Vincent Verschoore – I sostenitori delle energie rinnovabili, quelli che immaginano una transizione completa al solare, all’eolico o ad altre turbine idroelettriche entro il 2050, o anche un ritorno al nucleare per ridurre le nostre emissioni di gas serra da fonti convenzionali, devono tuttavia affrontare una dura realtà:

A livello globale, la Santa Trinità del carbone, del petrolio e del gas rappresenta l’85% del consumo di tutti i settori messi insieme (1). Per un consumo uguale, una pia speranza ma che può almeno servire come base di discussione, e allineandoci alla data simbolica del 2050 per la quale non dovremmo più consumare combustibili fossili se vogliamo mantenere una parvenza di controllo sul clima (secondo l’IPCC), l’equivalente “pulito” di circa 153.000 TWh dovrebbe essere creato entro 30 anni.

La non soluzione: la fissione nucleare convenzionale.

Sapendo che un reattore nucleare produce in media circa 6 TWh all’anno (2), bisognerebbe costruire 25.500 reattori nucleari entro il 2050, cioè due al giorno, per 30 anni, per compensare la cessazione completa della produzione di combustibili fossili.

Lascia stare, direbbe l’altro. Anche se questo fosse concepibile, la quantità di scorie radioattive che un tale parco genererebbe ci metterebbe di fronte a un problema altrettanto grave delle attuali emissioni di gas serra (vedi “Il cimitero di Bure“). Affidarsi alla fissione nucleare convenzionale per risolvere il problema energetico del mondo è un’aberrazione, quindi si dovrà trovare qualcos’altro.

Una possibile soluzione: Fusione nucleare.

Il candidato principale è la fusione nucleare, un processo che utilizza acqua e litio come combustibile, entrambi ampiamente disponibili, e che genera poche scorie. Un processo naturale nel cuore delle stelle, ma estremamente difficile da realizzare sulla Terra, per una ragione essenziale: in stelle come il Sole, è la pressione della gravità che comprime gli atomi fino a quando avviene la fusione, generando energia secondo la buona vecchia formula di Einstein, E=mc2.

Sulla Terra, senza questa pressione, si devono creare le condizioni della fusione tramite calore. Un reattore a fusione nucleare sulla Terra ha una temperatura 10 volte superiore a quella del Sole, ovvero circa 150 milioni di gradi.

ITER, un progetto globale a lungo termine.

Generare e controllare una tale temperatura è un problema colossale sul quale diversi paesi stanno lavorando dagli anni ’70, e del quale il sistema sperimentale ITER è la punta di diamante:

ITER è stato progettato a partire dal 2007, utilizzando la tecnologia dell’epoca, soprattutto gli enormi elettromagneti che dovevano contenere il plasma fuso. Un primo avvio è previsto per il 2025, per la piena potenza dieci anni dopo. Ma ITER non produrrà mai energia; sta solo aprendo la strada al prossimo passo, un reattore dimostrativo commerciale chiamato DEMO, che potrebbe essere operativo nel… 2080! (4)

JET e SPARC.

Oltre a ITER, diversi paesi stanno sviluppando i loro progetti in parallelo. Il Regno Unito e l’Unione Europea lavorano da 40 anni su JET, situato vicino a Oxford (3). Anche la Cina, gli Stati Uniti e l’India stanno lavorando su progetti paralleli, ma l’obiettivo è ancora quello di trovare una soluzione comune perché, come per i vaccini, non serve che un paese sviluppi soluzioni individuali, dato che il cambiamento climatico, come i virus, non riconosce i confini nazionali.

Il tempo si sta esaurendo, da qui gli sviluppi paralleli, come il sistema SPARC, sviluppato al MIT sulla base della tecnologia che utilizza magneti superconduttori. Questo sistema, molto più compatto di ITER e fattibile a priori in termini economici, potrebbe entrare in funzione per la prima volta già nel 2025 e produrre elettricità con un guadagno (rapporto tra ciò che il sistema consuma e ciò che produce) tra 2 e 10 già nel 2035 (5).

Ma non per il 2050.

