Fisicamente

di Roberto Renzetti

CAPITOLO 9 – LA DISMISSIONE DI CENTRALI NUCLEARI

Uno dei capitoli più importanti e mai citati con il dovuto rilievo in relazione alla scelta nucleare è il problema della dismissione delle centrali. Dopo un certo numero di anni la centrale medesima diventa una scoria da eliminare come quelle che si vanno via via producendo nell’ordinario esercizio della centrale medesima. Si può ben capire che l’impresa è delicatissima e costosissima. Riporto di seguito alcuni articoli che trattano del problema:

http://www.saluggia.enea.it/seminari/ program_syntesis/Sintesi4.htm  

Centro Ricerche Saluggia

Convegno

Sicurezza nucleare e disattivazione impianti in Italia

Saluggia, 6 Ottobre 1998

Sintesi della relazione

SISTEMI ENERGETICI A FISSIONE: LORO SVILUPPO ED EVOLUZIONE

(M. Pezzilli, ENEA)

Evoluzione degli obiettivi di sicurezza e nuovi requisiti di impianto

Dopo la prima conferenza dell’energia del febbraio 1987, che seguì l’incidente di Chernobyl, in un clima di acceso dibattito sull’energia nucleare, l’Italia attuò alcune scelte rilevanti, quali la chiusura degli impianti in esercizio e il blocco delle nuove costruzioni, ma furono definite anche alcuni precisi impegni, delineati nel Piano Energetico Nazionale approvato dal governo nel 1988 ed elaborati in modo più dettagliato dal Comitato di Indirizzo: acquisire, mediante un programma a livello nazionale e in relazione con una serie di collaborazioni internazionali, tutte le necessarie informazioni progettuali e tecnologiche sulla tipologia di impianto innovativo che, attraverso una collaborazione tra più paesi, potesse affermarsi a livello internazionale e in prospettiva anche in Italia.

Nel corso di oltre dieci anni, il panorama dell’energia nucleare da fissione è fortemente evoluto a livello internazionale e a questo il nostro Paese ha dato un contributo importante. Dove oggi si misura il massimo sviluppo è proprio nella evoluzione che hanno avuto l’obiettivo finale della sicurezza nucleare e il grado di definizione delle modalità necessarie a conseguirlo nei futuri reattori. Di tutto ciò l’incidente di Chernobyl è stato elemento determinante.

Ma la portata del processo evolutivo non sarebbe del tutto comprensibile se non si tenesse conto del fatto che l’evento Chernobyl è avvenuto a distanza di tempo non elevata da un altro incidente nucleare, quello di TMI-2 (marzo 79), che, pur avendo avuto conseguenze estremamente limitate grazie all’efficacia dei criteri base di sicurezza (come quello della “difesa in profondità”) e alla validità delle soluzioni ingegneristiche adottate (in particolare del sistema di contenimento), aveva attivato un processo di maturazione nella comunità scientifica, incidendo profondamente sulle filosofie di progetto e sugli indirizzi di ricerca nel campo della sicurezza.

Come è stato evidenziato dalla discussione nelle più importanti sedi internazionali, le conseguenze catastrofiche dell’incidente di Chernobyl sono derivate da alcune specificità di progettazione e da violazioni di procedure che non avevano riscontro nelle tecnologie e nella cultura della sicurezza dei paesi occidentali. Per questo, l’incidente non avrebbe dovuto determinare alcuna esigenza di miglioramento delle tecnologie e delle regolamentazioni esistenti; avrebbe potuto, anzi, costituire una dimostrazione della validità dei criteri e delle scelte già attuate.

Ma, in breve tempo, l’evidenza dell’impatto emotivo e la rilevanza su scala mondiale delle conseguenze dell’incidente hanno avuto degli effetti, ben più importanti, che hanno determinato una spinta fortemente innovativa nei programmi nucleari di tutti i paesi.

Per mantenere aperta l’opzione nucleare è stato riconosciuto indispensabile che lo sviluppo di una nuova generazione di reattori fosse basato non solo sulla continuità del progresso tecnologico ma anche, e soprattutto, su un approccio diverso alla sicurezza, che rendesse chiaro al pubblico il basso livello di rischio associato anche alle condizioni incidentali più estreme e fornisse le massima garanzia del pieno rispetto della popolazione e dell’ambiente.

Attraverso un confronto di opinioni non sempre facile nelle sedi delle maggiori organizzazioni internazionali (IAEA,OECD), dove l’Italia è stato tra i principali sostenitori di un nuovo approccio alla sicurezza, si è arrivati oggi ad un largo consenso internazionale sul fatto che gli incidenti “severi” non possano essere esclusi dalla fase di progetto su basi probabilistiche ma debbano essere considerati in modo deterministico, predisponendo adeguati sistemi di prevenzione e mitigazione atti a limitarne le conseguenze all’interno del contenitore di sicurezza.

L’attenzione alle prestazioni obiettivo dei futuri impianti nucleari ha trovato la sua forma più evidente nel lavoro di definizione dei requisiti che le utilities statunitensi prima e europee poi (e fra queste l’ENEL ha dato un contributo rilevante) hanno posto alla base della progettazione di nuovi impianti. Negli EUR (European Utility Requirement), in particolare, vengono indicati specifici requisiti di prevenzione e di mitigazione per gli incidenti severi capaci di indurre un danneggiamento precoce al sistema di contenimento, così da rispettare gli obiettivi di sicurezza relativi al coinvolgimento della popolazione che indicano espressamente l’esclusione di ogni azione di emergenza, ritardata e nel lungo periodo, nelle zone esterne la recinzione dell’impianto.

Grazie all’introduzione di soluzioni innovative, e sulla base delle conferme sperimentali di estesi programmi di ricerca, sono oggi disponibili, o sono in fase avanzata di sviluppo, progetti di nuovi reattori (quali l’AP600, l’EPR, l’EPP) aventi caratteristiche tali da soddisfare questi nuovi requisiti. Incidenti di fusione del nocciolo, la cui possibilità di occorrenza è resa ancora più remota dall’adozione di sistemi innovativi di tipo passivo, sono considerati in modo deterministico, predisponendo nel progetto adeguate misure protettive e garantendo l’integrità del sistema di contenimento e il confinamento al suo interno dei prodotti radioattivi rilasciati durante l’incidente.

La ricerca internazionale sulla sicurezza nucleare ed il contributo italiano

Seppure in un contesto di grande incertezza e di forte riduzione delle risorse, l’attuazione di alcune scelte di priorità, indicate dal Comitato di Indirizzo e rivelatasi poi corrette rispetto agli sviluppi in campo internazionale, ha consentito al nostro paese non solo di dare un contributo importante al processo evolutivo ma soprattutto di partecipare e di interiorizzare pienamente i risultati delle ricerche .

L’indicazione, come principale obiettivo di sicurezza, che non dovesse essere necessario predisporre specifici piani di evacuazione della popolazione, ha portato immediatamente a centrare l’attenzione e indirizzare le attività su due principali aree di ricerca:

– la possibilità di migliorare gli aspetti di prevenzione, in particolare mediante l’adozione di sistemi di sicurezza di tipo passivo;

– la possibilità di mitigare le conseguenze di incidenti gravi, valutandone le fenomenologie e rafforzando le caratteristiche di integrità, di tenuta e di refrigerabilità del sistema di contenimento.

Per alcuni progetti di nuovi reattori, quali l’AP600 della Westinghouse e l’SBWR della General Electric, già in una fase avanzata di sviluppo alla fine degli anni 80, ENEA, Ansaldo ed ENEL, attraverso una efficace azione coordinata e nel quadro di specifiche collaborazioni e accordi industriali, hanno contribuito alla qualificazione di alcuni dei principali sistemi di sicurezza, con campagne sperimentali su componenti a livello prototipico che sono state effettuate presso la SIET e in ENEA-Casaccia .

Sul progetto EPR, il reattore pressurizzato europeo di grande taglia, esiste uno sforzo congiunto tra Francia e Germania che coinvolge, oltre le industria nucleari FRAMATOME e SIEMENS, anche le autorità di sicurezza e gli enti di ricerca. La Commissione Europea ha promosso, attraverso il 3° e 4° Programma Quadro sulla Sicurezza Nucleare, una serie di progetti a costi ripartiti, finalizzati allo sviluppo di nuovi concetti e allo studio delle fenomenologie incidentali severe, che si inquadrano anche come supporto di ricerca alle iniziative industriali europee.

Tutte le organizzazioni nazionali hanno dato un valido contributo alla ricerca, ciascuna per i settori di più specifico interesse, operando attivamente in ambito internazionale.

L’ENEL ha rivolto particolare attenzione agli studi dimostrativi sui sistemi passivi e sulle capacità del sistema di contenimento di far fronte a eventi incidentali gravi, con ricerche che hanno interessato anche Ansaldo, SIET, CISE e l’Università di Roma.

ENEA e l’Università di Pisa, e più limitatamente ENEL, hanno contribuito agli studi sulle fenomenologie incidentali severe, acquisendo e sviluppando le necessarie metodologie di analisi.

L’Università di Pisa ha maturato, tra l’altro, una competenza specifica sulle problematiche della combustione di idrogeno, riconosciutale con la leadership di uno specifico progetto comunitario.

Ansaldo ha dato il contributo in aree di ricerca più direttamente collegate con gli aspetti progettuali, quali le analisi di funzionamento di sistemi e componenti innovativi e lo sviluppo dei sistemi di controllo e di diagnosi precoce di guasti in supporto agli operatori.

Alcuni programmi sperimentali, che per impegno tecnologico e costo elevato non avrebbero potuto essere sostenuti da un singolo paese, costituiscono oggi dei riferimenti internazionali per la validazione delle metodologie di analisi di sicurezza, essenziali in un approccio di tipo deterministico. A questi le organizzazioni nazionali (ENEA, ENEL, ANPA) hanno partecipato in varia misura, assicurando la disponibità degli strumenti di analisi e garantendo quindi il mantenimento di una capacità autonoma di valutazione di sicurezza dei futuri reattori.

Il programma PHEBUS, promosso dalla Commissione Europea e dal CEA-IPSN, è oggi il più importante programma sperimentale in reattore per lo studio degli incidenti severi, realizzando una simulazione integrale del rilascio dei prodotti radioattivi dalla fase distruttiva del nocciolo fino al trasporto nel contenitore e all’eventuale rilascio esterno.

Il programma FARO, realizzato dalla Commissione Europea presso il Centro di Ispra, consente di simulare fuori reattore l’interazione tra i materiali fusi del nocciolo e l’acqua presente nella zona inferiore del reattore e valutare i potenziali effetti distruttivi dell’esplosione di vapore.

Il programma RASPLAV, realizzato presso il Kurchatov Institute di Mosca con il contributo di diversi paesi dell’OECD, consente di sperimentare il comportamento termico del corium in contatto con il fondo del vessel e la possibilità di un suo raffreddamento dall’esterno mediante allagamento della cavità reattore.

Nessuna strategia di sicurezza può essere giudicata credibile se non viene dimostrata la capacità di esercire senza incidenti le centrali esistenti. Anche per gli impianti in esercizio sono stati individuati alcuni obiettivi di ricerca, che riguardano, in particolare, l’invecchiamento dei materiali, la predisposizione di procedure per la gestione degli incidenti gravi, l’ammodernamento dei sistemi di strumentazione e controllo.

Un impegno rilevante in questo ambito è certamente quello dell’adeguamento degli standard di sicurezza delle centrali dell’Est Europeo; il contributo, rilevante, dato da tutte le organizzazioni italiane è descritto con maggior dettaglio in un’altra memoria presentata in questo convegno.

Al fine di limitare ulteriormente l’impatto sull’ambiente dell’intero ciclo del combustibile, l’attenzione dei ricercatori è diretta anche alle possibili tecniche di ritrattamento e riutilizzo del combustibile esaurito. L’ENEA fornisce alcuni contributi di studio nel quadro della collaborazione con il CEA francese e nell’ambito di specifici progetti europei, mantenendo un osservatorio sullo sviluppo delle tecnologie più promettenti.

Il reirraggiamento in reattore dei prodotti radioattivi più pericolosi, che vengono così trasformati in nuovi nuclidi a più bassa radiotossicità e minore vita media, è considerata la soluzione più percorribile per la riduzione dei problemi di impatto ambientale derivanti dallo stoccaggio definitivo e profondo dei rifiuti radioattivi.

Presso il Centro ENEA di Saluggia attualmente è in fase di studio, in collaborazione con il Politecnico di Milano, un processo di estrazione chimica selettiva dei nuclidi a lunga vita dai rifiuti radioattivi liquidi ad alta attività.

Le ricerche in questo settore (Partitioning/Trasmutation) sono in una fase molto avanzata, e mirano alla messa a punto del processo di estrazione degli Attinidi con diamidi e dei Lantanidi con triazine, per riutilizzarli poi in reattore ai fini della transmutazione.

A questo obiettivo è anche finalizzato il possibile impiego del reattore sottocritico sostenuto da acceleratore (ADS), proposto dal prof. C. Rubbia, sul quale ENEA e INFN svolgono attività di studio e sperimentazione nell’ambito di un accordo di programma con il MURST. Lo sviluppo di questo progetto, innovativo sotto molti aspetti, che si colloca, per la dimostrazione della sua fattibilità, in una strategia di ricerca di medio periodo (10-20 anni), trova il suo specifico spazio di presentazione in un altro convegno nell’ambito degli eventi CNEA (Frascati, 8-9 ottobre).

Conclusioni

Il quadro sintetico delle attività internazionali e delle partecipazioni italiane alla ricerca sui nuovi progetti di reattori, qui presentato, vuole essere dimostrativo dello sforzo fatto da tutte le organizzazioni per mantenere il passo con gli sviluppi a livello internazionale, ed in particolare europeo, sui nuovi obiettivi di sicurezza e su requisiti di impianto necessari per conseguirli.

Grazie alle partecipazioni e ai contributi diretti delle varie organizzazioni, in un quadro di programmi di ricerca estremamente attivo a livello internazionale, sono oggi disponibili in Italia dati sulle verifiche di progetto di componenti e sistemi innovativi, partecipazioni ai diritti di brevetto, risultati sperimentali e metodologie di analisi convalidate; ma le capacità e le risorse che le diverse organizzazioni hanno messo in gioco per conseguire questi risultati sono oggi sempre maggiormente soggette ai rischi di estinzione.

