Nucleare alternativo
Avvocato Atomico
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Dieci cose che non sapevi si potessero fare con dei reattori nucleari
Oggi parliamo dei settori diversi dalla produzione di elettricità in cui l'energia nucleare può venire impiegata con successo: alcuni di essi sono assolutamente critici per lo sviluppo umano a basso impatto ambientale.
- Produzione di idrogeno combustibile. Abbiamo parlato la settimana scorsa di come l'idrogeno sia per molti versi il combustibile perfetto: è l'elemento più abbondante dell'universo, la sua reazione con l'ossigeno è estremamente esotermica e l'unico prodotto residuale è il vapore acqueo. Tuttavia per ottenere idrogeno puro occorre separarlo dagli elementi a cui si lega in natura, e le reazioni chimiche che si utilizzano a questo scopo sono tutte endotermiche (richiedono energia). Esistono processi per produrre l'idrogeno che utilizzano energia elettrica (come l'elettrolisi) e altri che utilizzano energia termica (come la pirolisi), e i reattori nucleari incidentalmente generano entrambi i tipi di energia; in particolare, la produzione di idrogeno combustibile potrebbe essere un modo di riciclare il calore di scarto dei reattori, che in questo modo diventerebbero dei perfetti impianti di co-generazione, con un'efficienza paragonabile a quella delle centrali a turbogas.
- Produzione di radioisotopi per la medicina. In medicina gli elementi radioattivi si utilizzano principalmente in due ambiti: le terapie radiometaboliche (o, più semplicemente, radioterapie), in cui si utilizzano le radiazioni emesse da determinati elementi per distruggere cellule tumorali o per bloccarne la riproduzione, e la radiodiagnostica, che utilizza l'emissione di radiazioni di un farmaco iniettato in un tessuto per ottenere un'immagine di quel tessuto.
Molti degli isotopi che vengono utilizzati nella medicina nucleare sono prodotti residuali della fissione dell'Uranio (come il Cesio 137 e lo Iodio 131, che possono essere usati come farmaci radioterapici in alcuni casi), o sono ricavabili da questi ultimi (come il Tecnezio-99m, che si ottiene a partire dal Molibdeno-99).
Sebbene esistano aziende che si occupano di produrre unicamente radiofarmaci, tramite reattori di piccola dimensione non destinati alla produzione di energia, nei paesi nucleari può capitare che siano le aziende energetiche a fornire la materia prima alle case farmaceutiche specializzate: è il caso ad esempio del Canada, le cui aziende di Nuclear Utilities sono anche estremamente attive nella ricerca sugli utilizzi medici degli isotopi radioattivi. - Propulsione navale. Questa non dovrebbe essere una novità: i vascelli nucleari esistono da decenni, anche se sono sempre stati prerogativa delle flotte militari. Le uniche navi civili a propulsione nucleare al momento sono dei vascelli rompighiaccio russi; tuttavia l'organo delle nazioni unite che disciplina la navigazione civile ha di recente aperto alla propulsione nucleare per le navi commerciali di grossa taglia. I reattori navali sono dei mostri di efficienza: non solo infatti sono in grado di mantenere in funzione per decenni le macchine di navi con stazze di decine di migliaia di tonnellate usando poche decine di kg di combustibile, ma alimentano anche tutti i sistemi di bordo e desalinizzano l'acqua di mare col calore di scarto.
- Già, la desalinizzazione dell'acqua di mare: secondo il World Economic Forum, la scarsità di acqua potrebbe essere una delle maggiori minacce alla stabilità globale nel prossimo decennio. Ad oggi si conoscono almeno 5-6 tecniche per desalinizzare l'acqua di mare utilizzando il calore di scarto di processi termoelettrici, e alcune di queste tecniche vengono già messe in atto sfruttando i combustibili fossili, ma ovviamente si tratta di una soluzione tampone, che fornisce acqua potabile creando inquinamento. Il calore di scarto di un reattore nucleare invece non sarebbe solo una soluzione carbon-free, ma sarebbe anche a basso costo (dal momento che, di nuovo, si riciclerebbe calore di scarto, e quindi l'acqua potabile sarebbe ottenuta in aggiunta alla produzione di energia elettrica). Considerate che un reattore nucleare in grado di generare 1 GW di potenza elettrica ha una potenza termica anche di 3-4 GW.
La possibilità di desalinizzare a basso costo rappresenterebbe un enorme passo avanti sia per l'agricoltura di molti paesi in via di sviluppo, sia per la lotta al riscaldamento globale (si coltiverebbe infatti in aree attualmente desertiche, riducendo il consumo di suolo forestale e dunque favorendo l'assorbimento di CO2 atmosferica): prendetevi un momento per pensare che il nucleare ci darebbe tutto questo solo sfruttando l'energia di scarto. - Teleriscaldamento. Dove l'acqua è presente, il calore di scarto di un impianto nucleare potrebbe essere efficientemente utilizzato per teleriscaldare. La città cinese di Haiyang rappresenta in questo senso un eccellente esperimento pilota: il progetto di teleriscaldamento nucleare è già partito con successo, e dovrebbe arrivare a coprire l'intera municipalità entro l'anno prossimo. Il teleriscaldamento sarebbe particolarmente efficace se la rete di generatori nucleari fosse distribuita più capillarmente, cosa che sarà resa possibile dall'avvento dei reattori modulari - progetti che vanno in questa direzione sono stati avviati dal Canada e dalla Finlandia.
