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Una nuova visione per i rifiuti nucleari
Quando il volo 11 dell'American Airlines volò a bassa quota lungo la valle del fiume Hudson la mattina dell'11 settembre 2001, il suo obiettivo era la torre nord del World Trade Center. Ma il suo impatto si fa ancora sentire in un gruppo di edifici che è passato circa cinque minuti prima di raggiungere la parte inferiore di Manhattan, in un complesso di reattori nucleari chiamato Indian Point a Buchanan, New York. Adiacenti ai due reattori operativi del sito ci sono due edifici pieni di barre di combustibile esaurito altamente radioattive, in pozze d'acqua profonde 12 metri e colorate di Ty-D-Bol blu dal boro aggiunto per reprimere le reazioni a catena nucleari. Il ronzio rilassante delle pompe che fanno circolare l'aria calda e umida dell'edificio e, soprattutto, mantengono l'acqua fresca, conferiscono un'atmosfera di tranquillità industriale.
Senza quell'acqua di raffreddamento, il rivestimento del carburante potrebbe surriscaldarsi, fondersi, prendere fuoco e rilasciare radiazioni. Non è chiaro se l'impatto di un Boeing 767 come il volo 11 possa drenare una delle piscine e disabilitare le pompe dell'acqua di riserva, innescando un tale incendio. Tuttavia, la minaccia del terrorismo in generale e il sorvolo del volo 11 in particolare hanno riacceso il dibattito sul perché tutto questo combustibile pericoloso sia ancora qui - anzi, perché tutto il combustibile esaurito prodotto a Indian Point in tre decenni sia ancora qui - e non a Yucca Mountain, il luogo di sepoltura del governo federale vicino a Las Vegas, dove avrebbe dovuto essere spedito a partire da sei anni fa.
Alla fine dell'estate scorsa, a Indian Point è iniziato un progetto di costruzione che consentirà di estrarre il carburante dalle piscine. Ma non andrà a Yucca. Il governo dice che Yucca non sarà pronta fino al 2010. I dirigenti dell'industria nucleare dicono che una data più probabile è tra il 2015 e mai. Quindi, invece di viaggiare in Nevada, il carburante di Indian Point viaggia per circa 100 metri, fino a una scogliera che si affaccia sul fiume Hudson. In un giorno di fine estate di quest'anno, una terna ha strappato aceri e noci neri per far posto a una piattaforma di cemento. A partire dal prossimo anno, vi sarà collocata la prima delle 72 botti in cemento e acciaio previste di sei metri di altezza, una configurazione che aggiunge capacità di stoccaggio e consente quindi alle centrali gemelle di continuare a funzionare. Sebbene forniscano una copertura contro il peggior disastro della piscina di carburante, queste botti sono solo un'altra soluzione temporanea. Il fatto che siano assolutamente necessari rappresenta il colossale fallimento dei piani e della tecnologia Yucca del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.
Tuttavia, dato che i fallimenti ingegneristici e politici vanno, questo ha un lato positivo. Il pensiero convenzionale sostiene che i problemi di Yucca debbano essere risolti rapidamente in modo che i rifiuti nucleari possano essere spazzati via in modo sicuro e permanente, nel profondo di una montagna remota. Ma ecco il colpo di scena: con le scorie nucleari, la procrastinazione può effettivamente pagare. La costruzione di campi in botte offre un'opportunità per ripensare al convenzionale. Il passaggio di diversi decenni mentre i rifiuti si trovano in botti potrebbe essere immensamente utile. Un secolo darebbe agli Stati Uniti il tempo di osservare i progressi nello stoccaggio dei rifiuti in altri paesi. Nel frattempo, il decadimento radioattivo naturale renderebbe i rifiuti più freschi e quindi più facili da gestire. Inoltre, i progressi tecnologici nel prossimo secolo potrebbero portare a migliori metodi di archiviazione a lungo termine. Se va avanti per altri 50 anni, non importa. Potrebbe andare avanti per 100 o 200 anni, e probabilmente è meglio, dice Allison Macfarlane, geologa del MIT e coeditore di un libro di prossima uscita su Yucca. Abbiamo tutto il tempo per giocarci.