Eppure, la necessità di mantenere, attraverso gruppi di competenza integrati a livello nazionale, la cultura della sicurezza nucleare, la capacità di approccio tecnologico ai problemi, le strutture di ricerca, trova ancora piena giustificazione non solo nelle opportunità che i nuovi sviluppi dell’energia nucleare offrono nel quadro della ricerca di fonti energetiche compatibili con l’ambiente, ma, soprattutto, nel rispetto degli impegni ai quali il paese deve far fronte, sia sul piano nazionale (in primo luogo, il problema della sistemazione dei rifiuti radioattivi e, non meno importante, il mantenimento delle attività nel campo della radioprotezione), sia internazionale (come il mantenimento di una presenza qualificata del nostro paese nell’Unione Europea e del G7, dove sono presenti paesi che fanno ampio ricorso alla fonte nucleare).


http://www.controluce.it/giornali/a11n07/10-comunicato-enea.htm

Il sistema ADS per il trattamento dei rifiuti radioattivi


Roma, 7 giugno 2002 – Il Prof. Carlo Rubbia ha presieduto oggi un workshop internazionale, nel corso del quale è stato presentato ad un gruppo di esperti di alto livello delle maggiori istituzioni di ricerca europee, americane e giapponesi, uno studio di fattibilità per la dimostrazione sperimentale di un sistema ADS (Accelerator Driven System), realizzato da un gruppo di lavoro congiunto, a cui hanno partecipato ENEA, CEA, CERN e ANSALDO.
Il sistema sperimentale ADS verrà realizzato utilizzando il reattore TRIGA (Training Research Isotopes General Atomics) dell’ENEA, che si trova presso il Centro Ricerche Casaccia. Il reattore è attualmente utilizzato per la produzione di radioisotopi di interesse nel campo medicale, ed in particolare per la terapia tumorale e per la radiografia neutronica.
Lo studio di fattibilità prevede che il reattore sia reso opportunamente sottocritico, rimuovendo il combustibile dell’anello più interno del nocciolo. A questo punto, nel canale centrale verrà collocata una targhetta solida di tungsteno che verrà bombardata con un flusso di protoni di energia pari a 110 MeV. Il flusso di protoni sarà prodotto da un ciclotrone appositamente concepito ed alloggiato all’esterno dell’edificio reattore.
L’esperimento, denominato TRADE (TRIGA Accelerator Driver Experiment) consentirà l’acquisizione di fondamentali informazioni per lo sviluppo delle future macchine ADS per il trattamento/trasmutazione dei rifiuti radioattivi di vita media lunga.
Il TRIGA è un reattore termico a piscina della potenza massima di 1 MW, raffreddato dall’acqua della piscina per convezione naturale. Gli elementi di combustibile, di forma cilindrica, sono costituiti da una lega di Uranio (arricchito al 20% in U235) e idruro di zirconio.


http://www.archiviostampa.it/it/news/news.aspx?id=752

Incenerimento e smaltimento di scorie nucleari: il sistema ADS

Il progetto di ricerca denominato n_Tof (neutron Time of Flight), ha come scopo la misura, con precisioni mai raggiunte, di sezioni d’urto per cattura neutronica, e sfrutta una facility situata al CERN di Ginevra. Tali nuove misure aprono scenari interessanti, anche per quanto riguarda l’energia nucleare.

È in corso di studio un impianto per l’incenerimento (o riciclaggio) delle scorie, che si basa su un sistema detto ADS (Accelerator Driven System) proposto per la prima volta, all’inizio degli anni ’90, dall’americano Bowman e dall’italiano Rubbia; tale procedimento potrebbe essere utilizzato sia per smaltire scorie già esistenti provenienti da centrali nucleari, o anche da testate in via di smantellamento, sia in nuove generazioni di reattori nucleari per la produzione di energia più sicura e meno inquinante.

Un tipico ADS consisterebbe di due apparati, connessi tra loro: un normale reattore nucleare sottocritico (nel quale cioè la reazione a catena non è capace di autoalimentarsi) accoppiato ad un acceleratore di particelle, designato all’immissione, nel core del reattore, di un quantitativo di neutroni atti ad alimentare la reazione stessa. Il numero di neutroni con cui sarebbe possibile irraggiare è elevato, grazie al metodo che si utilizza per produrli (spallazione).

Uno dei vantaggi che si otterrebbe da un simile apparato è il possibile utilizzo di nuovi e più convenienti combustibili, ad esempio basati sul ciclo del Torio (Uranio 233, fissile, viene ricavato da Torio 232 per cattura neutronica). L’utilizzo di reazioni che sfruttano tale elemento presenta diverse agevolazioni: le scorie hanno una quantità molto inferiore di attinidi minori, che notoriamente rappresentano la parte più radiotossica dei prodotti di fissione; in natura il torio è più abbondante dell’uranio; non esiste infine il problema della proliferazione, cioè non è possibile ricavarne testate nucleari.

Addentrandoci un po’ più a fondo nel problema delle scorie, dividiamole per chiarezza in due gruppi: gli attinidi minori (Curio, Americio, Plutonio, Nettunio…) e frammenti di fissione (Cs, Se, I, Tc…). I primi, come detto, sono i più radiotossici a causa dei loro lunghissimi tempi di dimezzamento, e ciò che si pensa di fare è trasmutarli (cattura neutronica) in elementi più pesanti che siano di nuovo fissili, in modo da poterli reintrodurre nel reattore, in aggiunta al combustibile standard, per produrre altra energia. Per i secondi il procedimento si basa ancora sulla cattura neutronica, ma stavolta i nuclei che si raggiungerebbero, a partire da tali frammenti, sono stabili o con tempi di dimezzamento più brevi. Per questi dunque, uno stoccaggio, anche di tipo geologico, sarebbe una soluzione non irrealizzabile (si parla di vite medie “ragionevoli”).

Alcuni problemi restano, per ora, insoluti: occorre costruire acceleratori di nuova generazione, che producano correnti abbastanza elevate da fornire un numero adeguato di neutroni; le misure di sezioni d’urto devono essere migliorate (questo è il lavoro che stanno svolgendo i ricercatori di n_Tof); si devono studiare soluzioni per consentire all’acceleratore di accedere al core (finestra di accesso) ed infine individuare il combustibile più adeguato e gli elementi per i quali è possibile, teoricamente e tecnicamente, la trasmutazione. Nessuno dei suddetti ostacoli sembrerebbe insuperabile, anzi è opinione di diversi ricercatori coinvolti nel progetto n_Tof che il progetto sia realizzabile, con l’ausilio di fondi e tempo.


Centro Ricerche Saluggia

http://www.saluggia.enea.it/seminari/ program_syntesis/Sintesi5.htm 

Convegno

Sicurezza nucleare e disattivazione impianti in Italia

Saluggia, 6 Ottobre 1998

Sintesi della relazione

INIZIATIVE ITALIANE ALL’ESTERO

(Presenza italiana all’estero nel settore dell’energia nucleare da fissione)

(A. Madonna, ANPA)
(P. Valentini, ANSALDO)
(M. Pezzilli, ENEA)
(L. Noviello, ENEL)

E’ ben noto che la decisione presa dal Governo Italiano a seguito del Referendum, di bloccare, con una moratoria di cinque anni, tutte le attività Nucleari, tutte le nuove realizzazioni, tutti gli Impianti di potenza e i Reattori di Ricerca ha determinato una profonda ristrutturazione del Sistema Nucleare Italiano.

Esso era costituito, come in molti paesi industrializzati, dall’Ente Elettrico (ENEL), dall’Autorità di Sicurezza (Enea DISP, oggi ANPA), dall’Industria e dagli Enti di Ricerca (Università, Enea).

Durante la suddetta moratoria e il periodo che ne seguì, tali Organizzazioni hanno continuato ad essere attive soprattutto all’estero, mettendo a frutto le conoscenze e le esperienze di venti anni di Esercizio di impianti nucleari, di gestione delle problematiche di Sicurezza e del ciclo del combustibile, di Progettazione Impiantistica, di fabbricazione di Componenti Nucleari e di Ricerca per migliorare la Sicurezza degli impianti.

L’Agenzia Nazionale per la Protezione dell’Ambiente (ANPA) in accordo alla legge istitutiva n. 61/94 costituisce l’Autorità di Controllo per la Sicurezza Nucleare e la Radioprotezione in Italia ed è presente nelle principali attività internazionali in Europa relative alla sicurezza nucleare e radioprotezione per gli impianti nucleari, alla gestione dei rifiuti radioattivi ed alla disattivazione delle centrali nucleari.

Mantiene l’attenzione sui criteri e standard di sicurezza nucleare all’interno della UE e in tal senso partecipa anche allo sviluppo di un approccio comune alla sicurezza nucleare per reattori europei di futura generazione.

E’ presente nelle attività di assistenza per la sicurezza nucleare ai Paesi dell’est sia come Autorità di Sicurezza che come Organizzazione Tecnica di Sicurezza che svolge le necessarie analisi e valutazioni tecniche.

Come tale è membro italiano del gruppo RAMG (Regulatory Assistance Management Group) della UE che sovrintende alla Assistenza alle Autorità di Sicurezza per il loro rafforzamento e trasferimento di metodologie occidentali ed è membro del Gruppo TSOG (Technical Safety Organization Group) della UE che sovrintende alla Assistenza alle Autorità di Sicurezza per supporto nelle valutazioni tecniche di sicurezza.

Inoltre ha stabilito accordi di cooperazione bilaterale con l’Ucraina ed in via di elaborazione con la Slovenia e la Croazia.

L’ANPA partecipa a queste attività al fine da un lato di promuovere l’indipendenza del ruolo della Autorità di sicurezza e trasferire l’approccio occidentale nel campo delle regolamentazioni, procedure autorizzative, metodologie di analisi e fornire assistenza nelle valutazioni tecniche e dall’altro di acquisire una conoscenza approfondita dello stato e delle esigenze nel campo della sicurezza nucleare nei Paesi dell’est e quindi anche dei potenziali rischi per il nostro paese.

Le attività a cui partecipa l’ANPA sono sia quelle della UE che quelle della EBRD (European Bank for Research and Development) e della IAEA (International Atomic Energy Agency) con principale coinvolgimento nei progetti dei programmi PHARE (Poland Hungary Assistance for Reconstruction) e TACIS (Technical Assistance to the Commonwealt of Independent States) della UE in veste di membro di un consorzio o di leader dello stesso.

Nelle attività di tipo RAM, l’ANPA è presente in Russia, Slovacchia, Slovenia, Romania e Lituania con leadership per la Slovenia (data la sua vicinanza all’Italia) ed in Romania (per sinergia con la presenza industriale italiana in tale Paese).

Nelle attività di tipo TSO, l’ANPA è presente in Russia, Ucraina, Slovacchia, Repubblica Ceca, Lituania, Armenia, Ungheria e Bulgaria con leadership in progetti che riguardano aree tecniche di particolare interesse per le attività nazionali quali la gestione dei rifiuti radioattivi (in Russia) e la disattivazione di centrali nucleari (in Bulgaria).

Particolare attenzione è posta negli impegni in via di definizione per le attività di disattivazione e gestione rifiuti sul sito di Chernobyl e per quelle di stabilizzazione del sarcofago sullo stesso sito in accordo al piano SIP (Shelter Implementation Plan) del G7. Così pure per gli aspetti di sicurezza sismica in Slovenia ed in Romania.

La partecipazione a queste attività internazionali ha permesso, tra l’altro, un notevole miglioramento dei rapporti con gli altri enti di controllo europei con cui lavora in consorzio, un continuo aggiornamento sui temi della sicurezza nucleare (relative tecnologie e ricerche) e una significativa presenza in programmi internazionali, rilevanti per il ritorno di immagine, assicurando sinergia, la dove è stato possibile, con altri operatori Italiani del settore.

In campo Industriale, ANSALDO ha mantenuto un Dipartimento Nucleare, che oggi conta circa 350 persone, di cui 200 dedicate alla Progettazione del Sistema Nucleare e dei Componenti dando vita ad Ansaldo Divisione Nucleare di Genova e il resto impegnato in attività di fabbricazione componenti nella Unità Componenti Nucleari di Milano.

La presenza all’estero di Ansaldo Divisione Nucleare si è concretizzata principalmente sotto forma di Partecipazione in Società e Consorzi per attività sia di Realizzazione Impianti che di Service Nucleare.

Un Consorzio, detto AAC (AECL – Ansaldo Consortium ), è stato costituito nel 1992 per la realizzazione dell‘Impianto Nucleare di Cernavoda Unità 1 in Romania.

L’entrata in rete è avvenuta nel Luglio del 96 e da allora l’impianto opera alla massima potenza fornendo alla Romania il 10% del suo fabbisogno di Energia Elettrica.

Nell’ambito del Service Nucleare, in passato principalmente orientato al Reattore Veloce Superphenix è stata costituita la società NNS insieme a Framatome / Novatome.

Nei paesi del Centro Europa, Ansaldo Divisione Nucleare è stata presente fin dall’inizio ottenendo contratti per forniture di attrezzature e di servizi di Ingegneria direttamente dalle Utilities e partecipando ai programmi Europei TACIS e PHARE in joint venture o attraverso il consorzio European Nuclear Assistance Consortium (ENAC).

Per quanto riguarda le attività manufatturiere lo sforzo di promozione commerciale prodotto in Europa e soprattutto negli USA ha permesso in un primo tempo l’acquisizione di parti di Generatori di Vapore e di Casks per combustibile esaurito e più recentemente l’assegnazione ad Ansaldo di due contratti per la sostituzione di Generatori di Vapore completi di tipo Westinghouse ed ABB .

Il completamento e la realizzazione di nuovi impianti costituisce un’interessante prospettiva nel centro Europa e nel Sud Est asiatico.

Oltre al completamento della unità 2 di Cernavoda, si citano le offerte in corso per una Centrale di tipo W- AP600 in Ungheria e una centrale del tipo CANDU 600 in Turchia.

Importanti opportunità si sono presentate anche nell’area del Sud Est Asiatico.

Nel settore della gestione dei rifiuti radioattivi e dello smantellamento degli impianti nucleari si segnala l’interessante prospettiva in Ucraina che dovrebbe aprire la strada per altri significativi interventi nell’area dell’est europeo.

Soprattutto in tale settore esiste la possibilità di una presenza importante dell’industria italiana. Tale presenza è tuttavia condizionata dalle opportunità che avrà concesso il mercato domestico, per il quale è necessario stabilire nel prossimo futuro le condizioni normative che consentano l’avvio degli interventi .

L’importanza di un mercato domestico è dimostrata da una recente acquisizione di un contratto per la fornitura di attrezzature di movimentazione per un deposito a secco a Wlissingen in Olanda reso possibile dai precedenti studi effettuati da Ansaldo per il deposito a secco dell’ENEL e dallo sviluppo dei progetti di trattamento effluenti liquidi per l’impianto Cora di Saluggia (ENEA) e l’impianto STEL di ISPRA (JRC).

Tali opportunità, se adeguatamente supportate potranno concretizzarsi e ridare slancio all’industria nucleare italiana.

L’ENEA ha mantenuto un programma di ricerca nel campo delle tecnologie e della sicurezza nucleare, circoscritto ma significativo, finalizzato principalmente a mantenere le conoscenze sulle metodologie, le soluzioni ed i processi più significativi sotto il profilo della sicurezza e a garantire un ruolo attivo del Paese nelle sedi internazionali o negli interventi di cooperazione.

Nel quadro delle iniziative europee per l’assistenza alla sicurezza delle centrali nucleari dell’Est Europeo, l ‘ENEA partecipa, in collaborazione con ANPA, ai progetti nel quadro dei programmi europei PHARE e TACIS per i reattori tipo VVER, contribuendo in particolare nella valutazione delle possibili conseguenze e nella definizione delle metodologie di mitigazione di eventi incidentali severi, e RBMK, partecipando in Gruppi di Lavoro internazionali per la Safety Review. Ha collaborato con RDIPE (Federazione Russa) per lo studio della cinetica neutronica nella fase iniziale dell’incidente di Chernobyl.

Contatti per l’attivazione di accordi bilaterali per il miglioramento della sicurezza dei reattori tipo VVER sono stati presi con VUJE (Repubblica Slovacca) e HDEC (Ungheria) per azioni riguardanti la definizione di interventi urgenti per il miglioramento della sicurezza operativa. Inoltre fornisce un supporto nella gestione della banca dati del G24 per il Nuclear Safety Account Committee.

