Centrali Nucleari: troppa acqua per raffreddare i reattori

di Mario Brusamolin

Bene, abbiamo costruito la nostra centrale nucleare e adesso, come dei veri industriali siamo pronti per produrre e vendere energia “a basso costo” guadagnando un sacco di soldi. Ma ci sono ancora alcuni problemini da risolvere.
Il primo è quello che (come abbiamo visto il mese scorso) il rendimento non è molto alto e c’è una quantità di calore enorme da portare via. Ci serve quindi un sistema di raffreddamento. Come questo è realizzato dipende dal tipo di reattore che abbiamo installato nella nostra centrale.
I primi ad entrare in produzione furono i Magnox, ma la maggior parte di quelli oggi funzionanti sono del tipo PWR oppure BWR. WR sta per Water Reactor. Le lettere P e B per Pressurized e Boiling. In sostanza in entrambi viene utilizzata dell’acqua per la fase di raffreddamento (e anche di moderazione dei neutroni), ma con circuiti differenti e mantenuta a pressioni decisamente maggiori nel primo caso. La 3^ generazione non ha portato novità; dal punto di vista del raffreddamento non è cambiato niente.
Ci sono state e ci sono altre sperimentazioni sui reattori. In particolare merita attenzione il cosiddetto reattore a neutroni veloci che è sfociato nel Superphoenix francese. Per quello che ci riguarda e cioè la fase di raffreddamento si è cercato di sostituire l’acqua con metalli liquidi che hanno molti vantaggi dal punto di vista termodinamico. Tuttavia il progetto non ha avuto i risultati attesi ed è stato abbandonato per motivi di sicurezza e di affidabilità.
Quello che mi interessa sottolineare è la quantità di acqua che viene impiegata dalla maggior parte dei reattori oggi esistenti, da dove questa proviene e se può in qualche modo danneggiare l’ambiente circostante.
Ovviamente ogni centrale avrà bisogno di quantità un po’ differenti di acqua per il raffreddamento; questo dipende dall’esercizio dell’impianto e dalla potenza. Ma cercheremo di portare a casa dei dati generali.
Il sistema di raffreddamento ed estrazione del calore prodotto dev’essere efficientissimo e continuo. La quantità di calore da sottrarre è enorme e, per fare questo, si usano grandi quantità di acqua provenienti da una sorgente fredda naturale. Si tratta dell’acqua di laghi, fiumi o mare. Questa viene utilizzata e poi ributtata nella sorgente naturale; ma l’acqua non si trova più alla stessa temperatura di prima, è molto più calda. Ecco allora che servono quelle enormi torri di raffreddamento (alte circa 150 m) nelle quali abbassare ulteriormente la temperatura di queste masse d’acqua prima di riversarle di nuovo nelle sorgenti fredde. Nonostante questo la temperatura di uscita è sempre superiore a quella di entrata.
Questo aspetto è molto delicato, perché coinvolge l’equilibrio degli ecosistemi nei quali la centrale è inserita e quindi la vita vegetale e animale nei fiumi o nei laghi dai quali l’acqua fredda viene prelevata.
Jeremy Rifkin scrive al riguardo.
“E infine, una cosa che tutti dovrebbero discutere col vicino di casa: non abbiamo acqua! Questo le aziende energetiche lo sanno ma la gente no. Prendete la Francia, la quintessenza dell’energia atomica, prodotta per il 70%. Questo e’ quello che la gente non sa: il 40% di tutta l’acqua consumata in Francia lo scorso anno, e’ servita a raffreddare i reattori nucleari. Il 40%. Vi ricordate tre anni fa, quando molti anziani in Francia morirono durante l’estate perché l’aria condizionata era scarsa? Quello che non sapete è che non ci fu abbastanza acqua per raffreddare i reattori nucleari, che dovettero diminuire la loro produzione di elettricità.”
Magari si può pensare che Rifkin sia di parte e allora rivolgiamoci altrove.
Negli Stati Uniti è stata fondata una trentina di anni fa una associazione, che si chiama Union of Concerned Scientists (letteralmente Unione di scienziati preoccupati). Preoccupati di come il mondo si è evoluto a discapito della sostenibilità.
Questa associazione è stata fondata da professori del MIT, il più famoso Istituto universitario tecnologico del Mondo (Cambridge, Massachusetts) e ha contato tra i suoi soci anche dei premi Nobel (ad es. il fisico Henry Kendall). Bene, questi signori hanno inventato e pubblicato un’equazione che consente di calcolare di quanta acqua ha bisogno una centrale nucleare per il solo raffreddamento.
Un anno fa l’associazione ha pubblicato un dossier di 14 pagine, scaricabile in formato pdf dal loro sito (www.ucsusa.org) proprio su questo argomento.
Oltre all’equazione vengono riportati degli esempi. Vediamone alcuni.
Gli oltre 100 reattori nucleari americani sono tutti di tipo BWR o PWR, che consumano più o meno la stessa quantità di acqua. I dati riportati sono quindi generali e si possono applicare anche ai reattori del resto del mondo, tranne poche eccezioni.
Una centrale con una potenza di 1000 MW (tipica dei reattori di 2 e 3 generazione), ha bisogno di circa 1′800′000 litri di acqua al minuto, questo significa 30 mila litri al secondo che corrispondono a 30 m3.
Non lasciamoci ingannare dalla cifra: è una quantità mostruosa di acqua e corrisponde all’incirca ad un terzo della portata del fiume Po a Torino.
Questo valore dipende fortemente dalle temperature di esercizio dell’impianto. Se, per renderlo più efficiente, si decide di lavorare in condizioni di maggior produttività la quantità d’acqua necessaria raddoppia. Inoltre questo valore dipende fortemente dalla potenza erogata dal reattore. Così i nuovi reattori da 1600 MW dichiarano una necessità di 40 m3 al secondo. UCS calcola per un reattore appunto di 1600 MW una necessità d’acqua di oltre 70 m3 al secondo in condizioni di esercizio ottimali per la produzione.

