La complessa gestione delle scorie nucleari

Sono ormai trascorsi 35 anni dal più grave incidente atomico della storia, avvenuto il 26 aprile 1986 nella centrale sovietica di Chernobyl, che ha segnato il declino del nucleare civile in Occidente, dove da allora nessun nuovo reattore è più entrato in funzione. E sono appena passati 10 anni dal terribile tsunami che l’11 marzo 2011 si abbatté sulle coste orientali del Giappone causando la fuoriuscita di ingenti livelli di radioattività dall’impianto di Fukushima Dai-ichi.

Oggi l’energia nucleare fornisce circa il 5% dell’energia primaria e il 10% dell’elettricità consumata nel mondo, ma deve fare i conti sia con la diffidenza verso la sicurezza delle centrali, sia con la crescente competitività di fonti energetiche rinnovabili come l’eolico e il fotovoltaico. Nei prossimi anni, inoltre, la progressiva dismissione degli impianti più vecchi costringerà ad affrontare un problema in parte ancora irrisolto: lo smaltimento dei rifiuti radioattivi.

 

Nucleare civile e militare

I primi reattori nucleari furono costruiti dopo la seconda guerra mondiale da Stati Uniti, Unione Sovietica, Francia e Gran Bretagna per la produzione di ordigni atomici. Le potenze nucleari ingaggiarono una corsa agli armamenti che portò alla produzione di bombe atomiche sempre più distruttive, spesso fatte detonare in atmosfera per provarne l’efficacia. A partire dal 1945 sono stati condotti centinaia di test atomici e gli isotopi radioattivi dispersi in atmosfera sono ricaduti sull’intero pianeta, al punto da essere considerati tra i possibili marcatori per definire l’inizio dell’Antropocene.

Negli anni Cinquanta si pensò di sfruttare l’enorme quantità di calore prodotto dalle centrali nucleari anche a scopi civili, per generare energia elettrica. Il calore liberato nelle reazioni di fissione poteva infatti essere impiegato per creare un flusso di vapore con cui azionare le pale di una turbina: in questo modo l’energia termica si sarebbe trasformata in energia meccanica rotatoria, la quale, a sua volta, poteva essere convertita in elettricità accoppiando la turbina a un alternatore. È il medesimo principio di funzionamento di una centrale a gas o a carbone, ma con la differenza che il calore impiegato per alimentare le turbine è prodotto dalla fissione nucleare anziché dalla combustione degli idrocarburi.

Schema di funzionamento di una centrale nucleare (immagine: Il nuovo Amaldi per i licei scientifici.blu)

 

I rifiuti radioattivi

Ben presto si comprese però che tutte le attività che sfruttano l’energia nucleare, siano esse civili o militari, producono rifiuti radioattivi (o scorie radioattive) che possono costituire un pericolo per l’ambiente e per la salute umana. In ambito civile, circa il 90% dei rifiuti radioattivi è generato nelle centrali nucleari, mentre il restante 10% deriva da attività mediche, industriali o di ricerca scientifica.

Le scorie radioattive sono classificate in due categorie principali: la prima è costituita dai rifiuti a bassa attività, che contengono modeste concentrazioni di isotopi radioattivi a vita breve, cioè con tempi di dimezzamento non superiori a 30 anni; la seconda è costituita dai rifiuti ad alta attività, che invece contengono elevate concentrazioni di isotopi a vita lunga, che restano radioattivi per decine o anche centinaia di migliaia di anni.

 

Smaltire le scorie a bassa radioattività

La gestione dei rifiuti a bassa attività si basa sull’assunzione che restino pericolosi per circa 300 anni: occorre infatti attendere un periodo temporale pari a dieci volte il tempo di dimezzamento dei radionuclidi a vita breve, che come anticipato può arrivare a 30 anni, affinché i livelli di radioattività si riducano abbastanza da essere paragonabili a quelli della radioattività naturale. In molti Paesi si è quindi deciso di confinare i rifiuti radioattivi a bassa attività all’interno di speciali depositi di superficie progettati per resistere almeno tre secoli.