Supponendo una potenza netta media di 2 GW per reattore, funzionante 11 mesi all’anno (i neutroni generati dalla fusione danneggiano le pareti del reattore, da cui la necessità di manutenzione perpetua), otteniamo 15 TWh per reattore all’anno (2 GW x 24 ore x 30 giorni x 11 mesi). Ciò significa che sarebbero necessari 10.000 TWh per compensare i 153.000 TWh attualmente prodotti dai combustibili fossili.

Anche al ritmo di 100 nuovi reattori all’anno, manca ancora un secolo per raggiungere l’attuale livello di produzione di energia da petrolio/gas/carbone, che per allora sarà probabilmente aumentato notevolmente. Senza contare che i reattori a fissione esistenti saranno diventati obsoleti, e dovranno quindi anche recuperare la loro produzione annuale di circa 2 500 TWh (6 ).

È quindi ovvio che, anche nel migliore dei casi, la fusione nucleare non sarà in grado di sostituire il nostro consumo di combustibili fossili entro il 2050, anche se a lungo termine è senza dubbio un’ottima soluzione.

La chimera eolica.

Su scala globale, la base eolica installata è dell’ordine di 700 GW (7), per una produzione di circa 380 TWh, estrapolando le cifre del 2019 (8). Una goccia d’acqua (0,24%) in termini di sostituzione energetica, ma con un impatto ecologico sproporzionato alla sua efficienza reale.

Ad un tasso di 2 MW per turbina eolica, e 10 turbine eoliche per km2 , cioè 20 MW (9), ci vogliono 80 km2 (cioè 8.000 campi da calcio) per l’equivalente di un reattore EPR, cioè 1,6 GW (su 0,1 km2 , cioè 10 campi da calcio). Ed è peggio se si guarda alla produzione effettiva: un reattore da 700 GW (la potenza del parco eolico) in funzione 350 giorni all’anno produrrebbe 5.880 TWh, mentre l’equivalente eolico produce solo 380 TWh, meno di un decimo. Per la semplice ragione che il vento non è costante. Tenendo conto di questo fattore, ci vorrebbero effettivamente 80.000 campi di calcio dedicati alle turbine eoliche per produrre l’equivalente di un reattore che occupa 10 campi di calcio.

L’energia eolica è un grande mercato industriale, un pilastro del nuovo Green Deal europeo, ma vederla come una possibile sostituzione dei combustibili fossili è pura ignoranza, o manipolazione. Non capisco come i cosiddetti ambientalisti possano promuoverlo, e non sono l’unico:

Le turbine eoliche sono un abisso finanziario e un disastro ecologico, analizza Jean-Louis Butré. Secondo lui, molti difensori dell’ambiente e altri ambientalisti sono sorprendentemente silenziosi quando si tratta di alzare la voce contro lo scarico di tonnellate di cemento nelle nostre campagne.”

https://www.lefigaro.fr/vox/societe/les-eoliennes-sont-un-scandale-environnemental-stupefiant-20201116

Il Dio Sole.

In teoria, l’energia inviataci dal Sole è sufficiente a coprire tutte le nostre necessità più volte. In pratica, la base solare installata oggi è più o meno equivalente a quella eolica, cioè circa 700 GW, ancora una goccia in termini di Grande sostituzione dei combustibili fossili (10).

Alle nostre latitudini, con una potenza recuperabile dell’ordine di 100 W/m2 , 10 campi di calcio (100.000 m2 ) coperti di pannelli possono produrre 10 MW, ma solo su 1/4 del tempo (notti, giorni senza sole), cioè 0,2 TWh all’anno. Un moderno reattore di tipo EPR produce circa 13 TWh per la stessa superficie, 650 campi da calcio coperti da pannelli sarebbero necessari per ottenere la stessa energia. Questo è già molto meglio della resa del vento.

L’energia solare ha anche il vantaggio di esistere in due o addirittura tre forme: conversione elettrica mediante pannelli fotovoltaici, conversione per calore (il sole riscalda l’acqua che viene poi utilizzata così com’è o inviata a una turbina come vapore), e infine una forma nuova di zecca che ho menzionato recentemente, la conversione diretta in idrogeno (vedi “Dal sole all’idrogeno“).

Sviluppato su scala industriale, questo processo di conversione all’idrogeno permetterebbe di evitare la diabolica trappola del veicolo a batteria a favore dei veicoli a pile a combustibile a idrogeno. Un argomento da sviluppare in un futuro articolo.

