Energia oggi e domani

Il consumo mondiale di energia cresce continuamente. Nel giro di circa un secolo (dal 1900 al 2005) il mondo ha aumentato il consumo annuale da 1.000 ad oltre 11.000 MTep_¹ . La popolazione mondiale, nello stesso intervallo di tempo, è passata da 1,6 a 6,5 miliardi di persone, come dire che il consumo di energia per abitante è progressivamente aumentato, sebbene con notevoli divari geografici. Si ritiene che nel 2030, se continueranno le attuali tendenze, il consumo energetico annuale possa quasi raddoppiarsi, a fronte di una popolazione di circa 8 miliardi di persone.

 

Oggi il petrolio contribuisce a soddisfare i consumi energetici mondiali con una percentuale del 36%, il gas naturale con il 20,5%, il carbone con il 24%, il nucleare con il 6,5%. Il restante 13% è soddisfatto con risorse rinnovabili. Energia solare ed eolica danno contributi solo marginali.

 

L’Italia consuma circa il 2% del fabbisogno energetico mondiale. Il petrolio copre il 32% del consumo nazionale; il metano il 38%, il carbone il 12%. Il 15% è coperto dall’idroelettrico, mentre altre fonti rinnovabili si attestano al 3%. Il 35% dell’energia è consumata dall’industria, il 24% nei trasporti, il 34% per usi civili e l’agricoltura, il 7% per altri scopi. Il fabbisogno nazionale di energia elettrica viene coperto per il 72% circa da centrali termoelettriche che bruciano principalmente combustibili fossili, in gran parte importati dall’estero. Un altro 15% circa è ricavato da fonti rinnovabili (idroelettrica, geotermica, eolica e fotovoltaica). La rimanente parte per coprire il fabbisogno nazionale é importata dall'estero.

 

In sintesi, il fabbisogno energetico mondiale aumenta del 3% all'anno; oltre l'80% del consumo mondiale è coperto da petrolio, gas e carbone; la situazione dell’Italia è piuttosto preoccupante, in quanto importa oltre l’80% del fabbisogno nazionale di energia: il che significa bollette salate e dipendenza strategica dall’estero.

 

                        Figura: Situazione energetica nel mondo e in Italia

 

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Si ritiene che la produzione annua dei combustibili fossili, dai quali principalmente dipendiamo, segua una curva a campana, dove il picco (di produzione) è seguito da una decrescita; tutti d'accordo che il picco dovrebbe essere raggiunto nei prossimi 15 - 25 anni.

 

                    Figura: Esempio di curva con picco di produzione di petrolio (http://www.aspoitalia.it/)

 

Se queste previsioni saranno confermate, il problema di trovare altre fonti energetiche è molto urgente. Negli ultimi decenni lo sviluppo tecnologico ha portato a migliorare l'efficienza nella produzione e nell’uso dell’energia: questi miglioramenti rappresentano già una nuova fonte di energia nei paesi industrializzati. Ma non basta.

 

Si parla molto dell’uso di fonti energetiche rinnovabili (energia solare, idroelettrica, eolica, geotermica, prodotta dal moto ondoso, dalle biomasse...). È auspicabile un forte incremento di tutte queste fonti, ma è improbabile che possano dare un contributo decisivo nel prossimo futuro. Occorre pensare ad altre vie.

 

Nel mondo si sta pensando di potenziare lo sviluppo e l'utilizzo dell'energia nucleare: stiamo parlando di fissione, un fenomeno fisico che consente di produrre un'elevatissima quantità di energia elettrica e termica con emissioni di anidride carbonica molto basse. Una tecnologia che tuttavia comporta dei rischi e, soprattutto, che lascia scorie radioattive.

 

E la fusione nucleare? È il processo nucleare naturale che alimenta il Sole: potrebbe produrre quantità pressoché illimitate di energia con bassissime emissioni di gas e senza la produzione di scorie radioattive. Ci sono molte ricerche in corso, ma l'orizzonte tecnologico è ancora lontano. Almeno sembra.

 

Come funziona una centrale a fissione nucleare? A differenza di una normale centrale termoelettrica, che brucia carbone, petrolio o gas, una centrale nucleare sfrutta reazioni di fissione, che sono circa un milione di volte più energetiche di quelle chimiche, a parità di massa di combustibile. La reazione di fissione consiste nel bombardare gli atomi di uranio (il combustibile) con dei neutroni per scinderli in parti più piccole con conseguente emissione di altri neutroni. Il processo provoca una reazione a catena, che nella centrale è controllata. La fissione nucleare produce in questo modo una notevole quantità di energia termica, che viene sfruttata per far girare delle turbine (attraverso il riscaldamento di acqua e la produzione di vapore ad alta pressione), che a loro volta producono energia elettrica.