Il governo ora deve accettare che il suo piano Yucca è un fallimento e che le botti sono la soluzione de facto. La botte pad di Indian Point non sarà la prima; circa due dozzine di reattori operativi li hanno già. Altri probabilmente si uniranno presto alla lista. E alcune botti - a Rowe, MA, Wiscasset, ME, Charlevoix, MI e un sito vicino a Sacramento, in California - sono orfani nucleari, essendo sopravvissuti ai loro reattori. Ogni botte ha all'incirca le dimensioni di un campo da calcio, illuminata, guardata da sensori di movimento e TV a circuito chiuso e circondata da filo spinato e guardie armate. Data la preoccupazione per la sicurezza nazionale posta dagli impianti di scorie nucleari e la necessità di proteggerli individualmente, vogliamo davvero che 60 di essi - che servono tutti i 125 reattori commerciali che siano mai stati in funzione - sorgono in tutta la nazione, molti vicino ai centri abitati? Se le botti sono la soluzione per la prossima generazione o due, dovrebbero essere messe in un posto.
Yucca è già su un terreno tenue; a luglio una corte d'appello federale ha affermato che per aprire il luogo di sepoltura in montagna, il governo avrebbe dovuto dimostrare che potrebbe contenere rifiuti per centinaia di migliaia di anni. Ampie analisi scientifiche del Dipartimento dell'Energia mostrano che non è possibile. La decisione della corte rimanda l'intera questione al Congresso degli Stati Uniti, che ora deve decidere se procedere con Yucca. Questo rappresenta un'opportunità per allineare la politica con la fisica e abbandonare il dogma Yucca-or-bust che ha dominato il dibattito per quasi 20 anni. Le botti, situate in posizione centrale, potrebbero rendere il problema dei rifiuti ad alto livello molto più facile da risolvere e aumentare anche la sicurezza nazionale molto prima.
La visione del tunnel
La fissazione federale su Yucca Mountain ora abbraccia due decenni. All'inizio degli anni '80, il governo accettò di prelevare i rifiuti da qualsiasi utility nucleare che pagasse una tariffa di un decimo di centesimo per chilowattora generato dai suoi reattori. Tutte le aziende si sono rapidamente iscritte. Ma la selezione di Yucca, 150 chilometri a nord-ovest di Las Vegas, non è mai stata guidata dalla scienza. Il sito fu scelto da quell'augusto gruppo di geologi e fisici, il Congresso degli Stati Uniti. Finora, il Dipartimento dell'Energia ha speso circa 6 miliardi di dollari per lo sviluppo, compresa la costruzione di un tunnel a forma di U di otto chilometri attraverso la montagna, in alcuni punti a quasi 300 metri sotto la superficie. Prevede di spendere almeno 50 miliardi di dollari in più per costruire dozzine di tunnel laterali, imballare i rifiuti in contenitori d'acciaio che assomigliano alla parte della cisterna di un camion di benzina, collocare i rifiuti nei tunnel e far funzionare il sito da 50 a 100 anni prima sigillandolo per l'eternità.
I problemi hanno afflitto Yucca sin dall'inizio. Nel dibattito al Senato, i sostenitori hanno sottolineato quanto sia secco. Yucca si trova infatti in quello che oggi è un deserto. Ma si scopre che il terreno è umido. Anche i circa 19 centimetri di pioggia che la montagna riceve ogni anno sono un grosso problema. Nel tempo, l'umidità può corrodere anche le migliori leghe conosciute dall'uomo. La corrosione significherebbe che l'acqua piovana che filtra attraverso il terreno potrebbe portare con sé materiali radioattivi e convogliarli ai sistemi di irrigazione e ai pozzi di acqua potabile nella regione, fornendo dosi sostanziali di radiazioni a generazioni di persone ignare.
