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A lezione da Kirk Sorensen:
Può il Torio mettere fine alla crisi energetica?
(Trascrizione dalla presentazione di Kirk Sorensen al TEDx YYC)
Quasi ciascuno di noi nel mondo fa parte di una comunità, piccola o grande, e tutte esse hanno bisogni che sono simili. Hanno bisogno di luce, calore, aria condizionata. Gli individui non funzionano bene se fa troppo caldo o troppo freddo. Hanno bisogno di alimenti coltivati o forniti, distribuiti ed immagazzinati in modo sicuro. Hanno bisogno che i rifiuti siano raccolti, rimossi e processati. La gente della comunità deve andare da un posto all’altro, il più rapidamente possibile e la fornitura di energia è la base di tutte queste attività. L’energia in forma di elettricità dà luce ed aria condizionata. L’energia in forma di calore ci riscalda. Ed in forma chimica fornisce fertilizzanti, attiva i motori delle macchine agricole e dei mezzi di trasporto. Ho passato dieci anni lavorando alla NASA, e all’inizio della mia attività là, nel 2000, ero interessato alle “Comunità”, ma quella cui pensavo era “Lunare!”. Aveva gli stessi bisogni di una Comunità sulla Terra, ma doveva sottostare a condizioni del tutto uniche e abbiamo dovuto riflettere su come fornire energia a questa particolare comunità. Non c’è carbone sulla Luna, non c’è petrolio, non c’è gas naturale, non c’è atmosfera, e quindi neanche vento e l’energia solare ha un vero problema: la Luna orbita intorno alla Terra una volta al mese e per due settimane il Sole scompare e i pannelli solari non producono energia. Se vuoi tentare di immagazzinare energia in batterie per due settimane, beh, semplicemente non è pratico. Quindi l’energia nucleare era l’unica scelta. Ma nel 2000 io non sapevo granché di energia nucleare e quindi cercai di cominciare ad imparare. Quasi tutta l’energia nucleare che utilizziamo oggi sulla Terra usa l’acqua come refrigerante di base. Questo ha qualche vantaggio, ma anche molti svantaggi. Se vuoi generare elettricità, devi scaldare l’acqua molto di più di quanto si fa normalmente. A pressioni normali l’acqua bolle a 100° C, ma questa temperatura è molto più bassa di quella necessaria per generare energia elettrica efficacemente. Quindi i reattori raffreddati con acqua devono avere pressioni molto più alte della pressione atmosferica. Alcuni reattori raffreddati con acqua devono sopportare pressioni oltre le 70 atmosfere, ed altro lavorano a circa 150 atmosfere! Non ci sono scappatoie: questo è quello che devi fare se vuoi generare elettricità usando un reattore raffreddato con acqua. E questo vuol dire che devi costruire il reattore come un recipiente a pressione, con pareti d’acciaio di 20 cm di spessore. Se vi sembrano pesanti, è perché lo sono! E va anche peggio se c’è un incidente con una perdita di pressione dentro il reattore. Se hai acqua liquida a 300° C, e improvvisamente c’è una perdita di pressione, l’acqua non resta liquida a lungo: in un baleno diventa vapore! Quindi i reattori raffreddati ad acqua devono stare dentro grandi edifici di cemento spesso chiamati “edifici di contenimento” i quali devono contenere tutto il vapore che potrebbe uscire dal reattore se ci fosse una perdita di pressione. Il vapore prende 1.000 volte lo spazio dell’acqua, quindi l’edificio di contenimento finisce con l’essere molto grande rispetto alla dimensione del reattore. Un altro guaio succede se c’è una perdita di pressione e l’acqua diventa vapore. Se non hai un refrigerante d’emergenza, il nocciolo può riscaldarsi e fondersi. Ora, i reattori che abbiamo oggi usano biossido di uranio come combustibile. E’ un materiale ceramico con una prestazione simile alle ceramiche che usiamo per fare le tazze di caffè, pentole, o mattoni per fare caminetti. Sono materiali chimicamente stabili, ma non molto buoni a trasferire calore. Quindi se perdi pressione, perdi la tua acqua, ed ecco che il tuo combustibile si fonde rilasciando i prodotti radioattivi della fissione. Fare del combustibile nucleare solido è un processo complicato e costoso, senza contare che estraiamo addirittura meno dell’1% dell’energia del combustibile prima di ritirarlo dal reattore. Reattori raffreddati ad acqua hanno ancora un’altra sfida: devono essere vicini a grandi sorgenti di acqua, perché