 

                       Figura: Esempio di Centrale Nucleare

 

Oggi sono in funzione nel mondo circa 450 reattori nucleari a fissione che producono il 17% dell’energia elettrica. In Europa sono in funzione 151 reattori che producono il 43% dell’energia elettrica. Ad esempio, la Francia ed il Giappone contano, rispettivamente, quasi 59 e 53 centrali nucleari, gli Stati Uniti 104. La Cina (che oggi dispone di 4 centrali nucleari) ha dichiarato la volontà di voler costruirne altre 31 entro il 2020. Anche l'India sembra voler prendere questa direzione.

 

I vantaggi del nucleare sono evidenti: da un solo grammo di uranio si può ricavare la quantità di energia equivalente di due tonnellate di petrolio. Anche se tuttavia un grammo di uranio costa come mezza tonnellata di greggio. Ma gli svantaggi? Sono molti: ci sono i rischi di malfunzionamento delle centrali (ad es. eventuali guasti con fughe radioattive), i problemi di gestione e smaltimento delle scorie radioattive, la vulnerabilità agli attacchi di terrorismo.

 

I reattori nucleari sono classificati in base al tipo di combustibile, al sistema di raffreddamento e generazione vapore, al tipo di moderatore, ai criteri di sicurezza. Dal 1950 sono state sviluppate diverse generazioni di centrali con l'obiettivo di risolvere problemi di efficienza e sicurezza. Oggi si parla di sviluppo di centrali nucleari di quarta generazione. Come ci siamo arrivati?

 

Le centrali nucleari di prima generazione sono state sviluppate ed installate tra il 1950 e il 1970. Come combustibile si utilizzava uranio naturale (reattore Magnox) o leggermente arricchito (reattore AGR), mentre il termovettore era elio o anidride carbonica. Sebbene questa generazione sia ampiamente superata, diversi esemplari sono tuttora in funzione in varie parti del mondo. La seconda generazione comprende la maggior parte dei reattori oggi in uso. Si tratta di modelli più sicuri, raffreddati (e moderati) ad acqua pesante. Tra questi ci sono i BWR (Boiling Water), i PWR (Pressurized Water Reactor) ed il CANDU (Canada Deuterium Uranium) nei quali la vaporizzazione dell'acqua avviene per contatto con gli elementi di combustibile o con il recipiente che li contiene.

 

Al momento si sta lavorando per realizzare reattori di terza generazione. Si tratta di reattori più efficienti, con sistemi di sicurezza ancora più evoluti, ma che non apportano sostanziali variazioni concettuali. Esistono diversi modelli: ad esempio l’EPR progettato in Europa e in costruzione in Finlandia e in Francia, e l’AP100 progettato negli Usa e in costruzione in Cina. Nessuno di questi è tuttavia già in funzione.

 

La ricerca sulla quarta generazione è stata promossa dal Forum Internazionale GIF (Generation IV International Forum) fondato nel 2000 dal Department of Energy degli Stati Uniti, ed al quale hanno aderito diversi Paesi. Questa generazione raggruppa sei possibili futuri reattori, peraltro senza considerare tutte le strade effettivamente percorribili (ad esempio l'uso del torio oppure reattori sottocritici). Molti ritengono che queste centrali saranno disponibili commercialmente fra alcune decine di anni (2030-2040), altri già nel 2020. Il GIF ritiene che questi prototipi di centrali non saranno disponibili per l'impiego commerciale prima dell'anno 2030.

 

I consumi energetici mondiali aumentano del 3% annuo. La maggior parte del fabbisogno è coperto dai combustibili fossili, principalmente il petrolio, la cui produzione potrebbe raggiungere il picco in venti o trent'anni. È improbabile che le fonti rinnovabili diano un contributo decisivo. La fusione nucleare sembra lontana. Oggi si parla sempre più insistentemente di centrali a fissione nucleare, ma i rischi che comportano sono evidenti. Cosa fare? Prima di tutto dovremmo imparare a massimizzare il risparmio di energia e poi ricercare ed orientarci verso l’utilizzo di quelle fonti energetiche capaci di consentire sia uno sviluppo socio-industriale sostenibile ed equo, sia la massima salvaguardia della vita del nostro pianeta, ovvero dell'uomo.

Antonio Manzalini