La migliore opzione nucleare

Immagina un'industria nucleare in grado di alimentare l'America per decenni utilizzando i propri rifiuti radioattivi, bruciando le parti dei rifiuti dei reattori di oggi che sono le più difficili da smaltire. Aggiungi la tecnologia che prende la pula nucleare, l'uranio che è stato estratto e lavorato ma era per lo più inutilizzabile e lo converte in ulteriore combustibile. Quindi aggiungi un modello di business globale che renda molto meno probabile che i sottoprodotti dei reattori come il plutonio trovino la loro strada nelle armi nucleari in paesi come l'Iran, anche se la tecnologia economica dell'energia nucleare diventa disponibile per il mondo intero.

Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti sta promuovendo tecnologie di riciclaggio dei rifiuti all'avanguardia che richiedono nuovi progetti di reattori. Ma i progetti convenzionali aggiornati come il reattore ad acqua bollente semplificato di GE (mostrato qui) sono pronti oggi. (Credito: Bryan Christie)

Questa è l'affascinante tripletta che l'amministrazione Bush spera di realizzare con la Global Nuclear Energy Partnership (GNEP) presentata all'inizio di quest'anno, un programma di ricerca e sviluppo a lungo termine proposto quasi quanto il Progetto Manhattan. I concetti di base del ritrattamento del carburante al suo centro sono stati in vigore per la parte migliore di mezzo secolo. Ora vengono nuovamente pubblicizzati come un modo per fornire abbondante carburante privo di carbonio per un mondo affamato di energia minacciato dal cambiamento climatico indotto dall'uomo.

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2006

• Vedi il resto del problema
• sottoscrivi

Secondo il piano, per il quale l'amministrazione ha chiesto 250 milioni di dollari per l'anno fiscale che inizia il 1 ottobre, gli Stati Uniti e alcuni paesi partner trasformeranno il combustibile nucleare esaurito utilizzando nuove tecniche che ne trasformerebbero una parte in altro combustibile e ridurrebbero al minimo la quantità da smaltire. . Gli Stati Uniti e i suoi partner affitterebbero anche il combustibile dei reattori ad altri paesi, che poi restituirebbero il combustibile esaurito per il riprocessamento.

La tecnologia potrebbe sfruttare l'uranio in modo molto più efficiente: Phillip J. Finck, direttore associato presso l'Argonne National Laboratory vicino a Chicago, afferma che potrebbe estrarre dall'uranio fino a 100 volte più energia di quanta ne sia possibile ora. Con i rifiuti ora accumulati nei reattori negli Stati Uniti, secondo la teoria, il GNEP potrebbe produrre tutta l'elettricità di cui il paese avrà bisogno per decenni, forse anche secoli, supponendo che si possano costruire abbastanza dei nuovi reattori necessari. Ciò eliminerebbe circa un terzo di tutte le emissioni di anidride carbonica degli Stati Uniti (più o meno la parte che oggi proviene dalle centrali elettriche a combustibili fossili). Tutto questo riducendo gli sprechi e contrastando il dirottamento del carburante verso le armi nucleari.

Multimedia

• Video: gli scienziati parlano della minaccia del riscaldamento globale e di come affrontarla.

In pratica, però, nel migliore dei casi il GNEP impiegherebbe decenni per svilupparsi, e nel peggiore potrebbe non produrre nulla; potrebbe rivelarsi un fallimento per motivi tecnici, o la tecnologia potrebbe essere economicamente non competitiva con altre fonti di elettricità prive di carbonio. E il programma potrebbe minare un obiettivo più modesto e realizzabile: rianimare un'industria nucleare che non ha avviato un progetto di reattore di successo dal 1974.

Oggi, un pubblico un tempo diffidente nei confronti dell'energia nucleare si è aperto ad essa come possibile risposta al riscaldamento globale. Nuovi progetti di reattori simili a quelli utilizzati nella flotta commerciale odierna, ma considerati più sicuri ed efficienti, sono già stati approvati o in fase di revisione da parte della Commissione di regolamentazione nucleare degli Stati Uniti. Le utility sono in varie fasi di pianificazione di almeno 16 di questi reattori (vedi Mescolamenti di Rinnovamento grafico ) e potrà presentare domanda all'NRC già alla fine del prossimo anno.