il vapore (che muove le turbine) possa essere raffreddato e condensato per continuare il ciclo di produzione di energia elettrica. Ma non ci sono laghi o fiumi sulla Luna! Allora: se tutto questo vi suggerisce che i reattori raffreddati ad acqua non sono ideali per una Comunità Lunare, sarei propenso ad essere d’accordo con voi. Sapete, io ho avuto la fortuna di venire a conoscere un’altra forma di energia nucleare che non ha tutti questi problemi per una ragione molto semplice: non è basata su raffreddamento con acqua e non usa combustibile solido. Sorprendentemente è basata su del …. sale! Un giorno ero al lavoro nell’ufficio di un amico ed ho notato un libro in uno scaffale: “Fluid Fuel Reactors” (Reattori a combustibile fluido). Ne fui interessato e gli domandai se potevo averlo in prestito. In quel libro scoprii una ricerca negli Stati Uniti negli anni ’50 su un altro tipo di reattore che non era basato su combustibile solido o raffreddamento ad acqua. Non aveva i problemi del reattore raffreddato ad acqua, e la ragione della sua efficienza era che usava una miscela di Sali come combustibile nucleare, specificatamente i Fluoruri di Litio, Berillio, Uranio e Torio. I Sali di Fluoruro sono chimicamente molto stabili e non reagiscono con aria e acqua. Li devi scaldare a circa 400°C perché si sciolgano. Ma questo è perfetto per generare energia elettrica in un reattore nucleare. E qui arriva il bello: non devono operare ad alta pressione, e questo fa una differenza enorme. Questo significa che non devono essere rinchiusi in pesanti strutture a pressione (Pressure Vessels), non devono usare acqua come refrigerante, e non c’è nulla nel reattore che debba subire una grande modifica nella densità (come l’acqua). Quindi l’edificio di contenimento intorno al reattore può essere molto più piccolo e proporzionato. A differenza dei combustibili solidi che possono fondersi se smetti di raffreddarli, questi Sali liquidi sono già fusi ad una temperatura estremamente inferiore. In un normale funzionamento c’è un piccolo tappo congelato (Freeze Plug) sotto il reattore. Il tappo è fatto di un sale che si mantiene congelato soffiando gas freddo sull’esterno della tubatura. Se c’è emergenza e viene a mancare ogni fonte di elettricità alla centrale, il raffreddamento del tappo si interrompe, il tappo si scioglie, e il sale di fluoruro liquido drena dal reattore attraverso il tubo che lo porta alla vasca di scolo (drain tank). La vasca di scolo è configurata per massimizzare il trasferimento di calore così da raffreddare passivamente il Sale, mentre il suo calore si dissipa con il tempo. Nei reattori raffreddati ad acqua si deve fornire energia elettrica continuamente per mantenere la circolazione di acqua e prevenire il “meltdown”, come abbiamo visto in Giappone, a Fukushima. Ma il nostro reattore, se l’energia elettrica viene a mancare, si arresta da solo, senza intervento umano e si rimette in una configurazione prevista e stabile. Un impressionante livello di sicurezza, anche in caso di danno fisico al reattore. Devo dire che cominciai a sentire un'ondata di entusiasmo per la possibilità di usare un reattore con Sali Fusi che servisse una Comunità Lunare, ma poi scoprii il Torio e le cose si misero ancora meglio! Il Torio è un combustibile nucleare presente in natura sulla crosta terrestre 4 volte più abbondante dell’Uranio. Può essere usato nei reattori a fluoruri liquidi, per produrre energia elettrica, calore ed altri prodotti utili. E’ così energeticamente denso che potresti tenere tutta l’energia di Torio necessaria per una vita nel palmo della tua mano. Il Torio è comune anche sulla Luna ed è facile da trovare. Il Torio emette un segnale elettromagnetico che lo rende facile da trovare perfino da un veicolo spaziale. Con l’energia generata dal reattore ai Sali Fusi di Torio potremmo riciclare tutta l’aria, l’acqua ed i rifiuti della Comunità Lunare. Infatti, riciclare è un prerequisito essenziale per il successo della Comunità. E possiamo coltivare alimenti per i membri della Comunità, perfino durante le due settimane di notte lunare, usando la luce e l’energia fornita dal reattore. Questo reattore LFTR (Liquid Fluid Thorium Reactor) apparve come la sorgente che poteva realizzare una Comunità Lunare auto-
Kirk Sorensen