Ma non esistono sistemi di raffreddamento a circuito chiuso di modo che l’acqua che circola sia sempre la stessa e quindi non ci siano danni all’ambiente circostante? La risposta è “Sì, però …”.
La prima osservazione da fare è che un simile impianto è molto più costoso di quello per così dire “normale” e poi l’acqua di raffreddamento serve comunque e viene sempre prelevata dall’ambiente circostante. L’etichetta di “sistema di raffreddamento a circuito chiuso” è un termine improprio perché gli impianti di questo tipo producono grandi nuvole di vapore che se ne va attraverso le altissime torri di raffreddamento. L’acqua è dunque necessaria per compensare quella che se ne va sotto forma di vapore. La quantità è decisamente minore ma certo non un valore trascurabile. L’impianto nucleare di Susquehanna in Pennsylvania utilizza circa 2000 litri al secondo per sostituire il vapore emesso e mantenere la temperatura delle torri.
C’è anche una ricerca della Environment Agency, l’agenzia per l’ambiente della Gran Bretagna, che tiene sotto controllo, tra gli altri, il sito nucleare di Sellafield. Qui c’è una vecchia centrale che ha avuto un sacco di problemi e gravi incidenti nel 1957 e 1973. Adesso c’è uno dei più grandi siti di riprocessamento delle barre di Uranio (anche di quelle italiane provenienti dalle vecchie centrali).
Per chi non lo ricordasse si tratta di recuperare dalle barre di Uranio delle centrali nucleari i materiali ancora utilizzabili nei reattori o in altre attività, come Uranio e Plutonio, separandoli dalle “ceneri” della reazione di fissione.
Ma anche questa attività ha bisogno di acqua di raffreddamento e non poca. Secondo i dati forniti dall’Agenzia occorrono quasi 20 mila m3 di acqua al giorno.
Se si considera che qui non viene prodotta energia ma solo combustibile secondario per le centrali si tratta di un valore molto elevato.

Ora può sembrare che questo discorso sia un po’ di lana caprina, nel senso che si sta montando un caso per un problema così marginale rispetto a quello, ad esempio, delle scorie radioattive che nessuno al mondo sa dove mettere. In parte è vero, ma questo dimostra una cosa importante e cioè che “la questione nucleare” non è “un problema”, ma “una serie di problemi” a volte nemmeno tra loro collegati. Quello dell’acqua è solo “un altro problema”, ma è anch’esso serio per due motivi.
Il primo è che si spreca acqua, tanta acqua e non vorrei aggiungere altro sull’argomento perché credo tutti sappiano quanta carenza d’acqua c’è nel mondo soprattutto se si riveleranno corrette le previsioni sul riscaldamento globale del pianeta.
Il secondo è che immettendo acqua a temperatura più alta nella fonte da dove è stata prelevata (ad esempio nel Po) si modificano le condizioni di vita in quel tratto di fiume.
E non è granché accettabile dire: “ma in fondo cosa vuoi che sia qualche grado in più o in meno”. Perché non dite la stessa cosa quando vostro figlio invece di 37°C ne misura 40°C: in fondo sono solo tre gradi, cosa volete che sia?
Un anno fa si è chiusa una causa durata dieci anni a New York. Da un lato l’associazione ambientalista Riverkeeper diceva che la centrale nucleare di Indian Point sul fiume Hudson influiva sull’ecosistema del fiume distruggendo una quantità mostruosa di fauna, dall’altro la Entenergy, proprietaria della centrale, negava tutto. L’ente ambientale dello stato di New York (DEC) ha stabilito che ogni anno più di un miliardo di pesci venivano “bolliti” dal sistema di raffreddamento della centrale.
Negli Stati Uniti solo 40 centrali atomiche statunitensi su 104 si avvalgono delle torri di raffreddamento per il riciclaggio dell’acqua, evitando “eccessivi” danni all’ambiente. Le altre 64, come Indian Point, si avvalgono di acqua fluviale per evitare di spendere nella costruzione delle torri, causando la moria dei pesci.
A maggio 2008, la Riverkeeper ha commissionato uno studio parallelo a quello del DEC, da cui si rileva che nell’Hudson, dopo 35 anni dalla costruzione della centrale, dieci specie ittiche su tredici sono in via di estinzione.
Il genio umano ha vinto un’altra volta.

Fonte: www.scienzaverde.it