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Thursday, March 17, 2011

Alcune Riflessioni sugli Eventi di Fukushima

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Di fronte ai disastri di origine naturale e di origine umana che hanno colpito il Giappone mi sembrava che la cosa migliore da farsi, almeno per qualche giorno, fosse quella di tacere.
Era poi ovvio che gli eventi in corso ai reattori nucleari di Fukushima avrebbero alimentato il dibattito interno già effervescente e destinato ad intensificarsi in vista dei referendum. Il monte-ore che viene dedicato, sia in privato che in pubblico, a queste discussioni è enorme e, se solo una frazione di questo tempo venisse dedicata a produrre e studiare, il popolo si ritroverebbe molto più ricco ed anche molto più preparato a valutare le questioni relative alla produzione di elettricità da fonte nucleare. Ma ciò, ahimè, temo non avverrà nè prima nè dopo il referundum.

Il Nucleare è tema che storicamente appassiona ed induce a schierarsi. Molti mi hanno chiesto negli anni se io fossi pro o contro il nucleare ma nessuno mi ha mai chiesto se io sia pro o contro il metano o il carbone.  Chissà perchè.  Mentre sui media proliferano dibattiti e commenti, l'individuo-massa tende a schierarsi facendo una scelta di tipo caratteriale. E così succede che l'individuo con impostazione pragmatica tenda ad essere pro mentre l'individuo più sognatore tenda ad essere contro. Il primo è prevalentemente un maschio, macho e duro, con idee conservatrici mentre il secondo è tipicamente maschio non molto duro, sensibile e progressista oppure donna che ha saputo degli effetti della radioattività sui corpi umani e in particolare sui nascituri.

Ignorando i dibattiti e prescindendo dalle scelte caratteriali mi viene voglia di metter per iscritto alcune semplici considerazioni.

La relazione di equivalenza tra massa ed energia stabilisce che, se in una qualsiasi reazione, sparisce 1 chilo di massa essa si tramuta in un'energia di 25 miliardi di chilowattora (KWh).  Questa energia equivale al consumo elettrico di 3 anni per una città di 1 milione di abitanti ipotizzando che ogni abitante consumi 25000 KWh, cioè 8300 KWh annui. E' chiaro che l'idea è suggestiva: coprire in modo generoso il fabbisogno di energia elettrica degli umani viziati utilizzando un pugno di materia.

Il problema però sta nel come far sparire quel chilo di materia e tramutarlo in energia!

Se bruciamo degli atomi di carbonio, siano essi contenuti nel sesamo o in un pezzo di litantrace o nel metano, provochiamo una riduzione di massa: i prodotti della combustione pesano meno del carbonio iniziale e la differenza di massa è tradotta in energia che alimenta il mio metabolismo (sesamo) oppure il frigorifero di qualche amico frizzante (litantrace, metano).  Quella differenza di massa è però piccolissima, meno di un miliardesimo, poichè la combustione tocca solo i gusci esterni degli atomi. Di conseguenza ci servono enormi quantità di antracite, litantrace, petrolio e metano per soddisfare i bisogni energetici di società dipendenti dai combustibili fossili.

La scoperta della radioattività (Henri Becquerel, 1896) in Francia aprì una nuova epoca nella storia dell'umanità. Nei quattro decenni a venire divenne evidente che nel cuore degli atomi era racchiusa una quantità di energia milioni di volte più grande di quella contenuta nei gusci elettronici esterni.

L'attenzione dei fisici si rivolse in particolare all' Uranio, l'elemento più pesante esistente in natura. Fermi e il gruppo di Roma furono i primi a spaccare (fissionare) l'Uranio usando neutroni lenti ma l'identificazione dei prodotti di fissione, tra cui il Bario, fu fatta nel 1938 da Hahn e Strassmann a Berlino. L'interpretazione del fatto sperimentale venne tra la fine del 1938 e gli inizi del 1939 grazie a Lise Meitner (esiliata in Svezia) e a suo nipote Otto Frisch (Copenhagen). Fu appunto Frisch ad introdurre il termine fissione per definire questo processo straordinario in cui la differenza di massa tra i prodotti finali della reazione e il nucleo di Uranio iniziale era di un millesimo...l'energia liberata nel processo di fissione era di 200 milioni di elettronvolt. Nel Febbraio del 1939 fu Niels Bohr ad intuire che la fissione indotta da neutroni lenti avveniva in un tipo particolare di Uranio, l'Uranio-235,  parente dell' Uranio-238 ma più instabile e dunque più raro in natura.

