre più ampia digitalizzazione, stanno già spingendo i consumi di elettricità e la capacità delle nostre reti elettriche al limite, senza contare l’enorme richiesta di minerali che stanno generando e genereranno in futuro. Nel contesto di un'economia globale in rapida evoluzione, l'importanza di una fonte energetica stabile e a basso costo non può e non deve essere sottovalutata. Il nostro futuro benessere dipende dalla disponibilità di un approvvigionamento energetico stabile che possa sostenere la crescente domanda e facilitare il graduale abbandono di carbone e petrolio, senza chiedere sacrifici estremi. Storicamente, l'abbondanza di energia a basso costo ha catalizzato la prosperità economica e l'innovazione: non esistono paesi ricchi poveri di energia, plottare per credere. In questo contesto, la sicurezza nell'approvvigionamento energetico diventa un pilastro fondamentale per garantire il mantenimento dei nostri standard di vita e i loro miglioramento nel futuro.

E le fonti rinnovabili? Non me ne sono dimenticato. Certamente, il solare e l’eolico hanno il proprio ruolo nella transizione. Eppure, nonostante gli ingenti investimenti, dopo 25 anni, ricoprono solamente il 3% del fabbisogno energetico. Non rappresentano una soluzione né rapida né efficiente per via degli ingenti costi, ma soprattutto per la natura intermittente di generazione energetica che possiedono.

Una solida alternativa: il nucleare

Un’alternativa che si è fatta strada negli anni, anche grazie a cambiamenti radicali nella documentazione sulla sostenibilità energetica in Europa, alla necessità di sopperire alle carenze energetiche e all’inquinamento generato dagli impianti al carbone a livello globale, è il nucleare.

Ad oggi, nonostante la sua quota nella generazione di energia primaria si attesti al 4% e contribuisca al 10% della generazione elettrica globale, l'energia nucleare - grazie alla sua densità energetica e la capacità di generazione stabile - emerge come una soluzione quasi obbligata per lo stato dell’arte della tecnologia in alte fonti di energia. Ma soprattutto, appare come una delle poche alternative utili e pronte all’uso alla generazione di baseload power pulita e stabile.

Dati alla mano, nonostante lo scetticismo, si attesta anche come una delle modalità più sicure di generazione di energia. Come mostrato da “world in data”, misurando le morti per Terawatt prodotti, pur tenendo conto degli incidenti di Černobyl e Fukushima, è comunque classificata come una delle fonti energetiche più sicure al mondo. Con 0,3 vittime ogni terawatt-ora, si colloca sotto l’idroelettrico, accanto al solare e all’eolico.

Inoltre, presenta costi operativi notevolmente inferiori rispetto alle alternative una volta che l'impianto è stato costruito. Sebbene la costruzione degli impianti, sia un problema cruciale e richieda tempi ed investimenti significativi (con una durata media di 5-7+ anni per un reattore tradizionale), i costi operativi successivi sono notevolmente ridotti e la generazione di energia riesce a coprire sia una domanda stabile che fluttuazioni, grazie alla sua capacità adattiva, sempre ad impatto vicini allo zero sull’ambiente, a parte per le scorie generate dal processo. Data l’urgenza degli ultimi anni derivata dalla transizione energetica e dalle carenze di approvvigionamento riscontrate in tutto il mondo, molte nazioni hanno riorientato le proprie politiche energetiche accettando l'energia nucleare, riconoscendo la sua importanza cruciale per affrontare le crisi energetiche e garantire un futuro sostenibile.

Asia vs Europa

Questa tendenza sembra si stia manifestando specialmente nel continente asiatico, dove si stanno rendendo protagoniste Cina e India. Dati alla mano, nell’ultimo decennio la Cina ha inaugurato più di 37 reattori e entro il 2040 ha pianificato la costruzione di altri 150 impianti. Nel 2025, invece, supererà gli Stati Uniti in materia di investimenti fatti nel settore. Dal canto suo, l’India per il 2030 ha in programma di quadruplicare la sua forza nucleare. Insomma: ad oggi, tre quarti dei reattori in costruzione nel mondo si trovano in Asia.

In Europa, nonostante l'inclusione del nucleare nella tassonomia green, la sua promozione è ostacolata dalla riluttanza nell'affrontare progetti onerosi e a lungo termine, unita alla mancanza di sostegno finanziario da parte dei principali finanziatori e una, lasciatemi dire, miopia politica diffusa. La pandemia e la guerra in Ucraina non sono state apparentemente sufficienti come lezioni sulla centralità dell’approvvigionamento energetico. Sono le scelte ideologiche più che di effettivo vantaggio economico guidate dai dati, ad aver dominato. Due esempi? Lo spegnimento in Germania di 3 reattori totalmente funzionanti e la decisione in primis di affidarsi solo alle pipeline russe e a fonti rinnovabili per rispettare i target posti per il 2030: tutti buoni propositi che si sono sgretolati al primo momento di crisi, quando Putin ha deciso di sigillare i rubinetti delle pipeline. La risposta non si è fatta attendere e non è stata molto green, con la riattivazione dei vecchi impianti a carbone per sostenere la rete elettrica. Un secondo esempio sarebbero le sanzioni imposte alla Russia post invasione, che essenzialmente testimoniano una poca conoscenza delle dinamiche di questi mercati. Sanzionare i volumi nei mercati delle materie prime creando scarsità aumenta i prezzi e quindi alla metà dei volumi la Russia ha sostanzialmente guadagnato la stessa cifra. Questo ha dato una forte mano al Cremlino per continuare la guerra.

