Cos'è l'energia nucleare e come viene prodotta

Una delle forme di energia esistenti è l’energia nucleare, ottenuta attraverso reazioni di fissione o fusione che modificano il nucleo degli atomi. Mediante l’energia nucleare è possibile ricavare energia elettrica, elettricità che viene utilizzata per alimentare industrie, aziende, negozi ed edifici residenziali.

Oggi il dibattito sull’energia nucleare è molto acceso, con chi da un lato la reputa una forma di energia pulita e sostenibile e chi invece non la ritiene una fonte rinnovabile. Capiamo meglio come funziona l’energia nucleare, come si produce e quali sono i vantaggi e svantaggi legati alla produzione di elettricità tramite le centrali nucleari.

Che cos’è l’energia nucleare

La storia dell’energia nucleare inizia nel 1951 negli Stati Uniti, quando entrò in funzione il primo reattore usato per scopi scientifici dopo la messa a punto della bomba nucleare durante la Seconda Guerra Mondiale. Tuttavia la prima centrale nucleare venne realizzata nel 1956 in Inghilterra, più precisamente a Calder Hall, ed era destinata alla produzione di energia elettrica e di armi.

A partire dagli anni ‘70 le centrali nucleare iniziarono a diffondersi in tutto il mondo, ma subirono una battuta d’arresto negli anni ’80 a causa dell’incidente di Chernobyl. Negli ultimi anni si è tornato a parlare di energia nucleare per velocizzare la transizione energetica, ma alcuni paesi come la Germania stanno invece dismettendo le centrali esistenti e in Italia vige ancora il parere negativo del referendum del 1987.

L’energia nucleare è una forma di energia sprigionata alla divisione o dall’unione dei nuclei degli atomi, sfruttando la nota equazione di Albert Einstein E= mc², ossia l’energia è uguale alla massa moltiplicata per il quadrato della velocità della luce. Poiché la velocità della luce è un moltiplicatore molto grande, pari a circa 300.000 Km al secondo, per generare una quantità di energia molto grande basta pochissima materia.

Come viene prodotta l’energia nucleare

L’energia nucleare può essere prodotta attraverso due processi:

• fissione nucleare;
• fusione nucleare.

La maggior parte delle centrali nucleari esistenti funziona attraverso la fissione nucleare, un processo che consiste nella divisione di atomi per liberare una quantità elevata di energia. In sostanza, delle particelle piccolissime chiamate neutroni colpiscono degli atomi pesanti, in genere di uranio. Con la scissione degli atomi si formano dei nuclei più piccoli, ma viene anche rilasciata energia.

Il calore generato dalla fissione nucleare viene utilizzato per produrre vapore e azionare un’apposita turbina, la quale genera elettricità grazie a un generatore di corrente e un alternatore. La scissione degli atomi, però, comporta anche un effetto indesiderato, infatti oltre all’energia produce anche delle scorie radioattive che devono essere trattate con estrema cautela.

L’energia nucleare si può ottenere anche tramite la fusione nucleare, un processo ancora in via sperimentale ma molto promettente che avviene in modo naturale all’interno del Sole. In questo caso si realizza l’unione di atomi leggeri, trizio e deuterio, materie prime abbondanti e con un basso costo di produzione, il cui risultato è la formazione di un atomo più pesante e il rilascio di energia.

L’energia nucleare è rinnovabile?

Secondo la legislazione dell’Unione Europea, l’energia nucleare non è una fonte rinnovabile, in quanto nonostante l’elevata efficienza delle centrali nucleari la scissione dell’uranio comporta la produzione di scorie radioattive. Si tratta di materiali che contengono una carica radioattiva, quindi devono essere stoccati in luoghi sicuri per molto tempo prima di poterli smaltire.

Per le scorie a bassa attività bastano 20-30 anni, mentre per quelle a media attività servono fino a 300 anni per il decadimento della radioattività al di sotto dei livelli ritenuti sicuri per lo smaltimento. L’unico modo per ottenere energia nucleare pulita è attraverso la fusione nucleare, poiché a differenza della fissione non genera residui e scorie radioattive.

Inoltre, le centrali a fusione nucleare utilizzano l’idrogeno per funzionare, in quanto sia il trizio che il deuterio sono due elementi molto prossimi all’idrogeno. Il più grande progetto sulla fusione nucleare attualmente in corso è ITER, il reattore sperimentale termonucleare europeo costruito nel Sud della Francia con la partecipazione di 35 paesi, fra cui anche l’Italia.

Si tratta però ancora di tecnologie in fase sperimentale, infatti ITER è in forte ritardo e i costi sono aumentati a tal punto da mettere in discussione la fattibilità stessa del progetto. Oggi si stanno anche testando i supercomputer e l’intelligenza artificiale per supportare la ricerca nel campo della fusione nucleare, un obiettivo ambizioso ma considerato essenziale per contrastare la crisi climatica e accelerare la decarbonizzazione. 

Energia nucleare: pro e contro

In alcuni paesi l’energia nucleare rappresenta un asset energetico fondamentale, come avviene in Francia dove i due terzi dell’elettricità è ottenuta dalle centrali nucleari. Altri paesi invece stanno riducendo l’apporto del nucleare al proprio mix energetico, mentre in Italia rappresenta una fonte marginale, anche se da alcuni anni si sta parlando di un possibile ritorno del nucleare nel nostro Paese.

Ad ogni modo, tra i principali vantaggi dell’energia nucleare ci sono:

• produzione continua e costante di elettricità;
• maggiore efficienza rispetto alle centrali alimentate a gas naturale;
• generazione di energia elettrica indipendente dalle condizioni ambientali, come succede invece per l’energia solare e quella eolica;
• la fissione nucleare non produce emissioni di CO₂ o metano, due gas serra molto dannosi per l’ambiente.

Naturalmente, esistono anche una serie di svantaggi sull’energia nucleare che bisogna considerare con la massima attenzione:

• elevati costi iniziali per la realizzazione delle centrali nucleari;
• rischi percepiti dalla popolazione in merito agli effetti di un incidente, come avvenuto a Chernobyl in Ucraina nel 1986 o a Fukushima in Giappone nel 2011;
• costi e danno ambientale legati allo stoccaggio delle scorie radioattive generate dalla fissione nucleare.

Al momento in Italia è possibile scegliere una fornitura di energia elettrica ricavata da fonti rinnovabili come il solare fotovoltaico e l’eolico, ma esistono altre energie sostenibili già mature come l’energia idroelettrica o innovative come l’energia marina. Allo stesso tempo prosegue la discussione sul ruolo dell’energia nucleare, con l’obiettivo di capire quali forme di energia potrebbero agevolare l’abbandono dei combustibili fossili e supportare le altre fonti rinnovabili attualmente disponibili.