All’ENEA, infine, è assegnato il compito di assistenza al MAE sulle problematiche del disarmo nucleare. Di particolare importanza è l’impegno finanziario (circa 10 miliardi di lire) assunto dal Governo Italiano con la legge n. 579/ 94 per l’esecuzione di un programma di assistenza alla Federazione Russa, nell’ambito delle attività relative allo smantellamento delle armi nucleari. Tale programma, di cui l’ENEA è l’Ente esecutore, prevede la fornitura, da parte di industrie italiane, di sistemi ed attrezzature fisse, mobili e trasportabili per il monitoraggio radiometrico della popolazione e del territorio, la loro installazione e le prove di funzionamento.

Inoltre, nell’ambito del progetto europeo INTAS, l’ENEA partecipa alle attività di valutazione delle conseguenze radiologiche sull’uomo e sul territorio dei test nucleari nell’area di Semipalatinsk nel Kazachstan.

Queste azioni sono tutte frutto della riconosciuta competenza dell’ENEA nel settore radioprotezionistico.

ENEL, seguendo le indicazioni del Governo, oltre al personale di centrale necessario per operare le quattro unità nucleari di potenza in condizione di reattore spento (Caorso, Trino, Latina e Garigliano) ha mantenuto un gruppo di tecnici altamente qualificati nel campo dei Reattori Nucleari ad acqua leggera, iniziando un programma di ricerca e sviluppo sui Reattori ad elevata sicurezza passiva nel quadro di una ampia cooperazione internazionale e proponendo la propria esperienza e le proprie competenze per interventi di assistenza e consulenza tecnica all’estero anche in collaborazione con i principali esercenti europei.

Da segnalare in particolare l’iniziativa, allargata recentemente anche alla Russia, per la stesura dei requisiti degli esercenti europei di impianti nucleari per i reattori della prossima generazione.

Indipendentemente dalla effettiva realizzazione di tali reattori, questa iniziativa costituisce una importante sede di armonizzazione tecnica e di travaso di conoscenze tra le varie società che vi partecipano.

Gli accordi raggiunti in tale sede stanno diventando sempre di più un punto di riferimento per gli interventi di revisione periodica sugli impianti in esercizio in particolare nei paesi dell’Est.

Merita una citazione l’assistenza tecnica che ENEL fornisce all’Ente Elettrico Messicano (CFE) presso la Centrale Nucleare di Laguna Verde in attività di consulenza nel campo dell’addestramento del personale.

Esperti dell’ENEL hanno fornito attività di consulenza nel campo della Garanzia della Qualità e delle analisi degli incidenti al TPEG (Twinning Program Engineering Group), organismo creato dalla CE per la gestione tecnica dei Programmi TACIS e PHARE.

Nell’ambito dei suddetti programmi, finalizzati al miglioramento della sicurezza delle centrali nucleari dell’Europa centro orientale, ENEL ha ottenuto una serie di contratti per i progetti di assistenza in sito a Kalinin, South Ucraine, Beloyask.

Da segnalare inoltre le attività in corso relative alla ri-ingegnerizzazione del sistema elettrico della centrale nucleare di Bilibino (Russia) e la recente acquisizione di un contratto di assistenza per la centrale armena di Medzamor che vede l’ENEL capofila di un consorzio comprendente TRACTEBEL (Belgio) e RWE (Germania).

L’aumento dell’impegno sul decommissioning degli impianti e l’avvio di rapporti con nuovi partners internazionali ha consentito ad ENEL attraverso la sua Struttura di Gestione impianti Nucleari (SGN) la partecipazione a gare internazionali relative a questo filone di attività.

Da segnalare in questo ambito le offerte con Nucleco per i due progetti, finanziati dalla DG XI della Commissione Europea, relativi alla pianificazione del decommissioning delle installazioni nucleari presenti nei paesi del Centro Europa e la partecipazione di ENEL-SGN a due consorzi internazionali che hanno presentato offerta per le gare finanziate dalla EBRD (European Bank for Reconstruction and Development), di risanamento del sito di Chernobyl.

Infine è in corso di presentazione con la GNB tedesca ed altri partners europei una offerta, del tutto sinergica con le attività di ENEL in Italia, per il deposito del combustibile irraggiato.


CAPITOLO 10 – I RIFIUTI RADIOATTIVI E LA LORO GESTIONE

Si tratta della parte più delicata dei problemi indotti dal nucleare ed in essa è compreso quanto abbiamo appena detto nel capitolo precedente. Anche qui riporto vari studi iniziando con un dossier che riprende molte delle cose già dette:

Corso di perfezionamento in tecnologie della pace e del disarmo (2004/2005) – Idee e possibili soluzioni per il problema delle scorie nucleari

G. Bolognini – Sicurezza degli impianti e gestione dei rifiuti radioattivi

Gestione dei rifiuti radioattivi

Massimo Scalia, Giuseppe Onufrio – Una strategia per la gestione delle scorie nucleari

SOGIN (Società gestione impianti nucleari) – STUDIO PER LA LOCALIZZAZIONE DI UN SITO PER IL DEPOSITO NAZIONALE CENTRALIZZATO DEI RIFIUTI RADIOATTIVI: 

1 – Premessa

2 – Indirizzi istituzionali

3 – Studi e ricerche pregresse in ambito nazionale

4 – Criteri generali di sicurezza

5 – Recuperabilità dei rifiuti radioattivi

6 – Inventario dei rifiuti radioattivi di II categoria

7 – Inventario dei rifiuti radioattivi di III categoria

8 – Metodologia di selezione di un sito profondo in formazione salina

9 – Applicazione della procedura di selezione del sito

10 – Caratteristiche sismiche e geo-idrogeologiche del sito di Scanzano Jonico

11 – Caratteristiche ambientali e territoriali dell’area di Scanzano Jonico

12 – Piano preliminare di validazione della scelta del sito

13 – Conclusioni


CAPITOLO 11 – LA RADIOPROTEZIONE AMBIENTALE

Altro tema di grande rilievo che, se non si coniuga con le indagini epidemiologiche ambientali precedenti la realizzazione di impianti, diventa mera enunciazione di principi.

http://www.saluggia.enea.it/seminari/ Rapporti/rap_radio_prot.htm

Centro Ricerche Saluggia

Rapporto di Radioprotezione Ambientale

di:

ANPA, Giuseppe Grossi, Carlo Rollo
ENEA Radioprotezione, Carlo-Maria Castellani, Giuseppe Tarroni
ENEA Esercente, Luigi Frittelli, Giuseppe Rolandi
ENEL SGN (Struttura Gestione Impianti Nucleari), Severino Alfieri, Aristide Della Notte, Antonio Garofalo

INDICE

Parte Generale                                                                                                     

ANPA, Giuseppe Grossi, Carlo Rollo
ENEA Radioprotezione, Carlo-Maria Castellani, Giuseppe Tarroni
ENEA Esercente, Luigi Frittelli, Giuseppe Rolandi
ENEL SGN, Severino Alfieri, Aristide Della Notte, Antonio Garofalo

1. Necessità della radioprotezione in Italia
2. Riferimenti internazionali della radioprotezione
3. Obblighi internazionali
4. Le componenti il sistema radioprotezione
5. Il recepimento della nuova Direttiva 96/29/EURATOM
6. Necessità del ricambio generazionale e di attività di formazione
7. Rete nazionale e reti locali di rilevamento della radioattività ambientale
8. Articolazione del rapporto

Parte I                                                                                                                       
Attività di vigilanza e normativa nel campo della radioprotezione
ANPA, Giuseppe Grossi, Carlo Rollo

Parte II                                                                                                                      
Attività di qualificazione e ricerca
ENEA Istituto per la Radioprotezione, Carlo-Maria Castellani, Giuseppe Tarroni

Parte III
Attività di radioprotezione: le esigenze dell’esercente 
                                              ENEA Esercente, Luigi Frittelli, Giuseppe Rolandi,
ENEL SGN (Struttura Gestione Impianti Nucleari), Severino Alfieri, Aristide Della Notte, Antonio Garofalo

 Il presente rapporto costituisce una anticipazione del Rapporto sullo stato della radioprotezione in Italia che, corredato da numerosi allegati, sarà reso disponibile in occasione della Conferenza Nazionale Energia Ambiente. Si è comunque ritenuto di dover fornire, già fin da ora, elementi utili per una maggiore comprensione del quadro generale, delineato anche nel Convegno di Saluggia “Sicurezza nucleare e disattivazione impianti in Italia”.

LO STATO DELLA RADIOPROTEZIONE IN ITALIA

Parte Generale

ANPA, Giuseppe Grossi, Carlo Rollo
ENEA Radioprotezione, Carlo-Maria Castellani, Giuseppe Tarroni
ENEA Esercente, Luigi Frittelli, Giuseppe Rolandi
ENEL SGN, Severino Alfieri, Aristide Della Notte, Antonio Garofalo

Il presente rapporto intende fare il punto dello stato della radioprotezione in Italia evidenziando le esigenze derivanti dai programmi attuali e dai progetti di attività con rischio da radiazioni ionizzanti, nonché dagli obblighi derivanti al Paese da accordi internazionali. Il rapporto, partendo dall’analisi della situazione attuale, propone un esame puntuale del sistema della radioprotezione in Italia, articolato secondo i riferimenti relativi alla componente che ha a carico la vigilanza, alla componente di riferimento tecnico-scientifico, e alle esigenze specifiche dell’esercente.

Oltre che fare il punto della situazione attuale, con il presente rapporto si intendono anche sottolineare i problemi e le carenze che il sistema radioprotezione in Italia attualmente pone in ordine alla sua efficacia, come primo passo necessario nella direzione del miglioramento della affidabilità e della trasparenza.

1. Necessità della radioprotezione in Italia

L’esistenza di un sistema di protezione dalle radiazioni ionizzanti (radioprotezione) efficiente, affidabile e trasparente, nel quale diverse componenti, e le diverse strutture scientifiche e tecnico-amministrative presenti nel paese (Enti di ricerca pubblici o Universitari, Istituti o Amministrazioni periferiche o centrali di indirizzo e di controllo) concorrono in modo integrato e finalizzato a mantenere un grado di sicurezza e protezione allineato a quello dei paesi più progrediti, è condizione preliminare ed indispensabile perché una qualsiasi attività con rischio da radiazioni ionizzanti possa essere svolta nel rispetto dei principi basilari e della normativa vigente in tema di radioprotezione dei lavoratori e della popolazione nonché della tutela dell’ambiente.

La decisione, assunta ai massimi livelli politici tra la fine degli anni ottanta e l’inizio degli anni novanta, di rinunciare alla fonte nucleare per le esigenze energetiche nazionali, con la conseguente chiusura delle centrali nucleari e delle installazioni del ciclo del combustibile, non ha certamente annullato e neppure attenuato la suddetta esigenza.

Infatti, in Italia, mentre si è ancora in attesa di chiudere definitivamente il nucleare energetico pregresso, con conseguente necessità di mantenere in sicurezza le relative installazioni e i prodotti del loro passato funzionamento (combustibile irraggiato, rifiuti radioattivi, materiali attivati, ecc.), l’utilizzo dei radioisotopi e delle macchine radiogene è notevolmente sviluppato e disseminato in diversi campi di applicazione.

Più in dettaglio, si citano brevemente, anche se in maniera non esaustiva, i principali campi di applicazione del sistema nazionale di radioprotezione:

  • campo impianti nucleari: attività di disattivazione degli impianti compresa l’attività di condizionamento dei rifiuti radioattivi e della chiusura del ciclo del combustibile.
  • campo industriale: controlli non distruttivi; misure di livello, spessore, densità ed umidità preposti al controllo computerizzato dei diversi processi di produzione industriale; impianti per sterilizzazione di prodotti e presidi medico-chirurgici ecc.
  • campo medico-sanitario: diagnostica con RX e con radioisotopi (RIA e scintigrafia); terapia con acceleratori e con grosse sorgenti radioattive (terapia endocavitaria e teleirradiazione) ecc.
  • campo della ricerca: universitaria, industriale nonché medico-sanitaria; studi relativi all’utilizzazione della fusione nucleare controllata come nuova fonte energetica; studi su sistemi avanzati di gestione delle scorie radioattive a lunga vita; studi sul comportamento di strutture, tessuti, cellule, microrganismi ecc. sotto l’influsso di campi di radiazioni ionizzanti.

In particolare si intende sottolineare che incombe in maniera ormai non più procrastinabile la necessità di affrontare in modo concreto il problema del decommissioning delle centrali legate alla produzione di energia elettrica e degli impianti legati al ciclo del combustibile.

In tale ambito, occorre innanzitutto provvedere alla definitiva messa in sicurezza dei rifiuti radioattivi, in gran parte accumulati ancora allo stato di “come prodotti” presso i rispettivi siti di origine. Infatti, dimostrando di essere in grado di gestire in sicurezza tali rifiuti, si dimostra di poter gestire con le medesime garanzie la gran quantità di rifiuti (certamente superiore, in termini volumetrici, a quella dei rifiuti fin qui accumulati) che sarà prodotta dalle operazioni di smantellamento degli impianti.

Condizione irrinunciabile, a tale scopo, oltre che un serio e concreto impegno degli esercenti nel provvedere con la massima urgenza alle operazioni di trattamento e condizionamento dei rispettivi rifiuti, è quella di individuare, caratterizzare e rendere operativo il sito nazionale centralizzato per lo smaltimento definitivo dei rifiuti a bassa e media attività (rifiuti di Seconda Categoria secondo la Guida Tecnica N° 26 dell’ANPA) e per l’immagazzinamento a medio termine, in apposita struttura ingegneristica, del combustibile irraggiato e dei rifiuti ad alta attività (rifiuti di Terza Categoria secondo la Guida Tecnica N° 26 dell’ANPA).

Per l’estrema rilevanza e delicatezza delle problematiche connesse, la scelta del sito dovrà costituire un impegno prioritario del Governo, da perseguire in stretta collaborazione, e con meccanismi di massima obiettività e trasparenza, con le autorità regionali e locali, con le rappresentanze sindacali, le associazioni ambientaliste, l’opinione pubblica in generale, avendo come obiettivo la ricerca del consenso.

La necessità di perseguire il mandato politico di “denuclearizzare” l’Italia dai resti delle pregresse attività energetiche da fissione non può far dimenticare la presenza di numerose e rilevanti installazioni nucleari disseminate in prossimità dei nostri confini ad opera di nazioni ancora fortemente nuclearizzate.

Inoltre, occorre anche poter adeguatamente fronteggiare i problemi posti dal dissolvimento di strutture di controllo in paesi già fortemente nuclearizzati posti ad est del territorio nazionale.

In tale ambito si collocano i possibili incidenti transfrontalieri legati alla presenza di numerosi impianti nucleari in esercizio oltre frontiera e i problemi posti dall’illecito traffico internazionale di materiale fissile, fertile e radioattivo, nonché il commercio di rottami metallici che possono contenere, come già successo, sostanze radioattive o materiali attivati.

Un sistema efficiente di radioprotezione è dunque indispensabile per assicurare che la gestione di tutte le attività con rischio da radiazioni ionizzanti presenti in Italia avvenga nelle condizioni di massima sicurezza, e, nello stesso tempo, per garantire un dispositivo adeguato a fronteggiare possibili situazioni che coinvolgano il territorio italiano.

Il sistema radioprotezione deve offrire ai lavoratori, alla popolazione e all’ambiente garanzia di controllo e di riduzione dei rischi a livelli tecnicamente e scientificamente accettabili. E’ inoltre necessario che esso sia chiaramente individuato, correttamente strutturato ed unitario pur nella articolazione delle competenze, funzioni e responsabilità dei diversi attori a vario titolo preposti, e caratterizzato da un elevato grado di trasparenza in modo da offrire alla opinione pubblica la garanzia di efficienza ed affidabilità, oltre che l’immagine di autorevolezza tecnico-scientifica.