Per economie come la Cina invece, fattori come il massiccio sostegno statale e una pipeline ben definita rendono queste soluzioni meno costose rispetto allo sviluppo di impianti a carbone o gas. Ad esempio, la costruzione di un reattore cinese, costa un terzo rispetto alla costruzione dello stesso impianto in Francia. Non solo il supporto statale, genera ulteriori vantaggi anche la presenza di un piano a lungo termine con una pipeline definita. Ad esempio i fabbricanti di attrezzature e componenti, di fronte a una domanda che si preannuncia costante negli anni, possono standardizzare la produzione dei loro beni specializzati. Inoltre, la ripetizione di progetti favorisce la formazione di squadre di costruzione più esperte, che in simili condizioni possono evitare ritardi costosi (stessi motivi di sfiducia citati da EIB e EU Bank of Restoration). La replicabilità del piano è cruciale per impianti che richiedono uno sforzo così ampio e così esteso nel tempo. In questo ambito le economie a pianificazione sono più lungimiranti di Europa e America, in cui gli investimenti in questi settori derivano maggiormente da capitali privati. Anche un paese come il Giappone, benché segnato dal disastro di Fukushima, ha esibito un netto cambio di rotta riattivando, nel dicembre del 2022, l’unità 3 della centrale nucleare di Ikata, che per altro è stata la quinta di in una serie di approvazioni da parte del governo giapponese, che testimoniano una vera e propria inversione della politica riguardo questa tematica.

Lo stato dell'arte e le innovazioni tecnologiche nel settore

Ad oggi, la maggior parte degli impianti nucleari a produzione energetica globale sono reattori ad acqua pressurizzata. Utilizzano l'energia termica della fissione nucleare per produrre vapore, alimentando turbine elettriche che producono poi elettricità. La temperatura del reattore è regolata con acqua pressurizzata e pompe di dissipamento. Anche se questi reattori presentano sfide operative legate alla pressurizzazione, negli ultimi tempi hanno subito miglioramenti per garantire la sicurezza, soprattutto dopo l'incidente di Fukushima. Nonostante questo, l’utilizzo di uranio come combustibile pone dei grattacapi sulla tematica della proliferazione degli armamenti nucleari a livello globale. Il problema non sta in chi detiene il materiale in sé, quanto in chi possiede le centrifughe per arricchirlo: per gli impianti civili l’uranio va arricchito solamente al 5%, mentre per creare bombe atomiche è necessario raggiungere il 85%, eppure la tecnologia per raggiungere questo livello è la stessa.

Una tecnologia molto promettente e non ancora commercializzata la si trova nei reattori a sali fusi (molten salt), ri-proposta dall'ex ingegnere aerospaziale della NASA Kirk Sorensen e basata sulla scoperta del fisico nucleare Alvin Martin Weinberg negli anni '60 nel laboratorio di Oak Ridge. Questi reattori utilizzano sali per il raffreddamento, consentendo il raggiungimento di temperature molto più elevate rispetto a quelli ad acqua pressurizzata, producendo di conseguenza più energia. Inoltre, a livello di sicurezza l’assenza di barre di combustibile e lo sfruttamento di sistemi di sicurezza che sfruttano forze imperiture come la gravità, rendono il rischio di meltdown nullo. Inoltre, il molten salt reactor è basato principalmente sull'impiego di torio come combustibile. Il torio è abbondante in natura, circa 4x l’uranio, e può essere convertito in materiale fissile, rendendolo una risorsa attraente per la produzione di energia nucleare. Un ulteriore vantaggio dell’utilizzo di questo combustibile è che il torio non può essere trasformato in plutonio e produce U-233 anzichè U-235, isotopo molto meno stabile rispetto all’ U-235, motivo per cui venne scartato come materiale dal progetto Manhattan, poichè inadatto ai fini bellici. Infine, la tecnologia dei reattori a sali fusi genera meno scorie rispetto ad altri tipi di reattori e consente il riutilizzo di parte del combustibile tramite reattori "autofertilizzanti". In questo campo la Cina guida la ricerca.

Per fronteggiare la tematica dei costi di costruzione degli impianti nucleari, si stanno sviluppando soluzioni modulari (Small Modular Reactors). Questo approccio offre tempi di costruzione rapidi, economie di scala e flessibilità d'uso in vari contesti. Una delle applicazioni, che potrebbe dare una forte mano alle emissioni, sarebbe quella di utilizzarli nella produzione di vapore industriale, attività diffusa e ad alto impatto ambientale. Le tecnologie principali in sviluppo includono reattori ad acqua leggera, reattori a neutroni veloci, reattori ad alta temperatura moderati da grafite e vari tipi di reattori a sale fuso, con l'obiettivo comune di sviluppare reattori di dimensioni ridotte e facili da impiegare. Inoltre, anche le turbine stanno evolvendo in versioni più efficienti: una tecnologia avveniristica è quella delle turbine supercritical CO2, che si integrano perfettamente con i reattori modulari grazie alla loro compattezza, ma anche grazie ai notevoli guadagni di efficienza, circa 20% nella generazione e di costo (l’SST-9000, turbina di utilizzo standard negli impianti nucleare tradizionali, costa più di un miliardo).

In conclusione, analizzando le opzioni utilizzabili per la generazione di energia a basso costo e stabile insieme al vincolo dei target posti per il 2050, il nucleare - grazie alle qualità descritte e alla varietà tecnologica raffinata negli anni - offre una via di sviluppo concreta e affidabile per soddisfare le crescenti esigenze energetiche e di transizione verso la generazione di energia pulita. Parte del mondo pare aver capito l’urgenza dell’adozione di questo tipo di energia e ha già preso azione: speriamo che in Europa e in America avvenga la stessa presa di coscienza.

Il nostro futuro benessere dipende dalla disponibilità di un approvvigionamento energetico stabile che possa sostenere la crescente domanda e facilitare il graduale abbandono di carbone e petrolio.

Alessandro Barbieri

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