Tali reattori sono l'alternativa più promettente a breve termine alle centrali a carbone convenzionali aggiuntive che producono quantità prodigiose di anidride carbonica. Ma non è chiaro quando o se saranno costruiti. Se deve succedere, l'industria deve persuadere gli investitori a fare un grande salto. Ciò significa convincerli che gli impianti competeranno finanziariamente con altre fonti intrinsecamente a basse emissioni di carbonio, come le turbine eoliche o con gli impianti a carbone che sequestrano il loro biossido di carbonio, una tecnologia che potrebbe essere realizzabile ma non è stata ancora dimostrata (vedi Lo sporco segreto) . Secondo l'Electric Power Research Institute (EPRI), un'organizzazione di ricerca senza scopo di lucro con sede a Palo Alto, in California, i cui membri includono proprietari di centrali nucleari e a carbone, i progetti di reattori a breve termine potrebbero essere a malapena più economici della tecnologia di sequestro. E se gli Stati Uniti non pongono limiti alle emissioni di carbonio, l'energia nucleare dovrà continuare a competere con le centrali a carbone convenzionali.

Nel frattempo, l'industria sta ancora aspettando una soluzione al suo principale problema a breve termine: cosa fare con i rifiuti che si accumulano negli impianti nucleari esistenti. Skip Bowman, presidente e CEO del Nuclear Energy Institute, il gruppo commerciale del settore, afferma che senza una rapida soluzione dei rifiuti, il tentativo di rinascita di oggi si fermerà bruscamente. Una società non può ottenere una licenza per un nuovo impianto senza un piano per i rifiuti e, a questo punto, aspettare che il Dipartimento dell'Energia apra il suo deposito di rifiuti di Yucca Mountain in Nevada, a lungo ritardato, non costituisce un piano. In questo contesto, afferma Bowman, il GNEP rappresenta un fattore di distrazione.

Alcuni accademici sono d'accordo, affermando che il Dipartimento dell'Energia deve forgiare una chiara strategia nucleare e attenersi ad essa. Andrew Kadak, ingegnere nucleare al MIT (vedi Visione nucleare offuscata del DOE) , afferma che il dipartimento ha seguito politiche a zigzag. Conta il GNEP come la quinta iniziativa nucleare negli ultimi cinque anni, citando la Nuclear Hydrogen Initiative; Nuclear Power 2010 (uno sforzo per aprire la strada a un nuovo reattore convenzionale entro quell'anno); Generazione IV (una nuova suite di tecnologie per reattori, come gli impianti raffreddati a gas oa piombo); e l'Advanced Fuel Cycle Initiative, a cui assomigliano le porzioni di GNEP.

Se il Dipartimento dell'Energia vuole ridurre le emissioni di anidride carbonica promuovendo il promesso rilancio dell'energia nucleare, dovrà sbrigarsi prima che le compagnie elettriche riempiano il mercato con centrali a carbone convenzionali che potrebbero durare 50 anni. GNEP può solo indebolire l'attenzione del dipartimento, aggiungendo costi e complessità con nuove tecnologie non sperimentate.

Reattori veloci, progressi lenti

GNEP è una visione a lunghissimo termine; la maggior parte dei 250 milioni di dollari iniziali verrebbe spesa solo per studiare come potrebbero funzionare le nuove tecnologie e quanto costerebbero. Ma il pensiero dei suoi sostenitori è che noi bisogno una visione a lunghissimo termine. Il Dipartimento dell'Energia prevede che entro la metà del secolo saranno in funzione 1.000 centrali nucleari in tutto il mondo, rispetto alle 441 di oggi. E l'attuale fornitura di uranio, sostengono i sostenitori del GNEP, non alimenterà così tanti reattori.

L'entità della fornitura di uranio è infatti sconosciuta, perché l'uranio ha attraversato un lungo periodo di prezzi depressi, e ultimamente non molte persone lo hanno cercato. Secondo fonti del settore, si sa che esistono circa 3 milioni di tonnellate, ma potrebbero essercene altri 12 milioni circa. (Uno studio del MIT nel 2003 prevedeva che era ancora disponibile abbastanza uranio per costruire 1.000 reattori e farli funzionare per 40 anni.) Nella misura in cui potremmo aver bisogno di estendere questa risorsa, tuttavia, il GNEP offre un modo - almeno sulla carta - per recuperare grandi quantità di energia aggiuntiva da esso.