Si tratta di bunker tecnologici che al loro interno celano una complessa struttura di barriere artificiali per impedire alla radioattività di diffondersi nell’ambiente circostante. In genere sono depositi piuttosto capienti perché l’inventario dei rifiuti radioattivi è più vasto di quel che si potrebbe immaginare: basti pensare che qualsiasi oggetto irradiato in una centrale nucleare o, in misura minore, nei laboratori scientifici e industriali, e nei reparti ospedalieri di radiologia – guanti, tute e stivali indossati dagli operatori, attrezzi e macchinari, persino i muri e le tubature delle centrali dismesse – diventa a sua volta radioattivo.

 

Il deposito italiano

Anche l’Italia ha deciso di affidarsi a un deposito di superficie per smaltire i nostri rifiuti radioattivi, prodotti in gran parte dalle quattro centrali nucleari spente nel 1987, in seguito a un referendum che ha sancito l’uscita del nostro Paese dal club dei produttori di energia atomica. Si tratta di quasi 100 000 metri cubi di scorie radioattive che al momento sono custodite in una ventina di depositi provvisori. Il governo italiano ha perciò avviato il processo per scegliere un luogo idoneo dove costruire il futuro deposito nazionale dei rifiuti radioattivi a bassa attività.

Il primo passo è stato compiuto con la pubblicazione della Carta Nazionale delle Aree Potenzialmente Idonee (CNAPI) che, procedendo per esclusione, ha individuato le 67 macroaree con minori criticità. Sono state eliminate le zone a elevato rischio sismico, idrogeologico e vulcanico, le aree a oltre 700 metri di altitudine o con pendenze maggiori del 10%, le località che si trovano a meno di 5 km dal mare o in prossimità di centri abitati, autostrade, ferrovie, aeroporti, dighe, siti industriali e militari, aree naturali protette. Si dovrà infine tenere conto della presenza di habitat e specie a rischio, produzioni agricole di pregio e luoghi di interesse storico o archeologico.

Una volta scelto il luogo più idoneo, la costruzione del deposito durerà circa quattro anni. I rifiuti radioattivi saranno anzitutto inglobati in una matrice cementizia e sigillati in appositi contenitori metallici (prima barriera). Questi contenitori, a loro volta, saranno sistemati in grandi blocchi di calcestruzzo speciale (seconda barriera). I blocchi saranno quindi impilati all’interno di grandi celle in cemento armato (terza barriera). Infine, l’intera struttura sarà ricoperta con più strati di materiali isolanti (quarta barriera) per impedire il rischio di infiltrazioni d’acqua: con la sua tenace azione corrosiva, l’acqua potrebbe infatti riuscire violare i contenitori, entrare in contatto con le scorie e portare la radioattività nel suolo e nelle falde.

In questo video tratto dal canale Youtube di Sogin, la società pubblica responsabile del decommissioning degli impianti nucleari italiani e della gestione dei rifiuti radioattivi, sono mostrate le quattro barriere ingegneristiche di protezione del futuro deposito nazionale italiano:

 

Le scorie ad alta attività

Sebbene circa il 95% delle scorie nucleari sia composta da rifiuti a bassa attività, a porre i maggiori problemi di smaltimento è la restante frazione di rifiuti ad alta attività, per via del lunghissimo tempo necessario affinché la radioattività torni a livelli accettabili. Si tratta soprattutto del combustibile esausto (così chiamato perché ormai incapace di sostenere la fissione) impiegato nei reattori nucleari, che ogni due o tre anni deve essere sostituito. Si stima che un tipico reattore di una centrale nucleare produca ogni anno 25-30 tonnellate di combustibile esausto, cosicché nel mondo si sono già accumulate almeno 400 000 tonnellate di scorie ad alta attività.

Parte del combustibile esausto prodotto dalle ex centrali italiane, pari a circa 400 metri cubi di materiale, oggi si trova negli impianti di Sellafield (Regno Unito) e La Hague (Francia) per essere sottoposto a riprocessamento: si tratta di un trattamento chimico che consente di recuperare gli elementi più pregiati, come l’uranio e il plutonio, riutilizzati per fabbricare ordigni atomici o altro combustibile; ciò che avanza dovrà invece rientrare in Italia entro il 2025, quando il deposito nazionale dovrebbe essere pronto. Ancora una vota si tratterà però di una sistemazione provvisoria, perché i depositi di superficie non sono idonei a contenere le scorie ad alta attività.