La accettabilità di attività con rischio radiologico da parte del pubblico richiede inoltre una azione permanente di informazione e comunicazione trasparente ed affidabile. Tale azione deve anche essere univoca per il Paese, e richiede il necessario coordinamento delle strutture a tale scopo preposte.

2. Riferimenti internazionali della radioprotezione

L’attività di radioprotezione è soggetta a continuo aggiornamento dovuto ai risultati di una forte componente di ricerca nei campi della fisica e della radiobiologia che porta ad una continua revisione di metodi, modelli e procedure operative. Le stesse norme di carattere legislativo e prescrittivo seguono una evoluzione caratterizzata da rapidi mutamenti. Esistono in campo internazionale istituzioni di carattere tecnico scientifico che hanno lo scopo di promuovere studi, ricerche e valutazioni producendo un continuo aggiornamento dei documenti che costituiscono poi la base per tutte le normative. Citiamo qui soltanto le più rilevanti e significative:

  • dal 1955 è operante il “Comitato delle Nazioni Unite per lo studio degli effetti delle radiazioni atomiche (UNSCEAR)” il cui ultimo rapporto all’Assemblea Generale ONU è del 1993 ed il prossimo è previsto per il 2000;
  • dagli anni ’20 è attiva la “Commissione internazionale per la protezione radiologica (ICRP)” che ha pubblicato finora 76 Rapporti su vari temi di radioprotezione che costituiscono la base scientifica per tutte le procedure operative. Organismo non governativo riconosciuto dall’ONU.
  • dagli anni ’20 è operante anche la ” Commissione internazionale per le unità e le misure delle radiazioni (ICRU)”. Organismo non governativo riconosciuto dall’ONU.

Varie Agenzie specializzate delle Nazioni Unite elaborano raccomandazioni e pubblicano rapporti:

  • Agenzia Internazionale dell’Energia Atomica, IAEA
  • Organizzazione mondiale di sanità, WHO
  • Ufficio internazionale del lavoro, ILO.

Attenzione ai temi di radioprotezione viene pure dedicata da:

  • Agenzia dell’Energia Nucleare, NEA dell’OCSE.

La Unione Europea promuove infine un consistente programma di studio e pubblica frequenti Guide e Rapporti tecnici di riferimento sulle tematiche emergenti di radioprotezione. Il Consiglio dei Ministri dell’Unione Europea (Council) emana infine delle Direttive (rivolte ai governi e non ai singoli) il cui recepimento è obbligatorio per gli Stati membri e la Commissione Europea pubblica Raccomandazioni basilari per le applicazioni operative.

La recente Direttiva 96/29/EURATOM stabilisce le più aggiornate norme fondamentali relative alla protezione sanitaria della popolazione e dei lavoratori contro i pericoli derivanti dalle radiazioni ionizzanti.

3. Obblighi internazionali

L’Italia ha sottoscritto numerosi accordi ed impegni internazionali riguardanti le attività con rischio radiologico fra i quali si elencano i principali:

  • Trattato Euratom in relazione all’Atto Unico Europeo;
  • Trattato di Non Proliferazione Nucleare;
  • Convenzione Internazionale sulla Sicurezza Nucleare ratificato con Legge 19/1/1998 n. 10;
  • Convenzionze Internazionale Congiunta sulla Sicurezza della Gestione del Combustibile Irraggiato e sulla Sicurezza della Gestione dei Rifiuti Radioattivi, firmata a Vienna da Ambasciatore Manno il 26/1/1998, in corso di ratifica;
  • Protocollo aggiuntivo sulle Salvaguardie tra paesi Euratom non aventi armamenti nucleari e IAEA, in corso di definizione presso la Commissione Europea.

Vanno anche richiamate le esigenze derivanti dagli accordi Europei sulla libera circolazione dei lavoratori (Regolamento n. 1612/68 CEE del consiglio GUCE L 257 del 19/10/1968) e dagli accordi di Schengen sulla libera circolazione dei cittadini (Legge di ratifica della Convenzione di Schengen 30/9/1993 n. 388 cui l’Italia ha aderito eliminando i controlli alle frontiere intercomunitarie dal 1/4/98).

Quanto esposto evidenzia la necessità di un impegno consistente e continuo per rendere, e poi mantenere, efficiente il sistema nazionale di radioprotezione.

4. Le componenti il sistema radioprotezione

L’articolazione delle attività di radioprotezione nei Paesi Europei ed in genere nei Paesi più avanzati nel campo può essere riportata al seguente schema:

a) attività di vigilanza, ispezione e normativa
b) attività di ricerca e qualificazione
c) attività di dosimetria interna ed esterna; attività di taratura strumenti
d) attività operativa di sorveglianza nei confronti dei lavoratori, della popolazione e dell’ambiente

I Paesi più piccoli, come dimensione ed attività con rischio radiologico, hanno adottato diversi gradi di unificazione di queste 4 linee di attività fino all’estremo di una Agenzia od Istituto che le copre tutte, in alcuni casi (Paesi del Nord-Europa) le attività di qualificazione e ricerca sono svolte prevalentemente sulla base di collaborazioni a livello sovranazionale.

Nei Paesi maggiori si è in presenza di una diversificazione nella attribuzione delle attività, sempre con una univoca ed esplicita attribuzione di responsabilità e competenze:

  • in tutti i Paesi esiste un organismo (“Nuclear Regulatory Body” o Autorità Nazionale per la Sicurezza Nucleare) che ha come compito principale, e spesso unico, la vigilanza, il “licensing”, le ispezioni, le norme tecniche;
  • le attività di ricerca e qualificazione sono demandate ad Istituzioni di carattere tecnico-scientifico le quali possono, al bisogno, avvalersi di altre Istituzioni, in ogni caso sotto la propria responsabilità;
  • le attività di dosimetria e taratura sono regolamentate, poste sotto vigilanza e con l’obbligo della qualificazione;
  • l’attività operativa di sorveglianza viene demandata alla responsabilità dei gestori dei singoli impianti o attività, con il controllo dell’Autorità Nazionale.

Il sistema nazionale per la sicurezza nucleare e la radioprotezione è stabilito e regolato da apposite Leggi e appositi Decreti, che, nel caso specifico dei Paesi Membri dell’Unione Europea, recepiscono e rendono operative le Direttive emesse dal Consiglio in questo settore specifico.

Il Decreto Legislativo n. 230 del 17 marzo 1995, che costituisce oggi il dettato di legge di riferimento per le attività con rischi da radiazioni ionizzanti svolte in Italia, ha infatti recepito le direttive Euratom 80/836, 84/467, 89/618, 90/641 e 92/3.

5. Il recepimento della nuova Direttiva 96/29/EURATOM

Il recepimento della nuova Direttiva 96/29/EURATOM deve avvenire in tempi brevi (entro il 13 maggio 2000) e costituire l’occasione per aggiornare, tramite tale recepimento, la normativa esistente (D.Lgs. 230/95).

Le maggiori caratteristiche generali innovative della nuova Direttiva che si intende sottolinerare riguardano:

a) – La applicazione a tutte le attività con rischio o incremento di rischio radiologico (vedi art. 2 comma 2 e Titolo VII); la direttiva si applica quindi anche alle attività lavorative che implicano “la presenza di sorgenti di radiazioni naturali e conducono ad un significativo aumento della esposizione di lavoratori, o di individui della popolazione, che non può essere trascurato dal punto di vista della radioprotezione”. Sia il termine “significativo” che l’espressione “punto di vista della radioprotezione” devono intendersi in termini di dose all’interno dei limiti fissati dalla Direttiva stessa per i lavoratori e la popolazione in riferimento alle attività lavorative.

b) – La definizione di livelli di eliminazione (clearence levels, vedi art. 5 comma 2 e Allegato I punto 3). Questo aspetto, in particolare, è critico e fondamentale per tutte le attività connesse con la gestione dei rifiuti radioattivi e con la disattivazione delle centrali e degli impianti nucleari.

Si ritiene che anche questo aspetto debba essere affrontato in termini di dose nel senso che i rischi radiologici a qualsiasi individuo della popolazione siano sufficientemente ridotti da risultare trascurabili. Con questo criterio la Direttiva nell’ Allegato I presenta inoltre i valori numerici connessi alla dose individuale e collettiva che risultano trascurabili per ogni pratica. Tali dosi sono indicate nei termini di dose efficace < 10 µSv all’anno per ciascun individuo della popolazione e dose collettiva non superiore a 1 man Sv.

Si ritiene che non sia accettabile il recepimento solo parziale di questi due aspetti innovativi della Direttiva che vanno correttamente e coerentemente affrontati in termini di dose (significatività dal punto di vista della radioprotezione). Occorre cioè che anche la legge Italiana di recepimento mantenga la caratteristica di completezza e quindi includa sia il criterio di eliminazione che la prescrizione, per attività lavorative, di valutazione di incremento di rischio da radionuclidi naturali utilizzando la dose come parametro unico discriminante.

L’armonizzazione delle normative a livello europeo costituisce inoltre una importante base normativa per la regolamentazione del traffico transfrontaliero di materiali radioattivi di qualsiasi natura.

Per una effettiva protezione dei lavoratori esposti e della popolazione deve essere adeguatamente recepito anche il capo IV della Direttiva per la parte che riguarda la idoneità dei servizi afferenti alla radioprotezione, in particolare i servizi di dosimetria. E’ infatti indispensabile che i dati che sono alla base delle valutazioni di rischio godano delle caratteristiche della confrontabilità ed affidabilità pena la perdita di fiducia da parte dei destinatari finali (lavoratori e popolazione). Allo scopo è indispensabile individuare procedure e disposizioni per il riconosciumento della idoneità dei servizi che prevedano, in modo particolare, la definizione di una istituzione con capacità tecniche e scientifiche atta a rendere operativa la qualificazione. A tale soggetto saranno demandate le fasi tecniche della qualificazione in modo tale che il procedimento amministrativo possa risultare agile, frequentemente ripetibile nel tempo e trasparente.

6. Necessità del ricambio generazionale e di attività di formazione

Per tutte le componenti che costituiscono il sistema radioprotezione in Italia si deve fare una osservazione importante.

Anche se tuttora sono presenti nel Paese livelli di competenza elevati e dotati dei necessari collegamenti internazionali, si continua a registrare nel settore specifico della sicurezza nucleare e della radioprotezione la perdita di personale esperto e specializzato, il quale o si inserisce in altre attività ritenute più interessanti o più remunerative, o va a rafforzare il già cospicuo esodo in atto per raggiungimento dell’età pensionabile.

A questo grave depauperamento si aggiunge, come ulteriore aggravante, la pressochè totale mancanza di ricambi generazionali nell’ultimo decennio.

In questo contesto, è facilmente prevedibile che entro pochi anni il sistema non sarà più in grado di assolvere i suoi compiti, se non interviene un rapido e significativo (in termini sia qualitativi che quantitativi) processo di reperimento di giovani leve.

Ciò richiede obbligatoriamente di ridare urgentemente slancio alle azioni di formazione, iniziali e permanenti, per tutti i settori di competenza che riguardano tutte le componenti della radioprotezione, coinvolgendo le risorse tecnico scientifiche ancora disponibili in ambito nazionale (tipicamente presenti in Enti di ricerca ed Università).

7. Rete nazionale e reti locali di rilevamento della radioattività ambientale

Per quello che riguarda la radioprotezione della popolazione e la tutela dell’ambiente in riferimento ai rischi radiologici in connessione sia all’attività interna all’Italia, ma, ormai, soprattutto ad eventi transfrontalieri, si prende atto del notevole sforzo che, sotto la spinta propulsiva dell’ANPA e del Ministero della Sanità, il Paese ha finora fatto, dopo l’evento Chernobyl, per l’allestimento di una articolata Rete nazionale di rilevamento della radioattività ambientale ad integrazione delle già esistenti e collaudate Reti locali gestite dagli esercenti nucleari (ENEL, ENEA, Università ecc.), nonché di una Rete di allarme per il rilevamento in tempo reale di eventi anomali o incidentali. E’ comunque auspicabile che vengano risolti problemi che, pur non essendo tecnici, rivestono grande importanza in quanto attinenti alla gestione ed elaborazione dei dati che devono essere competenza di un organismo centrale, così come ad un organismo centrale deve competere la gestione e la diffusione, tramite gli indispensabili mass media, di una informazione al pubblico coordinata, corretta e chiara.

8. Articolazione del rapporto

Anche per la necessità di favorire chiarezza e trasparenza la presente relazione è divisa in tre parti che rispondono ad esigenze e funzioni precise e cioè:

  • Parte I Attività di vigilanza e normativa nel campo della radioprotezione, preparata da ANPA.
  • Parte II Attività di qualificazione e ricerca, preparata da ENEA Istituto per la Radioprotezione in qualità di promotore della qualità e della ricerca
  • Parte III Attività di sorveglianza di radioprotezione, preparata da ENEA Funzione Esercente e da ENEL SGN (Struttura Gestione Impianti Nucleari) quali rappresentanti della tipologia di problemi dell’Esercente in Italia.

NOTA: Tra gli organismi centrali che hanno compiti di radioprotezione un ruolo importante occupano l’Istituto Superiore di Sanità (ISS) e l’Istituto Superiore per la Prevenzione e la Sicurezza nel lavoro (ISPESL) che, in base alle leggi istitutive, ai decreti relativi al loro riordino ed allevigenti leggi nel settore, hanno numerosi compiti ed attribuzioni, in particolare per quanto riguarda la radioprotezione dei lavoratori e della popolazione, compiti ed attribuzioni non articolati nel presente rapporto.

Non si può nascondere che, su alcune tematiche, sussistono ancora conflitti di competenza fra le varie istituzioni che sarebbe indispensabile affrontare e risolvere.

Parte I

Attività di vigilanza e normativa nel campo della radioprotezione

ANPA, Giuseppe Grossi, Carlo Rollo

Tra i molteplici compiti istituzionali dell’ANPA ex L. 61/1994, particolare rilievo rivestono ai fini della presente conferenza quelli derivanti dalla normativa vigente nel campo dell’impiego pacifico dell’energia nucleare, con particolare riferimento alla Legge 1860 del 31/12/1962, al recente D.Lgs. 230 del 17 marzo 1995, e, per la parte di quest’ultimo non ancora regolamentata dai previsti decreti applicativi, dal DPR 185/64.

In questo ambito, i compiti dell’ANPA possono essere così sinteticamente riassunti:

  • vigilanza e controllo su attività nucleari: possesso, commercio, trasporto, utilizzazione, dismissione di materiale nucleare e/o radioattivo, di sorgenti radioisotopiche, di macchine radiogene;
  • istruttorie per autorizzazione nuove installazioni, modifiche di impianto e di corpi prescrittivi;
  • monitoraggio in tempo reale della radioattività in aria;
  • adempimenti derivanti dagli accordi internazionali nel quadro del Trattato di Non Proliferazione;
  • elaborazione e gestione piani emergenze radiologiche nazionali e transfrontaliere;
  • elaborazione e diffusione normativa tecnica;
  • predisposizione sistema informativo (banche dati);
  • studi e valutazioni sulla sicurezza nucleare e radioprotezione;
  • mantenimento e sviluppo competenze specialistiche;
  • cooperazione internazionale su sicurezza e radioprotezione;
  • supporto alle Amministrazioni centrali e periferiche, e alla Magistratura, in materia di sicurezza nucleare e radioprotezione.

Qui di seguito, vengono descritte in maggiore dettaglio le principali attività relative ai compiti istituzionali da svolgere.