I reattori esistenti generano energia attraverso una reazione a catena che inizia quando un neutrone libero colpisce un atomo di U-235, un isotopo dell'uranio, e ne divide il nucleo. L'atomo diviso emette due o tre neutroni; di solito, uno divide un altro atomo di U-235 e altri vengono assorbiti dagli atomi di un altro isotopo di uranio, l'U-238, per formare il plutonio-239 e altri elementi transuranici (quelli oltre l'uranio nella tavola periodica). Questi transuranici, insieme ai prodotti di fissione come gli isotopi di cesio, sono tra i componenti delle scorie nucleari.

Il problema è che l'U-235 è un isotopo relativamente raro; l'uranio naturale è costituito da circa una parte di U-235 a 142 parti di U-238, che non è facilmente scindibile. L'uranio utilizzato per i reattori è arricchito in modo che l'U-235 si trovi a una concentrazione di una parte su 20. Il GNEP utilizzerebbe l'uranio in modo più efficiente bruciando i transuranici dal combustibile esaurito, dopo che sono stati separati dagli altri sottoprodotti mediante il ritrattamento. Potrebbe anche sfruttare parte dell'U-238. La chiave sarebbe sviluppare una nuova generazione di reattori, chiamati reattori veloci.

I reattori raffreddati ad acqua, come quasi tutti i reattori odierni, rallentano considerevolmente i neutroni dopo che sono stati rilasciati dalla reazione a catena. Ma i reattori proposti dal GNEP no; avrebbero usato un materiale diverso, probabilmente metallo fuso, per dissipare il calore. (Sfortunatamente, il metallo preferito per questo scopo - il sodio - brucia a contatto con l'acqua o l'aria.) Come una palla da biliardo lanciata da una stecca più potente, i neutroni avrebbero un pugno più grande, abbastanza da dividere parte dell'U-238 come così come gli isotopi transuranici.

I transuranici sono tra i materiali più longevi nel flusso dei rifiuti, e quindi tra i più difficili da smaltire. Questo è ciò che rende il GNEP così attraente non solo come soluzione per il cambiamento climatico, ma anche come soluzione per i rifiuti. Finck afferma che in teoria ridurrebbe il calore e la tossicità di ciò che oggi è considerato un rifiuto abbastanza da far durare Yucca Mountain per questo secolo, invece di essere completamente prenotato prima che il primo pacco di carburante venga seppellito.

I pionieri dell'energia nucleare nell'industria e nel governo hanno sempre pensato che il carburante sarebbe stato riprocessato per recuperare il plutonio per il riutilizzo. Tale rielaborazione è il modo in cui il Progetto Manhattan ha raccolto il plutonio per la bomba che ha distrutto Nagasaki. (La bomba di Hiroshima usava uranio arricchito.) WR Grace aprì un centro di ritrattamento a West Valley, New York, nel 1965 e in seguito lo vendette a Getty Oil. L'impianto ha funzionato fino al 1972 e la bonifica è costata più di 1,6 miliardi di dollari. Anche la General Electric tentò di costruire un impianto a Morris, Illinois, ma fu ritenuto inutilizzabile nel 1974. Poi il presidente Carter bandì la tecnologia a causa di problemi di proliferazione.

Il GNEP riporterebbe queste idee dalla tomba in una forma molto più ambiziosa che solleva ancora una volta tali preoccupazioni. Una preoccupazione è il modo in cui il materiale utilizzabile per la bomba verrebbe estratto dal carburante usato. I sostenitori affermano che il GNEP ridurrebbe il rischio di proliferazione, perché a differenza delle vecchie tecniche di ritrattamento, ancora utilizzate in alcuni paesi, le nuove non produrrebbero plutonio puro. Ma oggi otto chilogrammi di plutonio – la quantità necessaria per fabbricare una bomba – sono incorporati in circa una tonnellata di rifiuti altamente radioattivi; nel nuovo sistema sarebbe diluito solo con una piccola quantità di altri materiali. I governi o i terroristi troverebbero molto più facile rubare il materiale separato ed estrarre il plutonio, dicono i critici, piuttosto che recuperare il plutonio dal combustibile nucleare esaurito di oggi.