A questo punto erano noti tutti gli elementi fondamentali per realizzare la reazione nucleare a catena (già immaginata da Leo Szilard nel 1934) e disporre di enormi quantità di energia sia a fini militari che a fini civili.

Laddove finisce un capitolo straordinario di storia della fisica inizia la storia tecnologica della costruzione di reattori in cui la reazione a catena possa aver luogo in modo controllato: una fissione deve indurre una successiva fissione e non di più. Il processo non deve divergere, non deve scappare di mano, altrimenti si innesca l'effetto della bomba e succede un disastro.

Un reattore da 1 GigaWatt (GW) di potenza produce tipicamente 7 miliardi di KWh all'anno dunque in poco più di tre anni esso produce quell'energia equivalente ad 1 kg di massa di cui dicevo all'inizio. In realtà sono 3 kg di massa che spariscono: 2 chili se ne vanno sotto forma di calore a scaldare l'acqua dei mari e dei fiumi che raffreddano le centrali mentre 1 chilo viene convertito in elettricità. Le leggi della termodinamica impongono dei vincoli precisi e cominciano a farci capire come il reattore nucleare, grande opera tecnologica, contenga delle assurdità intrinseche.

Per il medesimo reattore, bisognerà sostituire circa 25 tonnellate di Uranio arricchito ogni anno (il suo carico totale è di circa 100 tons) perchè si esauriscono. L'Uranio arricchito contiene una percentuale di Uranio-235 di circa il 4%  e ciò significa che, ogni anno, esso reattore richiede circa 1 ton di U-235.  Questo isotopo è però presente in natura in percentuali di circa 0.71% sul totale dell'Uranio disponibile e, per estrarre 1 ton di U-235, bisogna utilizzare (con operazioni molto costose ed energivore) 200 tons di Uranio naturale il quale è presente sulla crosta terrestre in percentuali di 4 parti per milione e negli oceani di 3 parti per miliardo.

Le cose si complicano ulteriormente e diventano anche molto più noiose...la fisica nucleare lascia il posto alle ruspe che scavano nelle miniere milioni di tonnellate di roccia onde racimolare sufficienti quantitativi di ossidi di uranio con cui nutrire i reattori. Alla fine del lungo ed inquinante ciclo produttivo i pellets di ossidi di uranio vengono disposti all'interno di tubi di leghe di zirconio. Questo metallo è estremamemente resistente alla corrosione e manifesta una scarsa predisposizione a catturare i neutroni emessi nella reazione a catena, dunque non la ostacola.  C'è però un problemino: le leghe di zirconio sopra ai 1200 °C,  a contatto con l'acqua, si ossidano in fretta. L'acqua si scinde e si libera idrogeno il quale non appena viene a contatto con l'aria esplode. E' quel che è successo a Fukushima dopo che, a causa del fallimento dei generatori Diesel seguito allo tsunami, non è più stato possibile raffreddare con acqua le barre di combustibile e quindi la temperatura delle medesime è salita.

Ancora una volta la natura ci ha offerto un materiale importante e con molti vantaggi. In determinate condizioni però quei materiali possono diventare pericolosi. La saggezza degli umani sta nel saper usare le risorse naturali con parsimonia.

Nel caso specifico qualcheduno argomenterà che l'evento terremoto + tsunami è stato eccezionale o forse che la centrale di Fukushima era vecchia. Si tratta di argomenti deboli: l'evento eccezionale può sempre riproporsi in modo ancor più eccezionale e imprevedibile.  Vedo peraltro che i due nuovi reattori in costruzione in Giappone sono anch'essi (come quelli di Fukushima) del tipo ad acqua bollente (BWR) per quanto avanzati (ABWR)...queste sono però finezze che non cambiano il nocciolo della faccenda: il margine di rischio associato a queste modalità di produzione di elettricità è troppo elevato. Ed alla riduzione del rischio si accompagna l'incremento dei costi, già straordinari.

A questo punto anche il macho pragmatico pro nucleare comincia a riflettere ed a chiedersi se il gioco valga la candela. Egli è istruito e dunque sa che 1 kg di Uranio arricchito al 3.5% ha un contenuto termico di 3900 GigaJoule mentre un litro di petrolio contiene 39 MegaJoule, centomila volte di meno...egli è intraprendente e dunque vorrebbe sfruttare quella enorme risorsa, la tentazione è grande.  L'esperienza accumulata e la storia dei fallimenti dell'industria nucleare ora però lo inducono a pensare e gli fanno capire che le leggi di natura vanno studiate e rispettate.