- Propulsione spaziale. Non voglio dilungarmi su questo argomento, che meriterebbe un articolo a sé, ma sicuramente molti di voi già sapranno che la maggior parte delle sonde che oggi mandiamo in giro per il sistema solare sfrutta motori a radioisotopi, che hanno il vantaggio di durare molto a lungo. Tuttavia questi motori, che ricavano la loro energia da termocoppie alimentate dai decadimenti radioattivi, non sviluppano potenze molto elevate, e pertanto non sarebbero adeguati a spedire nello spazio un razzo con esseri umani a bordo. Sono però allo studio veri e propri sistemi di propulsione termonucleare, che sfrutterebbero dunque la fissione per generare la spinta necessaria al decollo. Razzi del genere potrebbero rappresentare il futuro dell'esplorazione spaziale.
- Cattura della CO₂ atmosferica. I numeri purtroppo parlano chiaro: non basterà azzerare le emissioni per fermare il riscaldamento globale, occorrerà farle diventare negative, ovvero assorbire la CO₂ atmosferica e stoccarla da qualche parte (e in parte anche riciclarla tramite idrocarburi di sintesi). La bella notizia è che i processi per farlo esistono; la brutta notizia è che sono tutti processi energivori. Dal momento che i reattori nucleari producono quantità spaventevoli di energia, si potrebbe facilmente utilizzare quella in eccesso (magari quella prodotta nelle ore notturne) per alimentare degli impianti CCS. La cattura e lo stoccaggio della CO₂ diventeranno particolarmente importanti dal 2050 in avanti - prima di allora bisogna pensare ad azzerare le emissioni.
- Produzione di batterie. Ne abbiamo già accennato qualche mese fa: alcuni elementi radioattivi possono essere utilizzati, nelle opportune condizioni, per generare energia elettrica, sfruttando gli elettroni emessi proprio dai decadimenti beta. Il prototipo allo studio al momento prevede di utilizzare dei nano-diamanti contenenti 14-C, isotopo del carbonio che si può trovare nelle scorie dei vecchi reattori moderati a grafite, ma in linea di principio lo stesso concetto si potrebbe applicare a moltissimi elementi che oggi vengono smaltiti come rifiuti nucleari. Le batterie in questione avrebbero oltretutto durate potenzialmente centenarie (basta utilizzare isotopi con tempi di dimezzamento più lunghi), al termine della loro vita utile sarebbero più ecologiche che all'inizio (la maggior parte dei radionuclidi sarebbe infatti decaduta in una forma stabile) e consentirebbero di riciclare buona parte di quei prodotti di fissione che oggi invece richiedono di essere stoccati (a differenza dell'Uranio esausto, che sappiamo già essere riciclabile in reattori veloci). Di nuovo, una tecnologia potenzialmente rivoluzionaria a partire da un prodotto di scarto.
- Disarmo nucleare. I trattati START e SORT firmati nei primi anni 2000 prevedono il graduale smantellamento di tutti gli arsenali atomici delle ex superpotenze della Guerra Fredda. La conseguenza di questo smantellamento, tuttavia, è che i paesi che erano in possesso di ordigni nucleari ora si ritrovano con quantità enormi di materiale fissile ad alto grado di arricchimento, il cui smaltimento può essere problematico. A meno naturalmente di non mescolarlo a Uranio impoverito e ricavarci del combustibile a ossidi misti (MOX) da bruciare in reattori di terza o quarta generazione: in questo modo non solo si ridurrebbe temporaneamente l'impatto ambientale (già basso, per carità) dell'estrazione dell'Uranio, ma si renderebbe anche un servizio all'umanità, liberandola dalla paura delle armi nucleari.
- Ricerca biologica. Abbiamo visto alcuni mesi fa come la radioattività del reattore 4 di Chernobyl abbia causato la comparsa di funghi radiofagi - specie particolari che si nutrono letteralmente di radiazioni. Si tratta ovviamente di una scoperta interessantissima, sia in ottica di esplorazione spaziale (colture di vegetali radiofagi potrebbero alimentare delle basi sulla luna, ad esempio), sia in ottica di radioprotezione (i funghi radiofagi potrebbero essere utilizzati come decontaminanti). Più in generale, la radioattività trova oggi molte applicazioni nella ricerca biologica: si usano ad esempio determinati radioisotopi per indurre mutazioni genetiche in alcune specie vegetali di cui si intende ottenere varietà geneticamente modificate. In Bangladesh, un OGM prodotto bombardando il DNA del riso con raggi gamma, ha permesso di triplicare il rendimento delle colture nel paese.
BONUS: Produzione di Trizio. Se davvero in futuro davvero l'umanità vorrà sfruttare la fusione nucleare per alimentarsi, occorreranno quantità importanti di Trizio, un isotopo instabile dell'idrogeno estremamente raro in natura e non facilissimo da produrre in laboratorio. Per fortuna il trizio si produce naturalmente nei reattori nucleari raffreddati ad acqua pesante, tramite assorbimento neutronico. Saranno proprio i PHWR della filiera CANDU a fornire il trizio per il progetto ITER. In seguito si spera che i reattori a fusione saranno in grado di produrre il trizio autonomamente all'interno del plasma.
Un mondo che gira ad Uranio è un mondo migliore.
U can do it!
-Luca