Vigilanza

Ai sensi del D.Lgs. 230/95 l’ANPA risulta titolare di potere di vigilanza su tutte le attività soggette allo stesso D.Lgs., comprese le installazioni mediche, con la sola esclusione degli aspetti relativi alla radioprotezione del paziente.

In base a tale disposizione, la vigilanza deve essere effettuata, in via ordinaria:

sugli “impianti nucleari” come definiti dal capo VII del D.Lgs. 230/95;

sull’impatto radiologico intorno ai siti nucleari ove sono collocati tali impianti;

sull’impiego dei radioisotopi e delle macchine radiogene;

sulle macchine sperimentali per la fusione;

sul trasporto delle materie radioattive;

sulla detenzione e l’impiego di materie fissili speciali e prime fonti;

sulle misure di protezione fisica passiva degli impianti nucleari;

su qualsiasi altra attività o situazione che comporti un rischio significativo derivante dalle radiazioni ionizzanti.

Alle attività di vigilanza ordinaria possono aggiungersi, secondo le circostanze, attività di vigilanza straordinaria, quali quelle da effettuare su richiesta specifica di Autorità Giudiziaria, Ministeri, NOE, GDF, PMP, ecc., ovvero quelle di iniziativa della stessa ANPA (ad esempio: campagne di misure radioecologiche “mirate” intorno ai siti nucleari).

Una stima complessiva delle installazioni su cui effettuare la vigilanza ordinaria è la seguente:

• Grandi Impianti (reattori, impianti del ciclo del combustibile, depositi, impianti di trattamento e/o deposito di rifiuti radioattivi) su cui è sempre stata effettuata attività di vigilanza: circa 30 (Nella Tabella 1 è mostrato l’elenco di tali impianti).

• Installazioni riconducibili ad attività “radioisotopi e macchine radiogene”, per cui è stato espresso parere per l’autorizzazione a livello centrale ed alcune altre autorizzate a livello periferico, su cui è stata sempre effettuata attività di vigilanza: circa 100.

• installazioni a scopo medico-sanitario: circa 5700
(secondo stime del Ministero della Sanità, sono circa 1900 le istituzioni sanitarie a livello ospedali-case di cura: è ragionevole assumere che sia presente in queste almeno una sorgente di radiazioni; è ragionevole altresì assumere in circa 4000 il numero di studi radiologici privati e di laboratori di analisi).

• impieghi non sanitari delle radiazioni ionizzanti : circa 2000
(oltre alle circa 100 installazioni già citate, sono note circa 550 aziende operanti nel campo dei controlli non distruttivi, e risultano altresì circa 1150 installazioni ove vengono impiegate sorgenti di tipo diverso).

Istruttorie

Le istruttorie da seguire nell’ambito delle procedure di “licensing” di competenza dell’ANPA variano da quelle, più complesse, relative ai “grandi impianti”, a quelle, relativamente più semplici ma non per questo meno impegnative, e comunque assai più numerose, relative ad installazioni nucleari minori, all’impiego di sorgenti, radioisotopi, macchine radiogene, al trasporto di matriale radioattivo.

Con riferimento agli impianti più complessi, le istruttorie da seguire possono riguardare:

modifiche di impianti o installazioni esistenti;

realizzazione di nuovi impianti o installazioni;

disattivazione di impianti.

A tale proposito, un elenco delle principali istanze già inoltrate o attualmente in corso di emissione da parte degli esercenti nazionali è riportato nella Tabella 2, mentre nella Tabella 3 è riportato un elenco di iniziative propedeutiche o collaterali alle attivita’ di istruttoria.

Per gli impianti riconducibili a “radioisotopi e macchine radiogene” le istruttorie possono riguardare:

  • nuove installazioni riguardanti nuovi acceleratori, ovvero modifiche di condizioni di esercizio di acceleratori già autorizzati, secondo l’art. 55 del DPR 185/64;
  • autorizzazioni all’impiego di sorgenti sigillate e non sigillate presso grandi ospedali, secondo l’art. 13 della Legge 1860/62;
  • impianti per il commercio di cat. B di sorgenti radioattive, secondo l’art. 34 del DPR 185/64).

Per le attività relative al trasporto di materie radioattive, le istruttorie riguardano l’autorizzazione al trasporto nucleare di nuovi vettori.

Sono infine da prevedere istruttorie relative alla revisione e approvazione dei piani di protezione fisica passiva degli impianti nucleari.

Radioprotezione

E’ notorio che sotto il termine di “radioprotezione” trovano dignità diverse competenze tecnico scientifiche che, dialogando tra loro, concorrono tutte al fine ultimo della tutela preventiva dell’uomo quale anello più radiosensibile dell’ecosistema e, quindi, alla tutela dell’ambiente nell’accezione più vasta del termine.

Più specificatamente, per quanto attiene l’attività dell’ANPA, gli aspetti prioritari di radioprotezione da prendere in considerazione nelle azioni di vigilanza, possono essere così riassunti:

  • azioni di radioprotezione fisica e medica verso i lavoratori, a qualsiasi titolo coinvolti nelle attività con radiazioni ionizzanti;
  • radioprotezione fisica verso la popolazione;
  • controllo e tutela dell’ambiente.

Ciò premesso, l’azione puntuale di vigilanza, fatti salvi tutti gli adempimenti “burocratico-documentali” di routine e periodici nonché la necessaria parte autorizzativa, è indirizzata alla verifica dei seguenti aspetti principali di organizzazione da parte dell’Esercente:

  • sussistenza del sempre necessario contributo specialistico di due figure-cardine quali quella dell’Esperto Qualificato e del Medico Autorizzato di cui all’art. 6 del D.Lgs. 230/95, in fase preliminare e se del caso anche in corso di attività;
  • consistenza, in termini di efficienza ed efficacia nel tempo, delle strutture sia per quanto riguarda mezzi, uomini e attrezzature al fine della gestione di tutto il sistema di radioprotezione;
  • informazione, formazione e riformazione (addestramento ed aggiornamento professionale periodici) dei vari addetti ai lavori a qualsiasi livello;
  • capacità di risposta a situazioni non di routine, ovvero eccezionali e di emergenza, al fine di ripristinare le condizioni normali ovvero di arrestare il fenomeno del “fuori controllo” e quindi limitare le conseguenze radiologiche sanitarie ed ambientali;
  • efficacia, ove previsto, di un programma di sorveglianza radiologica ambientale, gestito dall’esercente, intorno al proprio sito nucleare onde valutare “a posteriori” l’impatto ambientale derivante dall’esercizio del proprio impianto a fronte delle valutazioni e delle stime radioprotezionistiche di massima fatte in fase progettuale e preoperazionale;
  • costante efficienza e taratura dei diversi mezzi di misura di radiazioni sia per la sorveglianza ambientale dei luoghi di lavoro che per la sorveglianza ambientale in senso lato;
  • rispetto dei principali principi di radioprotezione (ALARA) e rispetto dei limiti di dose per lavoratori e la popolazione previsti dalla normativa vigente.

Monitoraggio radioattività in aria

Allo scopo di poter controllare, in tempo reale, lo stato della radioattività in aria su tutto il territorio nazionale, è necessario poter disporre di una rete di stazioni per il prelievo e il monitoraggio, opportunamente dislocate, e di un sistema centralizzato per la raccolta ed elaborazione dei dati trasmessi da tali stazioni.

Il progetto completo prevede:

  • l’installazione di 7 centraline automatiche per il monitoraggio della radioattività alfa, beta e gamma, di cui 3 già installate a Capo Caccia (Sardegna), Tarvisio (Friuli), Monte S.Angelo (Puglia), e 4 in fase di acquisizione, per essere installate a Bric della Croce (Piemonte), Monte Cimone (Emilia), Cozzo Spadero (Sicilia) e sede ANPA (Lazio);
  • l’installazione di 50 punti di monitoraggio gamma su tutto il territorio nazionale (in fase di attuazione);
  • la realizzazione presso la sede ANPA del sistema centralizzato di raccolta ed elaborazione dati (già operativo).

Inoltre, sono in fase di negoziazione accordi con i Paesi confinanti per poter connettere le rispettive reti nazionali di rilevamento con la rete italiana, allo scopo di poter disporre di uno sistema di controllo che coprirà una estensione territoriale la più vasta possibile.

 Preparazione alle emergenze

Compito precipuo dell’ANPA è quello di predisporre tutti gli strumenti necessari per poter convenientemente e tempestivamente fronteggiare le emergenze nucleari che dovessero verificarsi sia sul territorio nazionale che al di là delle frontiere.

A tale scopo, le azioni da svolgere sono:

gestione delle emergenze

a) organizzazione e gestione del servizio di reperibilità dell’ANPA;

b) raccolta e valutazione dei dati di radioattività nell’aria, sia quelli ottenuti dal sistema automatico appena descritto, sia quelli comunicati giornalmente da stazioni dislocate sul territorio nazionale (Laboratori indipendenti);

c) coordinamento e gestione delle esercitazioni per emergenze esterne agli impianti nucleari;

d) revisioni dei piani di emergenza esterna agli impianti nucleari;

e) partecipazione al programma INEX della NEA-OECD (esercitazioni di emergenza internazionali);

supporto al Dipartimento Protezione Civile

f) organizzazione e supporto alle attività del CEVaD;

sistema di Pronta Notifica

g) partecipazione al Gruppo “ECURIE” dell’Unione Europea per la definizione degli standards per le prossime strutture di Pronta Notifica;

h) definizione del futuro sistema italiano;

i) partecipazione alle attività relative alle esercitazioni di emergenza legate al Sistema di Pronta Notifica della Commissione Europea (ECURIE).

Normativa Tecnica – Banche Dati

Oltre alla normale emissione di Guide e Posizioni Tecniche, tipica di ogni Autorità di Sicurezza Nucleare, il D.Lgs. 230/95 ha assegnato all’ANPA una notevole mole di lavoro di raccolta dati tramite la realizzazione e la gestione di apposite banche dati. Inoltre, lo stesso D.Lgs., per numerosi suoi articoli, prevede l’emissione di specifici decreti autorizzativi, per i quali è previsto il parere dell’ANPA.

L’attività da svolgere è la seguente:

1) elaborazione di normativa tecnica:

– emissione di Guide Tecniche;

– partecipazione a Gruppi di Lavoro normativi in ambito nazionale (UNI) e internazionale (ISO, NEA, IAEA, Unione Europea);

2) supporto ai Ministeri per l’emissione dei Decreti Applicativi del D.Lgs. 230/95

– su 47 decreti da emettere, è previsto il parere ANPA su 37 decreti;

3) realizzazione del Sistema Informativo previsto dal D.Lgs. 230/95 (banche dati):

a) notifiche attività importazione materie radioattive (art. 18)

b) riepiloghi operazioni commerciali con sorgenti radioattive (art. 20)

c) riepiloghi di trasporti di materie radioattive (art. 21)

d) denunce di detenzione di materie radioattive e di macchine radiogene (art. 22)

e) denunce di detenzione e inventari fisici di materie fissili speciali, grezze e minerali (art.23)

f) comunicazioni di cessazione di detenzione di sorgenti (art. 24)

g) comunicazioni di smarrimento o perdita di materie radioattive (art. 25)

h) riepiloghi dei rifiuti radioattivi raccolti e di quelli depositati (art. 34)

i) riepiloghi di rifiuti ex art. 154 (rifiuti radioattivi con altre caratteristiche)

l) provvedimenti autorizzativi ex art. 27 e seguenti;

m) archivio nazionale dei lavoratori esposti;

n) banca dati radionuclidi;

o) banca dati rilevamento radioattività artificiale.

Controlli di Salvaguardia

Nonostante la cancellazione delle attività nazionali relative all’utilizzazione dell’energia nucleare come fonte energetica, in Italia è tuttora presente un cospicuo quantitativo di materie nucleari, per le quali è necessario prevedere l’applicazione del sistema di Salvaguardie regolato dagli accordi internazionali in materia di non proliferazione nucleare.

Si tratta di circa 40 differenti aree di bilancio materiali, distribuite in 20 siti diversi, a cui vanno aggiunti circa 70 differenti detentori di sorgenti per gammagrafia industriale che utilizzano a scopo di schermatura l’uranio depleto. L’inventario totale delle materie nucleari tuttora detenute in Italia è mostrato nella Tabella 4.

Sviluppo conoscenze e competenze

Per l’adempimento dei compiti istituzionali assegnati all’ANPA in materia di sicurezza nucleare e radioprotezione, è necessario il continuo aggiornamento delle conoscenze e competenze nel settore specifico, con particolare riferimento agli aspetti di più rilevante interesse in ambito nazionale, quali la sicurezza dei reattori, la gestione dei rifiuti radioattivi, la disattivazione degli impianti, la radioprotezione.

Occorre infatti mantenere, valorizzare ed aggiornare la “cultura della sicurezza nucleare”, a supporto delle attività istituzionali di vigilanza, istruttorie, radioprotezione, preparazione alle emergenze, dovendo anche sopperire alle manchevolezze in questo ambito specifico, in relazione al progressivo abbandono di questo tipo di attività da parte degli Organismi Nazionali di ricerca.

In tale ambito, i settori da presidiare sono:

nell’ambito della sicurezza dei reattori nucleari:

a)     reattori innovativi;

b)     reattori transfrontalieri;

c)     codici di simulazione di transitori incidentali;

d)     studi sugli incidenti severi;

e)     valutazioni sicurezza reattori nazionali;

f)     valutazioni di sicurezza su reattori a fusione;

nell’ambito delle tecnologie e tecniche nucleari:

g)    competenze specialistiche (sistemi termoidraulici, sistemi di contenimento, strutture meccaniche, strutture civili, sistemi elettrici, strumentazione e controlli, trattamento effluenti, metodologie probabilistiche);

nell’ambito della gestione dei rifiuti radioattivi:

h) sistemi sottocritici alimentati da sorgenti di spallazione per trasmutazione radioisotopi a lunga vita;

i) caratterizzazione rifiuti radioattivi prima e dopo il condizionamento;

l) stoccaggio a medio termine del combustibile irraggiato e dei rifiuti di III Categoria;

m) sito per lo smaltimento dei rifiuti di II Categoria;

nell’ambito della disattivazione degli impianti nucleari:

n) strategie, metodologie, tecniche per la disattivazione degli impianti nucleari;

nell’ambito della radioprotezione:

o)    progetti speciali in campo radiometrico (esposizione del personale di volo ai raggi cosmici, dosimetria di neutroni veloci);

p) studi statistico-epidemiologici.

Rapporti internazionali

Oltre a quanto già riportato in precedenza, in merito alla necessità di mantenere aggiornato il patrimonio di conoscenze e competenze nel campo della sicurezza nucleare e della radioprotezione, la presenza dell’ANPA in ambito internazionale in tale settore è anche essenziale tenendo conto del fatto che l’Italia, pur avendo deciso di abbandonare l’utilizzo del nucleare come fonte energetica, è inserita in un contesto internazionale (Unione Europea, G-7) in cui tale tecnologia rappresenta tuttora un elemento importante per lo sviluppo.

Inoltre, non va trascurato il fatto che a poche centinaia di km dai confini nazionali sono tuttora operanti un gran numero di reattori nucleari, alcuni dei quali, di concezione sovietica, possono presentare non trascurabili problemi di sicurezza.

In questo ambito, assume particolare importanza l’assistenza ai Paesi dell’Est Europeo nella risoluzione dei problemi di sicurezza delle relative installazioni nucleari, trasferendo alle relative Autorità di Sicurezza e ai loro organismi di supporto le metodologie e gli approcci occidentali.