Il caldo è un altro problema. Gli isotopi radioattivi a vita più breve nel combustibile usato, principalmente cesio-137 e stronzio-90, danno a un singolo gruppo combustibile, appena uscito dal reattore, una potenza termica pari a quella di circa 20 asciugacapelli portatili. Ecco perché ogni centrale elettrica ha un pool di stoccaggio adiacente che fa circolare l'acqua di raffreddamento. Una volta che il carburante fosse stato sotterraneo a Yucca, sarebbe stato abbastanza caldo da far bollire l'acqua sotterranea in vapore. Il vapore potrebbe corrodere i contenitori o rompere la roccia circostante, aumentando l'incertezza sulla sepoltura sicura. Spargere i rifiuti dissiperebbe il calore, ma ridurrebbe anche notevolmente la capacità di stoccaggio di Yucca. Poi c'è il problema del decadimento radioattivo. Le particelle ad alta energia possono interagire con i materiali circostanti, scomponendoli o provocando l'emissione di idrogeno, un gas che può esplodere o bruciare.
All'inizio di quest'anno, i ricercatori della Catholic University of America, assunti dallo stato del Nevada, hanno prelevato campioni del tipo di metallo che il Dipartimento dell'Energia vuole utilizzare a Yucca e li hanno messi in acqua mista ai minerali presenti nella montagna. Mentre una serie di oratori ha tenuto conferenze ai giornalisti sul motivo per cui Yucca era una cattiva idea, i ricercatori hanno fatto rosolare il metallo su un fornello. Al termine delle lezioni, i campioni si erano corrosi, alcuni fino in fondo. Quanto fedelmente l'acrobazia abbia riprodotto la chimica di Yucca Mountain è discutibile. Ma chiaramente, Yucca è soggetta a seri dubbi. Devi pensare da qualche parte nella struttura premessa dell'intera faccenda, qualcosa era terribilmente sbagliato, dice Stewart Brand, un consulente con sede a San Francisco che una volta ha consigliato al governo canadese cosa fare con i propri rifiuti.
Carburante più freddo
L'argomento contro le botti è che sono solo temporanee, non destinate a servire più a lungo di forse 100 anni, e che sono una sorta di resa, lasciando il problema dei rifiuti di questa generazione a una generazione futura da risolvere. Eppure la loro impermanenza è esattamente ciò che c'è di buono in loro. Tra un secolo, il combustibile esaurito del reattore sarà più freddo e più suscettibile di smaltimento permanente. In effetti, nel giro di pochi decenni, la potenza termica media del pacchetto di carburante sarà ridotta a due o tre asciugacapelli. Dopo 150 anni, rimarrà solo un trentaduesimo del cesio e dello stronzio. Il materiale rimanente può essere interrato più vicino senza far bollire l'acqua sotterranea. Calore ridotto significa incertezza ridotta.
Certo, il combustibile esaurito sarà tutt'altro che sicuro dopo un periodo relativamente breve. Anche dopo 100 anni, sarà ancora così radioattivo che pochi minuti di esposizione diretta saranno letali. Sono trascorse molte, molte, molte migliaia di anni prima che diventi un non importa, afferma Geoffrey Schwartz, il gestore della botte di Indian Point, di proprietà di Entergy Nuclear. Ma il combustibile esaurito diventa più benigno col passare del tempo.
Anche il carburante potrebbe essere più prezioso. Per decenni, i funzionari dell'industria e del governo hanno riconosciuto che il combustibile esaurito del reattore contiene una grande quantità di uranio inutilizzato, nonché un altro ottimo combustibile del reattore, il plutonio, che viene prodotto come sottoprodotto del funzionamento del reattore. Entrambi possono essere facilmente estratti, anche se in questo momento il prezzo del nuovo uranio è così basso e il costo di estrazione così alto che il ritrattamento del combustibile esaurito non è pratico. E il clima politico non favorisce una tecnologia che renda il potenziale combustibile per bombe – il plutonio – un oggetto del commercio internazionale. Ma le cose potrebbero essere diverse tra 100 anni. Per cominciare, lo stesso combustibile potrebbe essere riprocessato molto più facilmente, poiché i componenti potenzialmente preziosi si troveranno in una matrice di materiale non così intensamente radioattivo.
