Il nucleare degli Stati Uniti è la risposta ai cambiamenti climatici?
(I dati non statunitensi risalgono al 2014. Gli ultimi dati non disponibili.)
La leadership dello Stato Unito derivava dal suo ruolo storico di pioniere dello sviluppo dell'energia nucleare. Il primo reattore ad acqua pressurizzato commerciale, Yankee Rowe, iniziò nel 1960 e operò fino al 1992. (Fonte: "Nuclear Power in the USA", World Nuclear Association, aprile 2017.)
Centrali nucleari
Ci sono 99 centrali nucleari attive in trenta stati. La maggior parte si trova a est del fiume Mississippi (vedi mappa). Generano circa $ 40 - $ 50 miliardi ciascuno nelle vendite di elettricità e creano oltre 100.000 posti di lavoro. Ogni dollaro speso dal reattore medio genera $ 1,87 nell'economia degli Stati Uniti. (Fonte: "Benefici economici dell'energia nucleare", Istituto per l'energia nucleare, aprile 2014.)
Le centrali nucleari degli Stati Uniti hanno generato il 19,7 percento dei 4.079 trilioni di kWh della produzione totale di elettricità negli Stati Uniti nel 2016. Era seconda al carbone (30 percento) e al gas naturale (34 percento).
È superiore all'idroelettricità (6,5 percento) e ad altre fonti alternative, tra cui l'energia eolica (8,4 percento).
Ci sono anche 36 reattori di test presso le università di ricerca (vedi mappa). Sono usati per creare piccole quantità di radiazioni per esperimenti. È qui che gli scienziati studiano i neutroni e altre particelle subatomiche, esaminano componenti automobilistici e medici e imparano come trattare meglio il cancro.
(Fonte: "Backgrounder on Research and Test Reactors", NRC, 18 agosto 2011.)
Come funziona l'energia nucleare?
Tutte le centrali elettriche riscaldano l'acqua per produrre vapore, che trasforma un generatore in elettricità. Nelle centrali nucleari, quel vapore è prodotto dal calore generato dalla fissione nucleare. È quando un atomo viene diviso, rilasciando enormi quantità di energia sotto forma di calore.
L'uranio 235 è usato come carburante perché si rompe facilmente quando si scontra con un neutrone. Quando ciò accade, i neutroni dall'uranio stesso iniziano a scontrarsi con gli altri atomi. Questo inizia una reazione a catena. Ecco perché le bombe nucleari sono così potenti.
In un generatore nucleare, la reazione a catena è controllata da speciali barre che assorbono i neutroni in eccesso in modo innocuo. Queste barre di controllo sono posizionate accanto alle barre di combustibile, che contengono granuli di combustibile di uranio. Oltre 200 di queste aste sono raggruppate in quello che è noto come un gruppo di carburante. Quando gli ingegneri vogliono rallentare il processo, abbassano più barre di controllo nel gruppo. Quando vogliono più calore, sollevano le aste. (Fonte: "Come funzionano le centrali nucleari?" Duke Energy.)
Gli Stati Uniti hanno due tipi di centrali nucleari. Ci sono 65 reattori ad acqua pressurizzata e 34 reattori ad acqua bollente.
Differiscono nel modo in cui il calore viene trasferito dal reattore al generatore.
I reattori ad acqua pressurizzata usano l'alta pressione per mantenere l'acqua nel reattore dall'ebollizione. Questo gli permette di riscaldare a livelli altissimi. Il calore viene quindi trasferito attraverso i tubi in un contenitore separato di acqua nel generatore. Crea il vapore che guida la turbina elettrica. L'acqua dal reattore ritorna quindi per essere riscaldata. Il vapore proveniente dalla turbina viene raffreddato in un condensatore. L'acqua risultante viene inviata al generatore di vapore. Ecco una versione animata di un reattore ad acqua pressurizzata.
D'altra parte, i reattori ad acqua bollente usano acqua bollente per creare direttamente il vapore per azionare il generatore. Ecco una versione animata del reattore ad acqua bollente.
Ciò che è più importante è che l'intero processo si svolge in un ambiente contenuto al fine di proteggere il mondo esterno da qualsiasi contaminazione.
Le centrali possono essere raffreddate e persino arrestate rapidamente. (Fonte: "Come funziona l'energia nucleare?", UNAE.)
vantaggi
Le centrali nucleari non emettono gas serra, a differenza del carbone e del gas naturale.
Creano 0,5 posti di lavoro per ogni megawattora (mWh) di elettricità prodotta. Questo è in confronto a 0,19 posti di lavoro nel carbone, 0,05 posti di lavoro in impianti a gas e 0,05 in energia eolica. L'unica altra fonte di energia che crea più posti di lavoro / mWh è il solare fotovoltaico, a 1,06 posti di lavoro / mWh. (Fonte: "Benefici economici dell'energia nucleare", Istituto per l'energia nucleare, aprile 2014. )
Per decenni, l'energia nucleare ha avuto i costi operativi più bassi. A 1,87 cent / kWh (dati 2008), è il 68 percento del costo del carbone. E fino a poco tempo fa, era solo il 25 percento del costo del gas naturale.