A tale proposito, l’ANPA partecipa in modo cospicuo ai Programmi TACIS e PHARE della Commissione Europea. A titolo di esempio, si ricorda che nel 1997 l’ANPA ha partecipato alla realizzazione di 15 progetti di assistenza.

Nello stesso ambito, specialisti ANPA partecipano ai gruppi di coordinamento internazionale della Commissione Europea per la definizione dei programmi e dei contenuti dei progetti di assistenza.

Sono stati inoltre definiti i termini di un accordo bilaterale con l’Ucraina relativo alla sicurezza del sarcofago di Chernobyl.

Per quanto riguarda l’aggiornamento delle conoscenze e delle competenze, occorre poter utilizzare nel migliore dei modi i seguenti strumenti di collaborazione internazionale:

  • partecipazione alle iniziative dell’IAEA sulla sicurezza nucleare e radioprotezione;
  • partecipazione alle iniziative della NEA-OECD sulla sicurezza nucleare e radioprotezione;
  • partecipazione alle iniziative della Commissione Europea in materia di sicurezza nucleare e radioprotezione;
  • attivazione di accordi bilaterali con Autorità Nazionali di Sicurezza Nucleare di Paesi occidentali.

Di particolare rilievo, in questo ambito, sono i compiti che derivano all’ANPA dalla firma e/o ratifica, da parte dell’Italia, di trattati internazionali che riguardano la sicurezza nucleare e la radioprotezione, tra cui meritano di essere citati:

  • il Trattato di Non Proliferazione Nucleare, e i relativi adempimenti connessi con il regime di Salvaguardie, nonché i successivi aggiornamenti (ad esempio: Protocollo Aggiuntivo);
  • la Convenzione sulla sicurezza nucleare (che riguarda i reattori di potenza);
  • la Convenzione Congiunta sulla sicurezza della gestione del combustibile irraggiato e sulla sicurezza della gestione dei rifiuti radioattivi.

Considerazioni conclusive

L’insieme dei compiti finora descritti, per l’estrema rilevanza, complessità e numerosità che facilmente può essere riscontrata anche a seguito di un esame sommario, merita una attenta considerazione e una approfondita riflessione.

Contrariamente a quanto generalmente ritenuto, anche se, ovviamente, la sospensione delle attività nazionali nucleari nel settore energetico ha ridimensionato, in termini assoluti, gli impegni dell’Autorità Nazionale di Sicurezza Nucleare (ANPA), gli impegni attuali non sono affatto di entità trascurabile:

  • si tratta anzitutto di gestire problematiche di rilevante entità, scarsamente considerate in passato, quali la disattivazione degli impianti nucleari e la gestione dei rifiuti radioattivi, in merito alle quali l’ANPA deve non solo intensificare le attività di controllo, ma anche esercitare continue e pressanti azioni di stimolo per l’attuazione delle necessarie iniziative di messa in sicurezza, superando un atteggiamento puramente reattivo nei confronti degli esercenti, prevalente nel passato, e assumendo invece un atteggiamento più spiccatamente di tipo preventivo e propositivo;
  • perdurano gli impieghi dei radioisotopi e delle radiazioni ionizzanti a scopi non energetici;
  • l’entrata in vigore, dal gennaio 1996 del D. Lvo 230/95 ha accresciuto i compiti dell’Autorità di Sicurezza Nucleare in misura notevolmente superiore a quanto previsto nella legislazione precedente (DPR 185/64);
  • si moltiplicano episodi di traffico illecito di materiale nucleare (tipici i recenti esempi di barre di combustibile ad uranio arricchito per reattori di ricerca, nonché di rottami metallici contaminati);
  • l’ANPA si trova a dover assumere anche il compito di mantenere viva, nel Paese, la “cultura di sicurezza nucleare” (a fronte del progressivo e, in molti casi, totale abbandono delle attività in campo nucleare da parte dei vari organismi nazionali di ricerca), tenendo anche conto del fatto che, a distanza di meno di 200 km dai nostri confini, sono tuttora operanti numerosi impianti nucleari di potenza;

Il tutto, in presenza di una attuale dotazione di risorse umane ben lontana da una consistenza numerica appena accettabile.

Tutto ciò porta a concludere che, mentre in termini assoluti gli impegni si sono ridotti a causa della sospensione delle attività nazionali nucleari nel settore energetico, in termini relativi il rapporto tra compiti ancora da assolvere e risorse umane disponibili è notevolmente peggiorato rispetto al passato.

Risulta pertanto di importanza prioritaria perseguire tutte le azioni volte a portare a dimensioni più congrue la dotazione di risorse umane necessarie all’assolvimento della molteplicità dei compiti in precedenza illustrati, utilizzando a tale scopo tutti gli strumenti disponibili.

In mancanza di tali strumenti, e anche in attesa della loro eventuale attuazione, è necessario:

  • selezionare i compiti commisurandoli alle effettive disponibilità attuali, in base a scelte di assoluta priorità;
  • avviare un progressivo processo di decentramento (ARPA, PMP, ecc.), anche in attuazione delle recenti disposizioni legislative (“decreti Bassanini”);
  • raccogliere le risorse tecnico-scientifiche ancora disponibili in ambito nazionale (tipicamente: quelle dell’ENEA non implicate in attività di esercizio di impianti; quelle delle Università in cui ancora sono attivi i corsi di laurea in ingegneria nucleare) per poter realizzare un insieme sinergico di competenze utili al mantenimento di un adeguato ed efficiente “presidio’ nel campo della sicurezza nucleare e della radioprotezione.

Al momento attuale, non sussistono particolari motivi di allarme; tuttavia, se non si assumono con la massima urgenza i suddetti provvedimenti, non potrà essere evitato un progressivo deterioramento dello stato della sicurezza nucleare in Italia.

TABELLA 1

GRANDI IMPIANTI SU CUI EFFETTUARE LA VIGILANZA ORDINARIA

 IMPIANTI VIGILATI STATO ENEL:

GARIGLIANO DISATTIVAZIONE

LATINA DISATTIVAZIONE

TRINO DISATTIVAZIONE

CAORSO DISATTIVAZIONE

ENEA:

EUREX ESERCIZIO – GESTIONE RIFIUTI

ITREC GESTIONE RIFIUTI

NUCLECO ESERCIZIO

OPEC-1 CAMBIO DESTINAZIONE

PLUTONIO ESERCIZIO

TRIGA ESERCIZIO

TAPIRO ESERCIZIO

FN: FABBRICAZ. COMB. DISATTIVAZIONE

ISPRA; DEPOSITO RIFIUTI RISTRUTTURAZIONE

REATTORE ISPRA 1 DISATTIVAZIONE

ETHEL (TRIZIO) PROVE NUCLEARI

PERLA ESERCIZIO

DEPOSITO E39.2 ESERCIZIO

REATTORE ESSOR   ESERCIZIO

LAB. MED. ATTIVITA’ ESERCIZIO

CESNEF: REATTORE L54M CAMBIO DESTINAZIONE

 REATTORE RB.3 (Montecuccolino)  DISATTIVAZIONE

REATTORE LENA (Pavia)  ESERCIZIO

SOTTOCRITICO SM- 1 (Legnaro)  ESERCIZIO

REATTORE AGN (Palermo)  ESERCIZIO

REATTORE GALILEI (CISAM-Pisa)  DISATTIVAZIONE

DEPOSITO COMB. AVOGADRO  ESERCIZIO

DEPOSITO COMB. INFN (Legnaro)  ESERCIZIO

DEPOSITO CISE  ESERCIZIO

depositi rifiuti a bassa attività

DEPOSITO CAMPOVERDE ESERCIZIO

DEPOSITO CEMERAD ESERCIZIO

DEPOSITO CONTROLSONIC ESERCIZIO

DEPOSITO CRAD ESERCIZIO

DEPOSITO GAMMATOM ESERCIZIO

DEPOSITO PROTEX ESERCIZIO

DEPOSITO SICURAD ESERCIZIO

DEPOSITO SORIN ESERCIZIO

TABELLA 2

GRANDI IMPIANTI – PRINCIPALI ISTRUTTORIE DA SEGUIRE

Centrale di Latina

  1. Progetto particolareggiato per la messa in custodia sorvegliava dell’edificio del Reattore
  2. Revisione dei regolamento di Esercizio
  3. Scarifica vasca di emergenza Pond
  4. Bonifica fossa fanghi
  5. Sistemazione Splitters
  6. Istanza di disattivazione ai sensi dell ‘art. 55 del D.Lgs. 230/95

Centrale dei Garigliano

  1. Progetto Particolareggiato “Messa in custodia sorvegliata edificio reattore”
  2. Progetto Particolareggiato “Demolizione controllata delle strutture dei camino della centrale”
  3. Progetto Particolareggiato “Messa in conservazione dei sistema “Rifiuti Radioattivi”
  4. Revisione del regolamento di Esercizio
  5. Istanza di disattivazione ai sensi dell’art. 55 dei D.Lgs. 230/95

Centrale di Trino

  1. Revisione dei presupposti tecnici del Piano di Emergenza
  2. Modifiche al sistema di protezione fisica
  3. Revisione sistema antincendio
  4. Progetto trattamento e condizionamento resine esaurite (completato)
  5. Modifica del regolamento di esercizio
  6. Istanza per la messa in custodia protettiva passiva

Centrale di Caorso

  1. Scarica del nocciolo in piscina
  2. Modifica delle prescrizioni tecniche e delle norme di sorveglianza
  3. Verifica anomalie edificio turbina
  4. Adeguamento dei deposito di rifiuta radioattivi ERSBA 1
  5. Modifica della licenza di esercizio
  6. Istanza di disattivazione ai sensi dell’art. 55 dei D.Lgs. 230/95

Centro Comune di Ricerche di Ispra

  1. Riesame licenza esercizio stazione deposito rifiuti radioattivi solidi
  2. Esame delle modifiche al sistema di cementazione dei rifiuti liquidi
  3. Autorizzazione nuovo deposito materiali fissili irraggiati (loc. HBR)
  4. Autorizzazione nuova stazione trattamento rifiuti liquidi (STEL)
  5. Revisione della licenza di esercizio del reattore ESSOR
  6. Istanza di disattivazione (art. 55 dei D.Lgs. 230/95) dei reattore ISPRA-1

Reattore RB-3 Montecuccolino (Bo)

  1. Istanza di disattivazione al sensi dell’art. 55 dei D.Lgs. 230/95

Reattore G. Galilei CISAM (Pi)

  1. Istanza di disattivazione ai sensi dell’art. 55 dei D.Lgs. 230/95

Reattore L 54 M CESNEF (Mi)

  1. Modifica licenza esercizio per nuove attività

Impianto OPEC-1 (ENEA Casaccia)

  1. Modifica licenza di esercizio per trasformaz. in deposito combustibile nucleare

NUCLECO (ENEA – Casaccia)

  1. Rinnovo licenza di esercizio
  2. Verifica limiti di detenzione
  3. Istruttoria capannone D

Impianto EUREX (ENEA – Saluggia)

  1. Rinnovo licenza di esercizio
  2. Istruttoria nuovo impianto di vetrificazione CORA
  3. Modifica piping zona 800

Impianto ITREC (ENEA – Trisaia)

  1. Installazione SIRTE-MOWA per trattamento rifiuti liquidi a più elevata radioattività
  2. Progetto TECON (Terra Contaminata)
  3. Istanza di disattivazione ai sensi dell’art. 55 dei D.Lgs. 230/95
  4. Revisione presupposti piano di emergenza

Impianto Plutonio (ENEA – Casaccia)

  1. Rinnovo licenza di esercizio
  2. Costruzione nuovo magazzino antisismico

Reattore TRIGA (ENEA – Casaccia)

  1. Rinnovo licenza d’esercizio

Reattore TAPIRO (ENEA- Casaccia)

  1. Rinnovo licenza d’esercizio

Reattore TRIGA -LENA (Pavia)

  1. Rinnovo licenza d’esercizio

Impianto fabbricazione combustibili nucleari COREN

  1. Revoca autorizzazione

Impianto Fabbricazioni Nucleari (FN – Boscomarengo)

  1. Istanza di disattivazione al sensi dell’art. 55 dei D.Lgs. 230/95
  2. Compatibilità Centro Ecologico polifunzionale
  3. Proposta Nuove Attività
  4. Autorizzazione allo smantellamento delle parti fredde

TABELLA 3

GRANDI IMPIANTI.

INIZIATIVE PROPEDEUTICHE O COLLATERALI ALLE ATTIVITA’ ISTRUTTORIA

1. Stoccaggio a secco del combustibile irraggiato: analisi delle tecnologie disponibili, emissione dei criteri di sicurezza (Guida Tecnica).

2. Sito nazionale centralizzato per lo smaltimento dei rifiuti di II° Categoria e deposito dei combustibile irraggiato e dei rifiuti di III° Categoria: emissione dei criteri di sicurezza (Guide Tecniche).

3. Disattivazione degli impianti nucleari: valutazione dei criteri “de minimis” (clearance levels); valutazione dei limiti di dose per le varie opzioni; valutazione delle tecnologie di smantellamento e decontaminazione; criteri di definizione per il rilascio incondizionato del sito (Guide Tecniche).

4. Gestione rifiuti radioattivi: revisione Guida Tecnica N° 26.

5. Attività per il Progetto ITER (fusione) : esercizio di licensing dei sito.

6. Attività per il Progetto Rubbia (ADS – trasmutazione attinidi): valutazione dei criteri di sicurezza.

TABELLA 4

INVENTARIO TOTALE DEL MATERIALE NUCLEARE

ATTUALMENTE DETENUTO IN ITALIA

(aggiornamento al 31.12.1997)

uranio depleto: 80569 kg     (93 detentori)

uranio naturale. 50906 kg     (33 detentori)

uranio con arricchimento < 20% 335148 kg (22 detentori)

uranio con arricchimento > 20% 201321 kg (28 detentori)

torio 5640 kg (24 detentori)

plutonio 1765 kg (25 detentori)

Parte II

Attività di qualificazione e ricerca

ENEA Istituto per la Radioprotezione, Carlo-Maria Castellani, Giuseppe Tarroni

Dall’entrata in vigore del D.Lgs. 230/95 ed in vista del prossimo recepimento della Direttiva 96/29/EURATOM la qualificazione in campo radioprotezionistico non può più essere basata su base di scelte volontarie ma deve assumere anche in Italia, come nella generalità dei paesi europei, una connotazione basata su precisi adempimenti.

Vengono pertanto riportate le necessità attuali di qualificazione e ricerca, lo stato attuale di queste attività in Italia. Delle attività che vengono attualmente espletate all’interno dell’Istituto per la Radioprotezione dell’ENEA vengono qui sinteticamente richiamate quelle relative al tema in oggetto.

1. L’attività di qualificazione, in relazione allo sviluppo del sistema europeo non può non essere inserita in un contesto internazionale ed in particolare essere sviluppata in base alle direttive Euratom che dovranno presto essere recepite nella normativa nazionale, in specifico per quanto riguarda i servizi per la radioprotezione.

L’art. 38 al comma 3 della Direttiva 96/29/EURATOM recita:

“Ogni stato membro prende le disposizioni necessarie per riconoscere l’idoneità

– dei medici autorizzati,

– dei servizi autorizzati di medicina del lavoro,

– dei servizi autorizzati di dosimetria,

– degli esperti qualificati.