E in 100 anni, i progressi nella tecnologia di ritrattamento potrebbero rendere l'economia convincente. La tecnologia americana esistente risale alla Guerra Fredda e prevede passaggi chimici elaborati che creano grandi quantità di rifiuti liquidi. Ma esiste un'alternativa: il ritrattamento elettrometallurgico. Sebbene la ricerca sulla tecnica sia ritardata negli ultimi tempi a causa del clima economico, il concetto potrebbe essere preso più seriamente in futuro. Gli elettrodi potrebbero separare la spazzatura (gli atomi formati quando l'uranio viene diviso) dall'uranio utilizzabile (l'uranio-235 ancora disponibile per la fissione e l'uranio-238 che può essere trasformato in plutonio in un reattore), in qualcosa di simile al modo in cui i gioiellieri utilizzare l'elettrometallurgia per applicare la placcatura d'argento. I volumi di rifiuti risultanti sarebbero di gran lunga inferiori.
Forse la cosa più importante è che tra 100 anni l'offerta e la domanda di energia potrebbero essere molto diverse. Il combustibile nucleare riprocessato potrebbe diventare una parte fondamentale dell'approvvigionamento energetico, se il mondo ha esaurito il petrolio a buon mercato e decidiamo che bruciare carbone è troppo dannoso per la nostra atmosfera. Se ciò accade, potremmo avere 1.000 reattori nucleari. D'altra parte, potremmo non avere reattori, a seconda dell'andamento di fonti energetiche alternative come solare ed eolica. A questo punto, è difficile da dire, ma non siamo tenuti a prendere la decisione ora; possiamo mettere il combustibile esaurito in botti per 50 anni e poi decidere se è grano o pula.
C'è un'ultima ragione più pratica per cui potremmo scegliere di togliere il plutonio dal combustibile esaurito per l'uso nei reattori: rende il resto più facile da immagazzinare. Per la maggior parte, ciò che rimane non sarà radioattivo per quasi lo stesso tempo e il volume totale di materiale sarà inferiore. Mark Deinert, un fisico della Cornell University, afferma che il ritrattamento, come il riciclaggio, rimuove circa la metà del materiale dai rifiuti, riducendo drasticamente i costi di stoccaggio e raddoppiando efficacemente la capacità di una struttura come Yucca.
Scommettere su uno spazio di archiviazione migliore
Sebbene le scorie nucleari sarebbero più facili da gestire in 50 o 100 anni, richiederebbero comunque l'isolamento per diverse centinaia di migliaia di anni. Ma ci sono tutte le ragioni per aspettarsi che la tecnologia di archiviazione migliorerà nel prossimo secolo. Quando decidiamo di smaltire in modo permanente i rifiuti, dopo il ritrattamento o senza ritrattamento, potremmo essere più intelligenti in metallurgia, geologia e geochimica di quanto lo siamo ora.
Oggi, la tecnologia di base di Yucca è un materiale in acciaio inossidabile chiamato lega 22, ricoperto da un ombrello di titanio, uno scudo antigoccia contro l'acqua che filtra attraverso il tetto del tunnel. Potrebbe sembrare primitivo tra 100 anni come ci sembra il Flyer del 1903 dei fratelli Wright nel 2004. O potrebbe semplicemente essere obsoleto. La tecnologia di lancio spaziale potrebbe diventare affidabile quanto lo sono oggi gli aerei a reazione, offrendoci un modo quasi infallibile per gettare i rifiuti nell'orbita solare. I misteri della geochimica potrebbero essere tanto trasparenti quanto il codice genetico umano sta diventando, il che significherebbe che potremmo dire con sicurezza che tipo di imballaggio manterrebbe i rifiuti racchiusi per le prossime centinaia di migliaia di anni.