È necessaria una soluzione progressiva.

Abbiamo visto che attualmente non c’è modo di sostituire i 153.000 TWh di combustibili fossili con qualcosa da qui al 2050: la fusione nucleare su larga scala verrà dopo, e le principali fonti rinnovabili (eolico e solare) sono solo gocce in un vasto oceano di idrocarburi.

Sappiamo anche che la fissione nucleare convenzionale non sostituirà il petrolio/gas/carbone: bisognerebbe costruire 25 500 reattori da 6 TWh, impossibile di per sé e impensabile per la sua pericolosità e le scorie, per non parlare dell’approvvigionamento di uranio.

Dovremo allora andare avanti gradualmente, sapendo che, a meno che non ci sia un miracolo tecnologico o una catastrofe mondiale, il mondo non potrà fare completamente a meno della Santa Trinità per almeno un secolo. Ma gradualmente, con cosa?

SMR, fissione nucleare su piccola scala.

Le centrali nucleari convenzionali, come gli EPR, sono enormi, complesse e richiedono un flusso costante di acqua per il raffreddamento e la fornitura di vapore. Ma esistono altri approcci, basati su reattori compatti a circuito chiuso noti come SMR (Small Modular Reactors). Si tratta di mini centrali delle dimensioni di due autobus che possono essere installate ovunque sia necessario, senza grandi reti ad alta tensione, senza fiumi o oceani nelle vicinanze, e senza complesse sale di controllo.

NuScale.

NuScale è la più nota delle iniziative per produrre RMS. Nato nel 2000 negli Stati Uniti dall’Università dell’Oregon, è oggi finanziato da diversi partner, tra cui AREVA Inc per la parte del combustibile, e propone un reattore modulare da 60 MW (11). Fino a 12 reattori possono essere raggruppati in un sistema da 720 MW, che darebbe una produzione di energia utilizzabile di circa 6 TWh all’anno.

Il sistema è raffreddato passivamente (nessuna pompa primaria) e intrinsecamente sicuro. D’altra parte, utilizza un combustibile convenzionale e quindi genera rifiuti.

Trasportabile con un camion, il modulo NuScale o equivalente potrebbe produrre migliaia di unità ed essere installato vicino a piccole città, in zone rurali, in zone industriali per la produzione localizzata. Questo breve video illustra i vantaggi dell’RMS rispetto all’energia nucleare convenzionale.

C’è naturalmente la questione dei rifiuti e dell’approvvigionamento. Una nuova società propone di utilizzare le scorie della fissione nucleare come combustibile per la propria soluzione: Elysium.

Elysium

Questa start-up offre una soluzione a base di sali fusi, piuttosto che i sistemi convenzionali a base d’acqua. Il sito Sciencepost lo descrive così:

I sostenitori del progetto credono che questo tipo di reattore abbia molti vantaggi oltre a fornire energia atomica verde. Infatti, riduce il rischio di incidenti e permette di produrre meno rifiuti radioattivi. Questi prodotti di fissione impiegano circa 300 anni per degradarsi rispetto ad almeno 10.000 anni per le scorie dei reattori convenzionali.

C’è anche la possibilità di riciclare le scorie nucleari più pericolose. I funzionari parlano di un reattore veloce (con un flusso di neutroni non inattivo) con combustibile fuso che viene alimentato con scorie nucleari. Questo tipo di reattore non ha bisogno di un moderatore come nel caso dei reattori ad acqua leggera. Mentre la velocità del reattore a sale fuso è un vantaggio, è anche uno svantaggio. La velocità genera un maggiore bombardamento di neutroni. L’impianto deve proteggersi da questo.”

Il sistema è disponibile in diverse dimensioni, da 50 MW a 1.200 MW, producendo in questo caso circa 10 TWh di energia annuale. Qui sotto c’è un video esplicativo, anche in inglese:

La rivista Forbes ha dedicato un articolo a questa soluzione lo scorso ottobre, che concludeva come segue:

Il mondo avrà bisogno dell’energia nucleare per ridurre le emissioni di carbonio. Per me i due grandi vantaggi del MCSFR (Molten Cloride Salt Fast Reactor) sono il prezzo e la combustione delle scorie nucleari. Questi sono grandi vantaggi.”

https://www.forbes.com/sites/llewellynking/2020/10/13/new-design-molten-salt-reactor-is-cheaper-to-run-consumes-nuclear-waste/?sh=5e7f406d33c6

Chiave della transizione, il mix energetico.