Il segretario all'Energia Samuel Bodman, discutendo del GNEP, ha promesso che avrebbe risposto alle sfide del terrorismo globale. L'idea è di rendere il ciclo del carburante a prova di bambino: paesi come l'Iran potrebbero affittare carburante arricchito a livelli di reattore – 5% U-235 – ma non a livelli di bombe, in genere superiori al 90% di U-235. Avrebbero inviato il loro combustibile esaurito in paesi più sicuri per il ritrattamento e un secondo giro all'interno dei reattori avanzati. Questi reattori, che brucerebbero molti degli elementi prodotti nei reattori più semplici, sarebbero situati in luoghi stabili come l'Indiana o la Florida, o in paesi che già dispongono di armi nucleari.

La partnership risultante renderebbe la politica americana sulla tecnologia nucleare più simile a quella di Russia e Francia, che già separano il plutonio. I sostenitori citano questo come un ulteriore vantaggio di un programma che, afferma Finck, fornirà agli Stati Uniti una fonte di energia a lungo termine, conveniente, priva di emissioni di carbonio e a basso impatto ambientale.

Il miraggio GNEP

Ma il GNEP potrebbe essere un miraggio. Per prima cosa, gli sponsor non hanno quasi idea di quanto costerebbe; i 250 milioni di dollari proposti dall'amministrazione Bush sono per un programma che spera di capirlo. I sostenitori del GNEP affermano che la loro tecnologia amplierà la fornitura di combustibile nucleare abbastanza da ridurre le emissioni di carbonio praticamente per sempre e ci consentirà di evitare lo spettro della scelta tra il riscaldamento globale e l'energia a prezzi molto elevati. Sembrerebbe, tuttavia, che risparmiare denaro sul combustibile nucleare possa essere pratico solo se il prezzo non è un obiettivo.

Richard L. Garwin, un collega emerito dell'IBM e coautore di sette libri sulle armi nucleari e sull'energia nucleare, stima che gli impianti di ritrattamento esistenti come quello che opera in Francia riforniscano i reattori di plutonio a un prezzo di circa 1.000 dollari per chilogrammo di uranio risparmiato. Ma il prezzo di mercato dell'uranio, sottolinea, è di circa 100 dollari al chilogrammo, e potrebbe raggiungere un picco temporaneo.

Il carburante è solo una parte del costo dell'energia nucleare e Finck afferma che il ritrattamento del carburante e il suo riutilizzo in reattori veloci aggiungerebbe solo il 10% circa ai costi complessivi dell'energia. Ma non è chiaro da dove provenga anche quel modesto incremento. Frank N. von Hippel, fisico ed esperto di politiche presso la Woodrow Wilson School of Public and International Affairs dell'Università di Princeton, osserva che gli Stati Uniti si erano proposti di costruire un reattore veloce negli anni '70, ma hanno abbandonato lo sforzo nel 1983 dopo che Francia, Germania e il Regno Unito li ha costruiti e poi li ha abbandonati in quanto troppo costosi e difficili. E una volta costruiti i reattori veloci, il sistema previsto dal GNEP potrebbe richiedere fino a uno dei nuovi e costosi reattori ogni tre reattori ordinari, secondo gli sponsor, a seconda dell'efficacia dei nuovi reattori. Garwin dice dei reattori veloci, Non c'è alcuna concezione di queste cose che si fanno strada economicamente.

Spero che avremo più reattori; Certamente spero che il mondo ne abbia di più, dice Garwin, riferendosi ai tipi che operano commercialmente oggi. Ma ciò accadrà solo se sembrerà economicamente redditizio per l'industria privata entrare in quest'area. E in questo momento un sacco di soldi intelligenti, alcuni dei quali incanalati attraverso il Dipartimento dell'Energia, stanno andando non solo nell'energia nucleare convenzionale, ma anche in altre fonti di energia prive di carbonio, come l'eolico, il solare e il carbone con il sequestro dell'anidride carbonica.