Oppure potrebbero esserci modi più semplici per elaborare i rifiuti. Ad esempio, gli acceleratori di particelle, utilizzati abitualmente per produrre isotopi medici, potrebbero fornire un mezzo per rendere i rifiuti più benigni. Il principio è già stato dimostrato sperimentalmente: sparare particelle subatomiche su scorie radioattive ad alto livello può trasformare materiali radioattivi di lunga durata in materiali radioattivi di breve durata. Richard A. Meserve, un ex presidente della Commissione di regolamentazione nucleare degli Stati Uniti e ora presidente di un panel della National Academy of Sciences sui rifiuti nucleari, afferma che questa tecnologia, nota come trasmutazione, potrebbe diventare più pratica tra 100 anni. La tecnologia degli acceleratori è avanzata negli ultimi anni, dice, ed è una buona scommessa che continuerà a farlo.
Alcune tecnologie di archiviazione alternative potrebbero richiedere solo qualche anno in più di ricerca e sviluppo. Uno è l'imballaggio in ceramica. Le ceramiche hanno una buona resistenza alle radiazioni e al calore e non arrugginiscono. Al momento, nessuno lancia ceramiche abbastanza grandi da contenere gruppi di combustibili, che in genere sono lunghi circa quattro metri. Ma non c'è limite teorico alle dimensioni della ceramica; semplicemente non c'è stato alcun incentivo economico a farne di giganti. Né ci sarà, fino a quando l'unico probabile cliente per loro, il dipartimento dell'energia, deciderà che il metallo che sta acquistando ora non è all'altezza del lavoro.
Un'altra alternativa prevede la miscelazione dei rifiuti con ceramiche o minerali per formare un materiale simile alla roccia comprendente circa il 20 percento di rifiuti. I rifiuti sarebbero legati chimicamente in materiali stabili che non sono inclini a reagire con l'acqua. Con qualche decennio di grazia, gli ingegneri potrebbero costruire campioni e testarli in ambienti difficili. Ma anche se l'idea è in circolazione da più di 10 anni, nessuno ha investito seriamente nella ricerca, dal momento che il suo unico possibile cliente americano, l'Energy Department, è stato impegnato in Yucca.
Quella situazione non mostra alcun segno di cambiamento. Il Dipartimento dell'Energia, seguendo gli ordini del Congresso, ha finora rifiutato di prendere in considerazione alternative. Man-Sung Yim, ricercatore nucleare presso la North Carolina State University di Raleigh, sostiene che alcune di queste tecnologie sono già mature, ma sono state messe da parte nella fretta, forse inutile, del Dipartimento dell'Energia di aprire Yucca. La mia lettura a questo punto è che le persone che lavorano presso l'ufficio del progetto Yucca Mountain non vogliono davvero cambiare il design. Più cambiamenti apporti, più ritardi sono i processi, afferma Yim. È un peccato, perché potremmo migliorarlo.
Incastonatura centrale
Ma la ricerca della soluzione perfetta (supponendo che lo smaltimento geologico profondo possa essere perfezionato) ha ignorato una soluzione realistica. E quando il perfetto fallirà, come ora sembra probabile, rimarremo con qualcosa che nessuna persona razionale avrebbe scelto: siti di rifiuti sparsi da costa a costa, nei luoghi dove un tempo c'erano i reattori, ognuno con le proprie forze di sicurezza, personale di manutenzione, e zona di esclusione. Siamo qui per gestire un'attività nel modo più efficiente possibile, afferma John Sanchez, il project manager che ha supervisionato la pianificazione del pad a Indian Point quando lavorava presso Consolidated Edison, l'ex proprietario del sito. In un mondo perfetto, non avresti 60 di niente, se potessi averne uno. Ma dopo 20 anni di ricerca dello smaltimento geologico e 15 anni di caccia a Yucca ed evitando qualsiasi menzione di un piano B, sta emergendo proprio una soluzione ad hoc e subottimale.