I timori sul riscaldamento globale hanno inibito la nuova costruzione di centrali elettriche a carbone. Di conseguenza, dal 1992 al 2005, sono stati costruiti circa 270.000 megawatt di energia di nuove centrali elettriche a gas. All'epoca, quelle piante sembravano avere il più basso rischio di investimento. Di conseguenza, solo 14.000 MWe di nuove capacità nucleari e a carbone sono entrate online. Ha contribuito a far salire i prezzi del gas naturale, costringendo i grandi utenti industriali in mare aperto e spingendo i costi dell'elettricità a gas a 10 centesimi / kWh.
svantaggi
Ci sono due enormi svantaggi per l'energia nucleare, grazie alla natura radioattiva della sua fonte di combustibile.
1. Un incidente nella pianta potrebbe rilasciare materiale radioattivo nell'ambiente come un pennacchio (formazione simile a una nuvola) di gas e particelle radioattivi. Queste particelle vengono poi inalate o ingerite da persone e animali o depositate sul terreno. Le particelle sono composte da atomi instabili che emettono energia in eccesso, chiamata radiazione, finché diventano stabili. A basse dosi, la radiazione è innocua. Dopo una fusione nucleare, le grandi dosi distruggono le cellule viventi e possono causare mutazioni, malattie e morte.
Il potenziale impatto di una fusione nucleare può essere catastrofico, come si è visto a Chernobyl e Fukushima , anche se le probabilità che si verifichi un tale incidente sono rare. L'unico disastro nucleare degli Stati Uniti è stato a Three Mile Island nel 1979 quando le barre di combustibile radioattivo si sono parzialmente sciolte. È stata rilasciata solo una piccola quantità di gas radioattivo. Non c'erano effetti misurabili sulla salute. Tuttavia, non sono state costruite nuove centrali nucleari per 30 anni.
Quasi tre milioni di americani vivono entro 10 miglia da un impianto operativo. Rischiano l'esposizione diretta alle radiazioni in caso di incidente. Se sei una di quelle persone, ecco come prepararti per un incidente.
2. Lo smaltimento delle scorie nucleari rappresenta un enorme svantaggio. I rifiuti a basso livello derivano dal contatto con il combustibile nucleare nelle operazioni quotidiane. È smaltito sul posto o inviato a una struttura di deposito a basso livello in uno dei 37 stati. (Fonte: "Rifiuti a basso livello", Commissione di regolamentazione nucleare degli Stati Uniti.)
I rifiuti ad alto livello sono costituiti da combustibile esaurito. Ci vogliono centinaia di migliaia di anni per disattivarlo. Al momento, 70.000 tonnellate di questo combustibile sono immagazzinate nelle centrali stesse. (Fonte: "Faff and Fallout", The Economist, 29 agosto 2015.)
Nella legge sulla politica dei rifiuti nucleari del 1982, il Congresso ordinò alla Commissione di regolamentazione nucleare degli Stati Uniti di progettare, costruire, operare e alla fine dismettere un deposito geologico permanente per lo smaltimento di rifiuti ad alto livello nella Yucca Mountain, Nevada.
I funzionari locali non vogliono il pericolo nel loro stato. Hanno ritardato il suo sviluppo fino al 2013, quando l'NRC ha vinto il suo caso nella Corte d'Appello degli Stati Uniti. Nel 2015, l'NRC ha completato una valutazione della sicurezza e ha iniziato a lavorare su una dichiarazione di impatto ambientale. (Fonte: "Smaltimento dei rifiuti ad alto livello", Commissione di regolamentazione nucleare degli Stati Uniti.)
Il futuro del nucleare americano
Si prevede che la domanda annuale di elettricità negli Stati Uniti aumenterà del 28% entro il 2040. Con l'aumento dei prezzi del petrolio e del gas e la preoccupazione per il riscaldamento globale, l'energia nucleare ha iniziato a sembrare di nuovo allettante. Alla fine degli anni '90, l'energia nucleare era vista come un modo per ridurre la dipendenza dalle importazioni di petrolio e gas. Questo cambiamento politico ha aperto la strada a una crescita significativa della capacità nucleare.
L'Energy Policy Act del 2005 ha fornito incentivi finanziari per la costruzione di centrali nucleari avanzate. Ci sono state anche tre iniziative normative che hanno facilitato il cammino:
- Un processo di certificazione del design semplificato.
- La disposizione per i permessi iniziali del sito.
- La combinazione del processo di costruzione e licenza operativa.
Dal 2007, le aziende hanno richiesto 24 licenze per nuovi reattori nucleari. Ci sono quattro nuovi impianti in costruzione. Westinghouse ne sta costruendo due in Georgia e due in South Carolina. (Fonte: "Westinghouse Buys CB & I's Nuclear Unit", The Wall Street Journal, 29 ottobre 2015)
D'altra parte, il fracking di olio di scisto domestico e gas naturale ha reso il gas un'alternativa economica alla modernizzazione delle vecchie centrali nucleari. Di conseguenza, quattro impianti sono stati chiusi negli ultimi due anni. Mantenere le vecchie centrali nucleari costi di gestione più che costruire nuove centrali a gas. È persino più costoso del ricondizionamento di vecchie centrali a carbone a gas naturale.
Pertanto, il futuro dell'espansione dell'energia nucleare in America dipende dai prezzi del gas naturale. Se risorgono e rimangono alti, aspettati che l'attenzione torni alla generazione di energia nucleare. (Fonte: "Un altro reattore si chiude, punteggia la nuova realtà per il nucleare degli Stati Uniti", National Geographic, 1 gennaio 2015.)