 

I depositi geologici

Smaltire i rifiuti ad alta attività, destinati a restare radioattivi per centinaia di migliaia di anni, resta infatti un problema senza soluzione. Abbandonata l’idea di ricorrere a espedienti pericolosi e impraticabili come spedire le scorie nello spazio o inabissarle nelle fosse oceaniche, oggi questi rifiuti sono accumulati, non senza rischi, in depositi provvisori o in speciali vasche di raffreddamento costruite accanto alle centrali: l’incidente di Fukushima, per esempio, danneggiò anche alcune di queste vasche, e da allora i tecnici giapponesi sono impegnati nella delicata operazione di rimuovere il combustibile nucleare che si trovava al loro interno.

Il fatto è che nessuna barriera artificiale può resistere alle radiazioni e al calore sprigionati per millenni dai rifiuti ad alta attività, cosicché oggi si ritiene che l’unica opzione a lungo termine sia confinare le scorie in un deposito geologico, ovvero seppellirle a grandi profondità in conformazioni rocciose geologicamente stabili e impermeabili, per impedire che possano tornare in contatto con la biosfera e l’ambiente umano.

L’unico deposito geologico operativo esistente al mondo si trova in un giacimento salino del Nuovo Messico (Stati Uniti), a quasi 700 metri di profondità. È conosciuto come Waste Isolation Pilot Plant (WIPP), ma poiché si tratta di un impianto militare per la custodia di rifiuti bellici contaminati da plutonio, la sua struttura e il suo funzionamento sono coperti in gran parte da segreto. In Finlandia, sull’isola di Olkiluoto, è invece cominciata la costruzione di quel che potrebbe diventare il primo deposito geologico civile di scorie radioattive: dovrebbe entrare in funzione nel 2025 ed è stato progettato per durare centomila anni.

La struttura sotterranea del deposito geologico in costruzione sull’isola di Olkiluoto, in Finlandia (immagine: Nuclear Energy Agency)

 

Avvertire le generazioni future

Su scale di tempi così lunghi, del resto, potrebbe essere impossibile persino comunicare ai posteri la presenza nel sottosuolo di un deposito geologico. Le commissioni di esperti convocate negli anni Novanta dal governo statunitense per escogitare un sistema capace di avvisare chi verrà dopo di noi che là sotto è meglio non scavare, dovettero arrendersi all’evidenza che non esiste un linguaggio capace di trasmettere inalterato nei millenni il significato di un messaggio di pericolo.

Ecco come racconta il problema il sociologo Ulrich Beck nel saggio Un mondo a rischio (Einaudi, 2003):

«I membri della commissione andarono alla ricerca di modelli tra i simboli più antichi dell’umanità, studiarono la struttura di Stonehenge (1500 a.C.) e delle piramidi, esaminarono la storia della ricezione di Omero e della Bibbia, si informarono sul ciclo vitale dei documenti. Ma si trattava di modelli che avevano tutt’al più duemila anni, non certo diecimila. Gli antropologi consigliarono di usare il simbolo del teschio, ma uno storico fece presente che per gli alchimisti è sinonimo di risurrezione. Inoltre uno psicologo fece un esperimento con alcuni bambini di tre anni e scoprì che se il teschio era incollato a una bottiglia i bambini gridavano atterriti la parola “veleno”, ma se era appeso a una parete esclamavano entusiasti la parola “pirati!”».

Alla fine gli esperti conclusero che i rischi delle scorie radioattive sono incomunicabili alle generazioni future: non restava che lasciar morire chi per primo avrà la sventura di imbattersi nei pericolosi residui della tecnologia nucleare; gli altri, vedendolo agonizzare sotto gli effetti acuti delle radiazioni, avrebbero appreso del pericolo.

 

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