E sta emergendo senza il supporto del Dipartimento dell'Energia. Testimoniando davanti alla commissione per l'energia del Senato durante l'estate, Kyle McSlarrow, vicesegretario del dipartimento per l'energia, ha affermato che è assolutamente essenziale continuare a compiere progressi verso la creazione di un deposito di rifiuti di alto livello nel sito di Yucca Mountain. Lo stesso giorno ha detto a un altro comitato che con i progressi verso l'apertura di Yucca, l'industria ha visto chiaramente che l'opzione dell'energia nucleare era davvero tornata sul tavolo. (Il dipartimento non renderebbe McSlarrow o altri funzionari disponibili per commenti per questo articolo.)
Lo stoccaggio delle botti non è bello, ma cosa c'è di sbagliato nell'idea di un deposito industriale, pochi ettari riservati per il prossimo secolo o giù di lì, un unico luogo custodito in un'area poco popolata, un luogo che tra dieci anni o giù di lì essere notevole solo perché è un posto dove la neve non si attacca? Macfarlane del MIT afferma che rendere tale sito sicuro e a prova di terrorismo costerebbe al massimo 6,5 miliardi di dollari. Non ne vale la pena? Quanto abbiamo speso per l'Iraq? Guarda cosa abbiamo ottenuto per quei soldi. E qui c'è di più a rischio, dice.
Trovare un sito centrale pone ovvie sfide; nessuno vuole alcun tipo di discarica radioattiva nel proprio giardino. Ma dopo lunghe trattative, un gruppo di ingegneri di servizi pubblici, tra cui Sanchez, ha stretto un accordo con la banda della Skull Valley della tribù indiana Goshute per un lungo contratto di locazione su una parte della sua riserva a 80 chilometri a ovest di Salt Lake City. L'area ospita già un poligono di bombardamento dell'aviazione, un deposito di gas nervino e un inceneritore e una discarica per rifiuti radioattivi a bassa attività; i Goshute pensano di poter usare l'affitto per comprarsi un terreno in un quartiere più carino.
Alcuni esperti pensano che il governo federale potrebbe rilevare il progetto Goshute e portarlo a termine, ma c'è un intoppo, ironico, visti i timori di un attacco in stile 11 settembre a un sito nucleare. La Commissione per la regolamentazione nucleare ha stabilito che lo schianto di un F-16 contro le botti durante il tragitto da o verso il sito di test è un incidente credibile. Ma mentre un tale incidente sarebbe senza dubbio disastroso, le botti offrono alcuni vantaggi in termini di sicurezza rispetto alle odierne piscine di carburante. Il combustibile nelle botti è molto più sparso e non necessita di un flusso d'acqua di raffreddamento per evitare incendi spontanei e propagantisi. Quindi gli effetti nel caso peggiore sono più limitati. In ogni caso, un sito centrale remoto sarebbe più facile da proteggere con le difese aeree rispetto a numerosi siti sparsi.
Quei siti sparsi stanno già creando problemi locali. Le botti dell'ex reattore di Wiscasset, ME, stanno bloccando la riqualificazione della penisola dove sono immagazzinate, un prezioso sito industriale. Un sito di botti vicino alla centrale nucleare di Prairie Island a Welch, nel Minnesota, è adiacente a un asilo nido tribale e a un casinò, che nessuno ha idea di una soluzione a lungo termine. Inevitabilmente, sulla scia dell'11 settembre, le botti di Indian Point saranno un luogo di paura. Questi risultati sembreranno ancora più stupidi tra 30 anni, quando molti dei reattori che hanno prodotto i rifiuti saranno scomparsi.
Sanchez ricorda di aver portato un pranzo al sacco al boschetto di aceri e noci neri ora sostituiti con un blocco di cemento per lo stoccaggio delle scorie nucleari. Con il passare degli anni, sempre meno persone sapranno dell'esistenza di quegli alberi. Tra diversi decenni, quando le vecchie centrali nucleari di oggi verranno dismesse, le persone potrebbero non ricordare che i reattori stessi sono esistiti. Se non agiamo presto, tuttavia, i barili di rifiuti rimarranno da soli su quella scogliera sopra il fiume Hudson e in dozzine di altri luoghi in tutto il paese.