A tale fine ogni stato membro provvede a che sia organizzata la formazione di questi specialisti”

Per servizio autorizzato di dosimetria si intende (Direttiva 96/29/EURATOM, art.1):

“Struttura preposta alla taratura, alle rilevazioni e all’interpretazione dei singoli dispositivi di monitoraggio o alla misurazione della radioattività nel corpo umano o nei campioni biologici o alla valutazione delle dosi la cui idoneità a tali funzioni è riconosciuta dalla autorità competenti”.

Il sistema di riconoscimento della idoneità viene solitamente già realizzato negli altri stati della Unione Europea e sono ben identificati e riconosciuti gli Enti che in collegamento con l’ente vigilante, provvedono al riconoscimento iniziale ed alla periodica verifica del mantenimento della qualità tecnica delle prestazioni di un servizio di dosimetria.

Un servizio di dosimetria è in generale ben individuabile per quanto attiene alla misura della dose personale esterna, nel senso sia di attività che di procedure di verifica del dispositivo dosimetrico, del trattamento dei dati e dell’insieme delle azioni operate nel servizio stesso.

Nel caso della dose da contaminazione interna occorre prevedere diversi tipi e gradi di riconoscimento per i sistemi di misura della attività nelle matrici biologiche, compreso il corpo intero, e per i metodi di valutazione di dose vera e propria sulla base dei risultati di quest’ultime. In genere, per quanto attiene le verifiche in dosimetria interna, le procedure operative della sorveglianza fisica di radioprotezione hanno lo scopo di controllare (garantire) che la contaminazione risulti al di sotto di limiti operativi che non necessitano della valutazione di dose. In questa ottica il servizio di dosimetria interna può essere considerato unicamente quello nel quale vengono effettuate le valutazioni di dose.

2. In Italia sono presenti procedure non codificate, né riconosciute dalla legge in vigore, che tuttavia sono patrimonio ben consolidato per quanto riguarda la qualificazione tecnica dei diversi servizi. In genere si tratta di attività svolte e/o coordinate da parte di un ente riconosciuto nel settore come tecnicamente esperto che sviluppa le modalità per la effettuazione tecnica del test di verifica al quale si sottomettono su base volontaria i diversi servizi che necessitano di riconoscimento. In alcuni casi anche la parte formale di partecipazione alle prove di qualificazione risulta non trascurabile. In altri casi si utilizza l’interconfronto per certificare il grado di scostamento in termini di accuratezza e precisione del singolo servizio in relazione ad un riferimento metrologico.

Le attività di cui sopra riguardano gli interconfronti promossi negli ultimi decenni dall’Istituto Nazionale di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti (ENEA AMB PRO INMRI) per quanto riguarda le determinazioni di gamma e beta emettitori in matrici ambientali (terra, fieno, sedimenti, ecc) ed alimentari (latte, ecc). In questi interconfronti una matrice cui era stato aggiunto un tracciante, in quantitativo noto al solo riferimento metrologico, veniva affidata per le determinazioni ai diversi centri partecipanti. Molti centri appartenenti alle reti di sorveglianza nazionali e locali hanno partecipato nel corso degli anni a tale tipo di qualificazione migliorando progressivamente la qualità del sistema Italia nel suo complesso.

Il Gruppo Esperti di Dosimetria Personale ENEA-EDP (afferente a ENEA AMB PRO IRP) ha operato per diversi decenni nel campo della qualificazione dei servizi di dosimetria personale esterna. Tramite sessioni di prove e verifiche periodiche i servizi di dosimetria personale esterna operanti in Italia che lo richiedono si sottopongono volontariamente a verifica per mantenere il riconoscimento in relazione ad un determinato tipo di dosimetro od energia delle radiazioni rilevate. Viene richiesto ad ogni servizio, prima di sottoporsi alle prove di idoneità, di presentare una relazione tecnica sulla strumentazione utilizzata; viene richiesta inoltre una sufficiente qualificazione professionale del Responsabile tecnico come garanzia di affidabilità dei risultati al di là della dotazione strumentale.

Il gruppo ENEA-EDP al momento necessita di una rivitalizzazione sia nella componente qualificante che nel quadro di riferimento che non può più continuare ad essere demandato alla buona volontà di un ente o di un gruppo di esperti ed alla volontarietà della adesione.

L’attività MIDIA (MIsura DIretta di Attività nel corpo umano, afferente a ENEA AMB PRO IRP), con tradizione pluriennale, promuove attività di qualificazione, sempre su base volontaria dei Whole Body Counter (WBC) operanti in Italia. Nato dall’esigenza di qualificazione delle misure al corpo intero in seguito all’incidente di Chernobyl ha permesso di censire i WBC operanti in Italia, caratterizzarli per tipologia, finalità e caratteristiche; operare interconfronti sia sulla taglia standard dell’uomo adulto che su taglie simulanti la donna e l’infante di 4 anni. In tale ambito è emersa l’esigenza di una periodica verifica della strumentazione per il mantenimento dei requisiti di qualità.

La richiesta attuale da parte di centri principalmente coinvolti con le applicazioni terapeutiche delle sorgenti radioattive in campo sanitario, è relativa alla qualificazione di strumentazione adottata per la valutazione della dose che risulti meno onerosa dal punto di vista gestionale di un WBC (ad esempio monitori tiroidei, ecc.) e sulle metodologie di riferimento per la valutazione di dose utilizzabili in ambito sanitario per l’esposizione lavorativa.

Anche questa attività necessita di una rivitalizzazione sia nella componente qualificante che nel quadro di riferimento che non può più continuare ad essere demandato alla buona volontà di un ente o di un gruppo di esperti ed alla volontarietà della adesione.

Le attività di qualificazione e di verifica della affidabilità tecnico scientifica dei dati dosimetrici è stata svolta finora su base volontaria sia da parte della istituzione che la promuoveva, prevalentemente ENEA – Istituto per la Radioprotezione, sulla base della Legge 282/91 art. 2, sia da parte degli utilizzatori. In considerazione delle esigenze del Paese e degli obblighi derivanti dal recepimento della Direttiva 96/29/EURATOM è ora indispensabile far emergere ed inquadrare nella normativa tali tipi di attività di qualificazione anche per garantire da concorrenza sleale servizi che si sottopongono a verifica e mantenere ad un livello adeguato le attività tecniche di radioprotezione nel Paese. Si evidenzia che la strada su base volontaria finora percorsa non è più perseguibile in quanto non permette la riferibilità dei dati di dose da un ambiente di lavoro ad un altro e comporta di fatto la conseguenza deleteria di far uscire dal mercato le iniziative qualificate a vantaggio di quelle che non ritengono di sottoporsi all’onere della verifica di affidabilità.

3. Uno strumento essenziale, ben collaudato in campo internazionale, per il miglioramento delle valutazioni in radioprotezione è quello dell’interconfronto per qualificare la risposta in termini di grandezze operative di dose per un rivelatore di radioattività (dosimetro personale, monitore portatile, contaminametro), dell’insieme di un rivelatore e di un modello (ad es. nella dosimetria di criticità e nella dosimetria interna), in termini di attività per una catena spettrometrica ambientale (mediante misura di un campione a radioattività nota solo al riferimento metrologico). Molti di questi interconfronti sono effettuati in stretta collaborazione con l’Istituto Nazionale di Metrologia delle Radiazioni Ionizzanti (INMRI) dell’ENEA-AMB-PRO che fornisce un riferimento metrologico certo, con incertezza minima e conosciuta.

In alcuni casi l’interconfronto assume aspetti di particolare rilevanza quando ad esempio si qualifica un sistema complesso come un sistema dosimetrico (mediante irraggiamenti dei dosimetri da esso utilizzati) o di una facility complessa come un whole body counter (mediante fantoccio antropomorfo con contenuto di radioisotopi ad attività nota solo al riferimento metrologico). Casi simili sono la valutazione di attività in matrici ambientali mediante metodologie spettrometriche o matrici biologiche (essenzialmente urine) mediante analoghi tipi di spettrometrie.

La rispondenza a criteri fissati in ambito internazionale come criterio di accettabilità permette poi di accreditare i servizi che dall’interconfronto risultano adeguati in termini di precisione ed accuratezza rispetto al valore metrologico noto. I singoli centri possono essere accreditati per specifici radioisotopi, con particolari metodologie in matrici indicate.

In altri casi si tratta di interconfrontare metodologie di valutazione di dose (ad esempio in dosimetria interna) o fattori di conversione calcolati tramite metodiche numeriche. In questi casi non esiste un riferimento “metrologico” per la particolare metodologia. Dal confronto delle diverse opzioni possibili nella valutazione emergono alcuni criteri generali adottabili come riferimento e utili indicazioni sull’adeguatezza dei modelli adottati, sulla riferibilità internazionale di essi, sulla verosimiglianza delle ipotesi utilizzate nei casi specifici. Molti di questi interconfronti sono effettuati su base internazionale sia per un riferimento unificato europeo, sia, in alcuni casi, per l’esiguo numero dei centri nazionali effettivamente operanti.

Nella tabella sottostante vengono riportati come esempio i dati basilari dei servizi di dosimetria personale esterna per corpo intero e viene indicato se è in atto una procedura di “approvazione”.

Paese membroNumero Servizi DosimetriciApprovazione
Belgio9NO
Danimarca3SI
Finlandia3SI
Francia7 +3 piccoliSI
Germania6SI
Irlanda1 + 2 piccoliSI
Italiacirca 100NO (solo volontario)
Olanda6SI
Regno Unito34SI
Spagna2 + 20 piccoliSI
Svezia12SI
Svizzera10SI
Austria4SI

4. Come evidente dalle citazioni precedenti è essenziale per tutte le attività di qualificazione la adeguata operatività nel paese di una struttura primaria per le grandezze radiologiche. Ciò è d’altronde richiesto dalla legge 11 Agosto 1991 n. 273 che definisce l’attribuzione delle funzioni di Istituto Metrologico Primario nel campo delle radiazioni ionizzanti ed assegna all’ENEA tale compito, richiamato anche nall’art. 107 del D.Lgs. 230/95 e relativo alla taratura dei mezzi di misura individuali. Si intende sottolineare l’importanza di tale funzione di Istituto Metrologico primario per tutte le attività di radioprotezione, in particolare per il coordinamento delle attività dei 4 centri secondari attualmente accreditati SIT oltre ai 2 centri in fase di accreditamento e la necessità che tale Istituto sia dotato delle risorse necessarie al mantenimento delle attività di qualificazione per la radioprotezione.

5. In assonanza con altri Paesi europei una unità preposta alla qualificazione per gli aspetti tecnico-scientifici deve essere presente sul campo con attività di servizio aventi livelli di qualificazione che possano essere di riferimento, sia per avere conoscenza concreta e diretta delle problematiche operative, sia per garantire, attraverso una propria autonomia economica, indipendenza, imparzialità e trasparenza. D’altronde l’integrazione fra la componente operativa, le dosimetrie e le attività di qualificazione e ricerca ha mostrato notevoli vantaggi sia in termini di ottimizzazione delle risorse che in termini di miglioramento complessivo delle valutazioni di dose.

Va in ogni caso garantita l’autonomia e la trasparenza delle attività di riferimento in radioprotezione affinché le azioni ed i risultati godano di un elevato grado di autorevolezza ed accettabilità presso gli organismi di vigilanza, gli utilizzatori, i lavoratori ed il pubblico.

A chiarimento di quanto proposto vengono riportati gli elementi essenziali della attività e della organizzazione dell’Istituto per la Radioprotezione dell’ENEA.

6. L’ENEA è esercente di vari impianti nucleari di ricerca, impianti radiogeni ed acceleratori di diversi tipi; è inoltre impegnato nella chiusura del nucleare da fissione, in particolare nella disattivazione dei suoi impianti nucleari del ciclo del combustibile, nel trattamento e condizionamento dei rifiuti radioattivi e nella sistemazione delle materie nucleari.

L’attività di sorveglianza fisica è demandata in ENEA all’unità Istituto per la Radioprotezione (IRP) che è articolato in attività di:

_ Esperto Qualificato;

_ Radioprotezione Operativa;

_ Sorveglianza Ambientale;

_ Misurazione della contaminazione interna mediante radiometria degli escreti;

_ Misurazione della contaminazione interna mediante contatore per il corpo umano (WBC);

_ Servizio di dosimetria esterna personale ed ambientale per tutti i tipi di radiazioni;

_ Taratura di strumentazione di radioprotezione al livello di centro di taratura SIT;

_ Qualificazione e ricerca.

La domanda relativa alla ricerca in radioprotezione emerge dalle esigenze operative, strumentali, dosimetriche e modellistiche relative all’adeguamento a nuovi standard di riferimento (decremento dei limiti di dose), alla definizione di nuove grandezze operative, all’utilizzo di nuove sorgenti di radiazioni ed alla estensione delle valutazioni alle sorgenti naturali di radiazioni (ex Direttiva 96/29/EURATOM) o all’incremento delle sensibilità strumentali ove esse risultano critiche in relazione ai limiti di dose o, infine, al miglioramento delle opzioni tecnologiche in relazione al miglioramento della tecnica generalmente disponibile.

Per quanto la ricerca in radioprotezione, presso l’Istituto sono al momento attive le seguenti linee:

• miglioramento ed aggiornamento delle metodiche in dosimetria personale ed ambientale esterna;

• sviluppo di modelli per radioprotezione con metodi sia stocastici (MonteCarlo) che analitici in riferimento sia a dosimetria personale esterna che individuale interna;

• metodi e strumentazione per dosimetria individuale interna in riferimento in particolare a radioisotopi emittenti radiazioni fotoniche a bassa energia;

• modelli, metodi e strumentazione per valutazioni di dose da contaminazione interna principalmente connessi alla inalazione di particolati contenenti radioisotopi naturali;

• problemi di radioprotezione in funzione dei progetti connessi agli studi sulla fusione nucleare;

• studio del comportamento dei radioisotopi nell’ambiente, in particolare nel sistema acquatico.

Queste attività sono pienamente inserite nel contesto europeo e godono del collegamento con i maggiori laboratori internazionali. I risultati della attività di ricerca trovano applicazione nei servizi svolti per gli utenti sia interni all’ENEA che esterni, e nelle attività di qualificazione.

L’utilizzo dello strumento dell’interconfronto per verificare la qualità avviene nei seguenti campi:

– monitori di radiazioni (ENEA SIT 29/R)

– catene spettrometriche su matrici ambientali, alimentari, biologiche (azione ENEA INMRI).

– metodologie di calcolo della dose personale da rilevazioni ambientali esterna e da matrici

biologiche per dosimetria interna.

– sistemi dosimetrici per dosimetria personale ed ambientale (Azione ENEA-EDP)

– sistemi Whole Body Counter (WBC) per dosimetria interna (Azione MIDIA)

– metodologie di calcolo della dose interna (in ambito EURADOS)

– metodi di computo dei fattori di dose mediante dosimetria numerica (in ambito EURADOS WG4)

– modelli di trasferimento dei radionuclidi nei corpi acquatici (in ambito UE)

– nuove grandezze di riferimento in dosimetria esterna (in ambito EURADOS)

I principali problemi per IRP a breve e medio termine derivano dall’impoverimento numerico delle risorse umane causato da numerosi pensionamenti e dalla concomitante difficoltà di acquisire nuovo personale. Ciò può comportare la perdita di competenze importanti, difficili da ricostruire, e potrebbe indurre a contrarre le attività su quanto è indispensabile di momento in momento, a scapito di una impostazione in grado di fornire risposte adeguate in tempi utili.

Tra i problemi in via di risoluzione deve essere citato l’aggiornamento delle capacità strumentali nelle principali attività, dopo un lungo periodo di mancati investimenti nei laboratori.