L'EPRI ha recentemente analizzato i prezzi delle fonti di elettricità a zero emissioni di carbonio e ha scoperto che se, come sostengono i produttori, si potessero costruire nuovi reattori per 1.700 dollari per kilowatt di capacità (meno del costo negli anni '80, anche prima dell'adeguamento all'inflazione), produrrebbero elettricità a circa $49 per megawattora. Sebbene si tratti di circa due terzi del prezzo della biomassa e della metà del prezzo dell'eolico, altre tecnologie sul tavolo da disegno potrebbero fare il lavoro per molto poco di più. Per circa 55 dollari per megawattora, ha scoperto l'EPRI, il carbone potrebbe essere gassificato e bruciato e l'anidride carbonica sequestrata. Le centrali elettriche alimentate a carbone gassificato non sono ancora state commercializzate, ma potrebbero essere costruite centrali convenzionali a carbone polverizzato che sequestrerebbero il loro biossido di carbonio e produrrebbero energia a circa $ 65 per megawattora. Queste tecnologie sono percepite dagli investitori come un rischio inferiore e gli Stati Uniti hanno centinaia di anni di carbone.

In pochi anni, o in pochi decenni, le tasse sul carbonio potrebbero essere universali nel mondo industriale, una guerra nel Golfo Persico potrebbe far raddoppiare o triplicare il prezzo del petrolio e la domanda di elettricità potrebbe aumentare, soprattutto se qualcuno avesse trovato una soluzione migliore. batteria che potrebbe essere prodotta in serie per le auto elettriche. Ma anche se tutte queste cose spingessero il mondo verso l'energia a zero emissioni di carbonio, cercheremmo comunque l'energia a zero emissioni che costa meno. Questa potrebbe essere l'energia nucleare, secondo l'EPRI. Ma Steve Specker, il presidente dell'EPRI, si aspetta una corsa di cavalli tra diverse tecnologie del carbone a zero emissioni di carbonio.

Giocare con la Proliferazione

Oltre al problema dei costi, il GNEP potrebbe invertire una strategia di successo contro la proliferazione, affermano una varietà di scienziati, incluso von Hippel di Princeton. Sostiene che il ritrattamento del combustibile nucleare esaurito crea un rischio troppo grande, anche se il plutonio viene mescolato con piccole quantità di altri materiali che non costituiscono un buon combustibile per bombe. Non solo il plutonio del combustibile esaurito potrebbe cadere nelle mani sbagliate, affermano gli oppositori, ma il ritrattamento negli Stati Uniti potrebbe incoraggiare altri paesi a ritrattare i rifiuti nucleari da soli, rendendo disponibili i propri sottoprodotti per le armi.

Dato che gli Stati Uniti hanno rinunciato al ritrattamento a metà degli anni '70 proprio per questo motivo, von Hippel trova inquietante che ora, con il GNEP, il paese possa abbracciarlo ancora una volta. Gli Stati Uniti hanno avuto un successo straordinario per 30 anni nell'opporsi alla diffusione del ritrattamento negli stati non armati sostenendo l'argomento 'Noi non riprocessiamo; non è necessario neanche tu', dice. Questo fa parte della logica dello studio del MIT del 2003, The Future of Nuclear Power, che ha concluso che il ritrattamento perseguito da Francia, Russia e Giappone non offriva garanzie sufficienti contro la proliferazione. Ha inoltre concluso che la prospettiva di una carenza di uranio non sarebbe un motivo per passare al ritrattamento negli Stati Uniti per molti anni a venire.

È facile capire perché la comunità di ricerca è entusiasta del GNEP. Rappresenta un'enorme fonte di fondi. È un gioco da ragazzi per il mondo in via di industrializzazione, specialmente per i burocrati che vorrebbero riscattare le previsioni, fatte dai loro predecessori degli anni '50, di un potere troppo economico per essere misurato. Ma il GNEP non è rilevante per un rilancio dell'energia nucleare. I servizi pubblici hanno abbandonato più di 100 progetti di reattori negli anni '70 e '80 e solo ora, spinti dagli alti prezzi dei combustibili fossili e da un cambiamento nell'atteggiamento del pubblico, stanno pensando di riprovarci. Un sofisticato ciclo del carburante destinato a supportare un'industria commerciale in rapida crescita è inutile se non esiste un'industria commerciale. Ciò di cui ha bisogno l'energia nucleare è di mettersi in funzione presto, soppiantando le fonti che emettono anidride carbonica in modo economico e noioso. Senza quello, niente seguirà.

Matthew L. Wald, un giornalista dell'ufficio di Washington del New York Times , scrive da 27 anni sull'industria nucleare.

nascondere