Non so quale mix energetico si svilupperà nei prossimi anni. Il Patto Verde, o Green Deal, lanciato dall’Unione Europea pone un forte accento sullo sviluppo dell’idrogeno in vista di un’Europa neutrale per il clima entro il 2050 (12). Questo è indubbiamente buono, anche se piuttosto improbabile, ma è poco utile se la Cina, gli Stati Uniti, l’India, il Brasile ecc. non fanno lo stesso.

Il periodo di transizione tra la situazione attuale in cui l’85% dell’energia consumata è di origine fossile, e un momento in cui questa cifra tenderà a zero, durerà per decenni. Entro il 2050 possiamo sperare nell’inizio della fusione commerciale, la fine della fissione convenzionale e la sua sostituzione con reattori modulari come NuScale, e mangiatori di scorie come Elysium installati a migliaia nel mondo.

Con 10.000 installazioni Elysium, potremmo sostituire 2/3 del consumo totale attuale con qualcosa di relativamente pulito e consumando scorie nucleari.

Possiamo sperare nel decollo della conversione diretta dal solare all’idrogeno come carburante alternativo per i veicoli, il rivestimento dei nostri tetti con pannelli solari, la fine di quelle orribili e inefficienti turbine eoliche che stanno facendo marcire le nostre campagne e coste.

Potremmo anche vedere soluzioni basate sulla fusione fredda (Cold fusion, hot fusion ahead!”) o sul confinamento cristallino, un processo recentemente scoperto dalla NASA (vedi “NASA scopre la fusione fredda!”).

Infine, i sistemi di cattura di CO2 potrebbero essere utilizzati per continuare a utilizzare i combustibili fossili per un certo tempo, riducendo notevolmente il loro impatto (13).

Naturalmente, non posso concludere un simile articolo senza fare riferimento al progetto Shift di Jean-Marc Jancovici, un sito pieno di riferimenti tecnici e politici sulla transizione energetica (14).

Resta il fatto che, qualunque cosa facciamo, non raggiungeremo questa Grande Sostituzione Energetica entro il 2050. Se la situazione climatica impone l’annullamento di tutte le nuove emissioni di CO2 / GHG per allora, senza soluzioni alternative, l’Umanità, e soprattutto la sua parte ricca, dovrà cambiare il suo stile di vita per non cercare di consumare ciò che non può più essere prodotto. E questo è un altro discorso.

Links:

(1) https://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_consumption

(2) https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/le-nucleaire-en-chiffres#:~:text=LE%20NUCL%C3%89AIRE%20EN%20FRANCE&text=Elle%20provient%20de%2056%20r%C3%A9acteurs,de%20400%20000%20foyers%20environ.

(3) https://fr.wikipedia.org/wiki/Joint_European_Torus

(4) https://fr.wikipedia.org/wiki/Demo_(r%C3%A9acteur)

(5) https://www.livescience.com/nuclear-fusion-reactor-sparc-2025.html#:~:text=A%20viable%20nuclear%20fusion%20reactor,massive%20generation%20of%20clean%20energy.

(6) https://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_consumption#Nuclear_power

(7) https://www.businessfrance.fr/eolien-mondial-bilan-perspectives-covid19

(8) https://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_consumption#Wind_power

(9) http://www.ecolo.org/documents/documents_in_french/eole-combien.htm

(10) https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_power_by_country

(11) https://www.sfen.org/rgn/nuscale-garde-smr-americains

(12) https://ec.europa.eu/info/strategy/priorities-2019-2024/european-green-deal/clean-energy_fr

(13) https://www.lemondedelenergie.com/captage-co2-technologie-bilan-carbone/2020/01/10/#:~:text=Il%20s’agit%20d’une,son%20rejet%20dans%20l’atmosph%C3%A8re.

(14) https://theshiftproject.org/

Scelto e curato da Jean Gabin