Dopo aver avuto la grande fortuna di poter abitare in questa biosfera dovremmo avere almeno il buon senso di non perturbarla troppo.  Tanto più che, per il semplice obiettivo di produrre energia elettrica, esistono oggi  tecnologie mature e strategie ben più intelligenti di quelle connaturate all'opzione nucleare.

Saturday, March 12, 2011

What caused Japan's massive earthquake and tsunami?

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marco saw this story on the BBC News website and thought you
should see it.

** What caused Japan's massive  tsunami? **

The earthquake which rocked Japan triggered tsunami alerts across the entire Pacific basin, including Hawaii and Peru.

< http://www.bbc.co.uk/go/em/fr/-/news/world-asia-pacific-12716432 >

** Japan's earthquake explained **

http://www.bbc.co.uk/news/world-south-asia-12712422

Tuesday, March 8, 2011

Impianti Fotovoltaici: gli Ignoranti e le Scelte Energetiche

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Giovedì 3 Marzo, giorno in cui il consiglio dei ministri approvava il decreto legislativo (DL) sulle energie rinnovabili, veniva pubblicato sul Corriere della Sera un dossier a firma del sig. Sergio Rizzo, giornalista diventato famoso per essere stato co-autore di un libro sulla casta dei politici. Ho avuto quell'articolo sotto agli occhi perchè mi è stato sottoposto, non certo perchè io compri il Corriere o spenda tempo per navigare sui siti di questi noiosi quotidiani italiani.

Il saggio del giornalista inizia con un assaggio"mentre il costo medio dell'energia in Italia si aggira sui 60-70 euro al megawattora, chi produce elettricità con il fotovoltaico intasca ancora oggi fino a 402 euro. Vi chiederete: chi paga? Ovviamente gli utenti."

Chissà come il Rizzo ha calcolato il costo medio dell'energia: ho in mano le ultime bollette ENEL e, pur collocandomi nello scaglione di consumo più basso dunque  più economico, constato cifre più alte di quasi un fattore due rispetto a quelle date dal Rizzo. Ho i dati precisi per tutto il 2009:  1 megawattora mi è costato 117€ per la sola quota energia (al netto delle imposte e balzelli vari).  I suoi costi medi sono dunque una impossibilità.  Ma tralasciamo...era solo un assaggio.

Il messaggio fondamentale dell'intero saggio è che i produttori di energia fotovoltaica (FV) e rinnovabile siano dei parassiti-speculatori i quali si ingrassano a carico degli utenti e dello Stato. L'obbediente giornalista evidentemente doveva riempire mezza pagina di giornale in concomitanza con l'approvazione del DL e, pur non conoscendo l'ABC delle questioni in oggetto, si è spremuto per raccattare informazioni e dir la sua. E per mettersi in sintonia con il ministro Romani....basta arrivare in fondo all'articolo per capire.

Mi sembra qui opportuno stabilire alcune fondamentali verità e lo farò riferendomi in particolare alla componente FV delle energie rinnovabili perchè è di essa che ora maggiormente si discute:

1) gli incentivi statali finora elargiti ai produttori FV di tanti Paesi, soprattutto europei, avevano la funzione di ammortizzare nel tempo l' investimento per impianti che derivano da produzioni di alta tecnologia, impianti dunque che avevano ed hanno un certo costo.

2) Tutti gli Stati che decidano di utilizzare e distribuire nel territorio una determinata fonte energetica devono sovvenzionarla e stabilire degli incentivi che poi verranno recuperati mediante tassazione diretta o indiretta.
Poichè la politica energetica è fondamentale per l'esistenza stessa di un Paese, gli Stati hanno sempre fatto delle scelte energetiche più o meno oculate e spesso sono anche dovuti venire a patti con le corporazioni forti che si strutturavano attorno al business energetico. Si vedano ad esempio le fasi alterne nell'interazione tra governi USA e compagnie petrolifere iniziata giusto cent'anni fa: se la Standard Oil (antenata di Exxon) non riuscì a corrompere Roosevelt, la ExxonMobil ebbe invece con G.W.Bush un rapporto di intensa amicizia.

3) Quando il sig. Rizzo si alza al mattino, si rade, si lava le parti intime con l'acqua calda, fa colazione, si reca in ufficio o manda il suo articolo alla redazione del Corriere, per tutte queste cose egli fa uso diretto o indiretto di metano e petrolio che arrivano in Italia grazie a precise scelte energetiche fatte dai governi nei decenni passati. Quelle scelte hanno avuto ed hanno dei costi che vengono scaricati sulle bollette degli utenti. Le stesse infrastrutture, gasdotti ed oleodotti,  non vengono realizzate da enti di beneficenza ma son pagate dagli utenti.

4) Ora, si dà il caso che l'epoca degli idrocarburi (iniziata in Pennsylvania 152 anni fa) abbia iniziato la sua parabola discendente. Gli eventi che sconvolgono il mondo in questi giorni sono inconfutabili indicatori della necessità di trovare nuove strade. Si tratta dunque di gestire la transizione all'era, già iniziata, dell'energia solare. E anche quella eolica è una forma di energia solare. Piaccia o non piaccia, non ci sono alternative.

5) E' evidente che, appena si crea un giro di affari e quattrini, ci saranno sempre dei truffatori pronti ad inserirsi nel business. Ma quando, nel 2004, la Shell fu scoperta a truffare azionisti e consumatori mediante stime subdolamente gonfiate delle sue risorse petrolifere, essa fu condannata a pagar penali per US$ 150 milioni  alle commissioni di vigilanza sulle Borse USA e di Gran Bretagna. Non per questo però USA e Gran Bretagna smisero di usare il petrolio nè di finanziare attività petrolifere. Analogamente si devono colpire i furbetti e i mafiosi  che speculano sugli incentivi alle fonti rinnovabili italiane ma non per questo si dovrà rinunciare a sostenere un settore produttivo fondamentale.

Io fui tra i primi ad installare 5 anni fa un piccolo impianto FV nell'ambito del primo Conto Energia (darò  prossimamente alcuni dati e informazioni al riguardo) ma di certo non lo feci per guadagnarci. A tutt'oggi ho recuperato una frazione della spesa iniziale e, se solo dovessi monetizzare il tempo dedicato a gestire l'intera faccenda, l'investimento si rivelerebbe assurdo. Invece ritengo di aver fatto comunque una scelta giusta.
Ritengo anche che gli impianti solari, FV e termici, devano avere dimensioni medio-piccole e siano consistenti con un sistema elettrico fatto da una rete astuta di tanti produttori e consumatori che, innanzitutto, abbiano interiorizzato il principio dell'efficienza energetica.  Non ha infatti senso continuare ad installare nuova potenza elettrica, sia essa rinnovabile o non, se non si eliminano gli sprechi sia in fase di produzione e distribuzione che in fase di consumo. Se il secchio è bucato è inutile continuare a versarvi acqua.

E qui vengo ad un altra questione maldestramente sollevata dal Rizzo: egli informa che negli ultimi quattro anni sono state presentate domande di impianti alternativi per 130 mila Megawatt, a fronte di una potenza elettrica installata, nel corso dell'ultimo secolo, di 105 mila Megawatt.
La frase è vaga e sconclusionata come tutto il saggio del nostro. I numeri bisogna saperli dare ed interpretare. Si deve sapere, il giornalista non sa,  che 1 MegaWatt (MW)  di potenza solare produce, in termini di energia, 5 o 6 volte di meno di quel che produce 1 MW di potenza da idrocarburi. Dunque, se si dovessero davvero sostituire con potenza solare i circa 100 GigaWatt (GW) di potenza installati finora beh, per avere la stessa energia, servirebbero 500 o 600 GigaWatt di nuovi impianti solari e non solo 130 GW !

1GW = 1000 MW

Insomma quella che sembrava al buon Sergio una quantità enorme potrebbe essere una quantità piccola qualora l'intera potenza elettrica convenzionale dovesse essere rimpiazzata da potenza energetica di fonte fotovoltaica ( naturalmente sto considerando un caso limite chè la potenza elettrica totale dovrà invece essere formata da un mix di fonti diverse) .

Il  giornalista non ha studiato, ergo non sa che l'energia che ci arriva dal sole è tanta ma è diluita e il fattore di diluizione fotochimica dipende dall'inverso del quadrato della distanza terra-sole. La questione fotovoltaica è tutta qui ed è per questo che gli incentivi diventano necessari nella fase di transizione storica...escludo però che il Rizzo sia in grado di cogliere il significato di queste frasi.

In sintesi: le questioni complesse vanno gestite da chi ha competenze specifiche. La casta dei politici e la casta degli idioti dovrebbero occuparsi delle loro banali  beghe quotidiane. Capiamo anche come mai Corriere della Sera e simili continuino a perdere lettori mentre alcuni blogs continuino a guadagnarne.