I punti di forza attuali derivano dal recente accorpamento nell’Istituto per la Radioprotezione delle competenze e dei mezzi di radioprotezione disponibili nei centri ENEA, in precedenza distribuiti fra numerose e diverse strutture. Tale unificazione, consentendo di utilizzare con maggiore efficienza le risorse disponibili, ha presentato numerosi vantaggi tecnici ed economici. Tra questi hanno rilevanza:

  • una più chiara attribuzione di compiti e responsabilità, con ricadute positive sulla chiarezza e trasparenza delle attività svolte e sulla motivazione del personale;
  • la possibilità di specializzare alcune attività complesse e costose in un solo Centro, che svolga le funzioni di polo qualificato di riferimento per le attività operative svolte in tutto l’Ente, evitando duplicazioni e garantendo nel contempo l’affidabilità dei dati ed i necessari collegamenti nazionali ed internazionali.

Ad esempio il Whole Body Counter del C.R. Casaccia costituisce un “unicum” nel Paese per quanto concerne la misura della contaminazione interna dell’uomo, in quanto è il solo complesso che dispone di due distinte celle di misura a schermatura totale per la riduzione del fondo ambiente, di cui una dedicata alla misura dei radionuclidi con emissioni fotoniche ad alta energia, e l’altra a quella dei radionuclidi con emissioni a bassa energia, in particolare dei radionuclidi transuranici. La esistenza di una struttura unica, l’Istituto per la Radioprotezione, consente che esso operi come laboratorio di riferimento ENEA e svolga attività qualificate di servizio esterno e di ricerca con personale Casaccia coordinato sul piano tecnico da uno specialista dell’Istituto avente sede a Bologna.

I poli di riferimento che sono stati costituiti nella sede ENEA di Bologna riguardano:

1. dosimetria personale ed ambientale esterna per tutti i tipi di radiazioni ionizzanti;

2. dosimetria individuale interna, metodi di misura e modelli per la valutazione di dose;

3. misure e modelli per la valutazione di dose da inalazione tramite misure ambientali;

4. metrologia secondaria per la calibrazione di strumentazione per radioprotezione,

radiodiagnostica e radioterapia.

Analogamente sono stati individuati alcuni laboratori di riferimento:

1. laboratorio di radiotossicologia nel C.R. Casaccia;

2. laboratorio WBC per le basse energie nel C.R. Casaccia;

3. laboratorio di misure su campioni ambientali nel C.R. Casaccia;

4. laboratorio e competenza di misura e valutazione di dose da contaminazioni da trizio nel C.R. Frascati.

  • la possibilità di utilizzare con la maggiore efficienza possibile le risorse umane e strumentali disponibili, che vengono largamente impiegate in maniera integrata rispetto alle esigenze dei vari Centri. Così, ad esempio, è possibile garantire il mantenimento di un costante controllo di radioprotezione e liste di reperibilità continuata di esperti qualificati di terzo grado anche in impianti in cui l’organico è ridotto ad un solo esperto qualificato provvisto di tale grado di abilitazione. Il necessario supporto viene fornito da esperti qualificati di altri Centri, fiancheggiati da tecnici esperti dell’installazione. Analogamente è frequente l’impiego di personale esperto di radioprotezione in attività urgenti o particolari svolte nei vari Centri e per le quali l’organico locale non è sufficiente.

Attualmente l’Istituto per la Radioprotezione raccoglie, unifica e collega competenze sviluppatesi e tramandate in oltre 30 anni di ricerca, studio ed esperienza operativa nei diversi settori della radioprotezione. Costituisce una struttura con un ruolo ben definito, pienamente inserita, con una propria impostazione, nel contesto tecnico italiano ed europeo, in grado di affrontare praticamente tutti gli aspetti ed i problemi connessi alla protezione ed alla salvaguardia dai rischi da radiazioni ionizzanti.

L’insieme di competenze e mezzi dell’Istituto per la Radioprotezione si configurano come una risorsa distribuita sul territorio, in grado di effettuare rapidamente interventi qualificati; il complesso dei beni strumentali in dotazione e delle misure effettuate normalmente negli impianti dei centri ENEA e nel sito circostante costituisce di per sè una rete di controllo che può essere utilizzata anche per scopi generali.

7. Tutto ciò considerato l’Istituto per la Radioprotezione ENEA si propone come riferimento tecnico-scientifico nazionale per la promozione e la verifica della qualità delle attività tecniche afferenti alla radioprotezione, nella prospettiva che la qualità nelle misure e nelle valutazioni che servono alla stima di dose sia resa obbligatoria.

Ciò comporta ovviamente una attenta analisi della necessità delle risorse soprattutto umane che già risultano insufficienti per i compiti attuali dell’Istituto per la Radioprotezione ENEA.

Parte III

Attività di radioprotezione: le esigenze dell’Esercente
ENEAEsercente, Luigi Frittelli, Giuseppe Rolandi
ENEL-SGN, Severino Alfieri, Aristide Della Notte, Antonio Garofalo

1. Vengono indicate le esigenze di radioprotezione che ENEL e ENEA-Funzione Esercente hanno in relazione alle attività a loro demandate, in particolare a quelle connesse con la chiusura del ciclo del combustibile nucleare che vengono presentate anche come esemplificatrici della tipologia delle problematiche che un esercente di grandi impianti ha nei confronti del sistema radioprotezione.

Una prima esigenza è relativa alle regole della radioprotezione: è necessario che il quadro normativo sia certo, non farragginoso, aderente allo stato dell’arte in ambito europeo ed internazionale, aggiornato.

I principali vincoli esterni con l’attuale scenario di riferimento determinatosi nel Paese con cui le Strutture preposte al decommissioning degli impianti dismessi ed al trattamento rifiuti dovranno confrontarsi, possono essere individuati nei seguenti:

• scarso coordinamento tra le iniziative prese in Sede parlamentare e governativa e conseguenti tempi lunghi ipotizzabili per la localizzazione e la realizzazione del deposito per lo stoccaggio dei rifiuti radioattivi;

• carenza di normative nazionali di radioprotezione riguardo alla esatta individuazione delle responsabilità e dei ruoli, in relazione in particolare alle attività di disattivazione degli impianti nucleari e alla chiusura del ciclo del combustibile irraggiato;

• iter autorizzativo caratterizzato dal moltiplicarsi degli attori coinvolti dalla nuova normativa italiana in materia di radiazioni ionizzanti (D.Lgs. 230/95), con conseguenti ritardi nell’adozione dei provvedimenti autorizzativi per le attività di disattivazione degli impianti;

• permanente situazione di pregiudizio dell’opinione pubblica e delle autorità locali per il nucleare e incapacità del sistema Italia di governare processi politicamente complessi;

• necessità di un Ente di Controllo e regolatorio efficiente e dotato delle risorse e delle competenze necessarie per fornire risposte adeguate alla complessità dei problemi e in tempi rapidi.

Assume in questo contesto particolare rilevanza, per le sue implicazioni sul piano programmatico operativo e progettuale, la attuale mancanza in Italia di un preciso quadro normativo di riferimento per gli obiettivi da perseguire, in termini ad esempio di caratteristiche dei manufatti risultanti o delle modalità di deposito o di smaltimento. Ci si riferisce non tanto alle numerose azioni in corso in questo campo, che conservano intera la propria natura propositiva e di ricerca, quanto ad un consolidato insieme di specifiche che permettano un concreto approfondimento degli aspetti non solo connessi con la radioprotezione e la sicurezza ma anche con l’impegno di risorse umane e finanziarie richiesto.

La componente operativa di radioprotezione deve poi essere supportata dalle attività qualificazione e taratura per la strumentazione radiometrica utilizzata, per cui la radioprotezione operativa deve potersi servire di un ente qualificatore ben identificato. I servizi di dosimetria personale e di sorveglianza ambientale utilizzati dall’Esperto Qualificato per la valutazione di dose ai lavoratori ed alla popolazione devono avere un idoneo riconoscimento a livello nazionale e devono poter quindi dimostrare la loro qualificazione ad ogni richiesta (organo di controllo, magistratura, ecc.) favorendo quindi la trasparenza delle determinazioni effettuate per la radioprotezione e garantendo l’esercente in qualsiasi sede.

Anche per l’esercente esiste, come per l’intero sistema radioprotezionistico italiano, la necessità di un opportuno ricambio generazionale degli addetti; ciò è particolarmente urgente per quelle attività con arco temporale dell’ordine dei decenni. Pertanto l’esercente abbisogna di attività di formazione in radioprotezione qualificate sia a livello tecnico che post-lauream da effettuarsi in modo anche permanente (mediante corsi brevi di riqualificazione) anche con l’ausilio del sistema universitario.

2. ENEA Esercente

L’ENEA è attualmente il maggiore esercente nazionale per quanto riguarda gli impianti nucleari diversi dalle Centrali elettronucleari. Gli impianti dell’ENEA sono i Reattori TRIGA e TAPIRO presso il CR Casaccia e gli Impianti del ciclo del combustibile situati nel CR Saluggia (EUREX) nel CR Trisaia (ITREC) e nel CR Casaccia (PLUTONIO, OPEC1). La FN spa, partecipata dall’ENEA esercisce un impianto industriale di fabbricazione del combustibile nucleare, attualmente in disattivazione.

2.1. Il reattore termico TRIGA da 1 MW ed il reattore veloce TAPIRO sono attualmente, insieme al reattore TRIGA da 250 kW dell’Università di Pavia, gli unici reattori in esercizio in Italia. Le attività di ricerca presso questi impianti interessano il campo sanitario e sono finalizzate, ad esempio,alla cura del tumore cerebrale (glioma multiforme) con la tecnica “boron capture therapy” (Reattore TAPIRO) ed alla messa a punto delle tecniche di produzione di isotopi a vita breve utilizzati nella terapia e diagnosi di tumori e nella diagnosi delle malattie del sistema cardiocircolatorio (Reattore TRIGA).

2.2. I problemi di radioprotezione nell’esercizio di questi reattori sono quelli usuali nell’impiego di sorgenti complesse di radiazioni ionizzanti, con particolare attenzione alle nuove esigenze connesse con l’effettuazione di nuove esperienze o di nuove linee di ricerca.

Analoga è la situazione per gli impianti del ciclo del combustibile, in cui gli aspetti tipici di radioprotezione connessi con l`esercizio, ancorché ridotto, si mescolano con le prime azioni finalizzate alla disattivazione dell’impianto ed alla gestione dei rifiuti risultanti dalla disattivazione o dalla attività pregressa.

2.3. Gli aspetti di radioprotezione connessi con queste attività sono quelli tipici di interesse per altri operatori nazionali, ampiamente discussi in altre parti della relazione. Massima importanza viene comunque attribuita dall’ENEA a taluni aspetti più sofisticati della radioprotezione, come ad esempio l’applicazione del principio ALARA. Questo principio – mantenere le esposizioni al livello più basso ragionevolmente ottenibile – rappresenta infatti il cardine del Sistema di Radioprotezione raccomandato a livello internazionale e comunitario ed ha relegato a semplice condizione al contorno per l’applicazione del sistema il non superamento dei limiti di dose individuale per i lavoratori e gli individui della popolazione.

2.4. Particolare attenzione in tutti i siti ENEA viene dedicata alla pianificazione degli interventi connessi con le emergenze radiologiche, in modo da garantire nel modo più completo la radioprotezione della popolazione interessata e la tutela dell’ambiente. E’ in corso nell’Ente una forte integrazione delle risorse dedicate alla pianificazione delle emergenze, superando una forse eccessiva separatezza tra i diversi Centri che si era venuta accentuando nel passato. Tale scelta consente di valorizzare al massimo le competenze esistenti nell’Ente e di creare una risorsa da rendere disponibile al Paese in caso di emergenze radiologiche non connesse con le attività dell’ENEA. La collocazione geografica dei Centri, in Piemonte, nel Lazio ed in Basilicata, offre una copertura quasi completa del territorio nazionale. Le reti di sorveglianza dell’ENEA si integreranno ad esempio sempre più con quelle gestite da altri operatori.

2.5. Analoga integrazione di competenze e di metodiche di misura o di valutazione è in corso nell’ambito della radioprotezione operativa dei lavoratori e della popolazione, in modo da valorizzare al massimo le risorse disponibili nelle varie discipline che si sono venute sviluppando nel corso degli anni nelle diverse realtà dell’ENEA, anche se in un modo forse non sempre equilibrato. Concorre a tale progetto la creazione di punti di eccellenza nelle varie discipline, che offrano un punto di riferimento non solo agli operatori di radioprotezione all’interno dell’ENEA ma anche ad altri operatori presenti nel Paese.

2.6. Sul piano operativo l’organizzazione radioprotezionistica dell’ENEA è articolata nelle funzioni di esperto qualificato, di radioprotezione operativa, di sorveglianza della radioattività ambientale, di valutazione della esposizione interna con misure WBC o controllo degli escreti, didosimetria esterna ambientale e personale, di taratura della strumentazione radioprotezionistica, di qualificazione e ricerca Tutte queste funzioni convergono nell’attività dell’Istituto per la Radioprotezione cui viene garantita la più completa autonomia. L’unità operativa di radioprotezione deve infatti essere chiaramente enucleata all’interno della struttura manageriale dell’ente; deve risultare ben distinta dalla unità di produzione od operazione degli impianti; deve poter disporre di autonomia gestionale delle risorse umane e finanziarie all’interno dell’ente ed in relazione alle domande di radioprotezione poste dall’esercente.

2.7. Indubbiamente la forte connessione esistente tra l’ENEA nella sua veste di Esercente, tenuto al rispetto dei vincoli normativi, autorizzativi e prescrittivi, e l’istituto per la Radioprotezione, nella sua veste di organo di promozione e qualificazione della radioprotezione in Italia costituisce una opportunità unica di sinergia tra gli aspetti operativi e quelli innovativi.

Non possono essere comunque sottaciuti i problemi a medio e lungo termine conseguenti il progressivo depauperamento delle risorse umane dedicate alla radioprotezione, a causa non solo dei numerosi pensionamenti senza turnover ma anche di talune crisi di vocazione – a fronte di migliori opportunità apparenti in altre attività dell’Ente. Questa tendenza, se non interrotta, potrebbe comportare la perdita di competenze strategiche, difficili da ricostituire e potrebbe costringere a contrarre l’attività di radioprotezione sulle esigenze che si presentano di volta in volta, magari in conseguenza della rigidità del contesto prescrittivo in cui l’ENEA si trova ad operare. Sarebbe questa la fine di ogni attività di largo respiro nel campo della promozione e della qualificazione, con conseguente emarginazione dagli sviluppi in ambito internazionale non solo in campo normativo ma anche in quello tecnico operativo.

3. Attività nucleare dell’ENEL con particolare riferimenti agli aspetti di radioprotezione

3.1. Il contesto nazionale nel quale l’ENEL si è trovata ad eseguire il decommissioning delle sue quattro Centrali nucleari, determinatosi a seguito dell’abbandono della produzione di energia elettrica da fonte nucleare, ha portato, nelle recenti modifiche dell’assetto dell’ENEL, alla individuazione di una apposita Struttura Tecnico-Gestionale (Struttura Gestioni Impianti Nucleari) cui sono state affidate quale principale missione le “Attività relative al decommissioning delle quattro Centrali nucleari, dismesse, ivi inclusa la definizione e l’attuazione della strategia ENEL, relativamente alla chiusura del ciclo combustibile”.

La strategia definita dall’ENEL per la disattivazione delle sue quattro Centrali nucleari prevede le seguenti attività:

  • Attività da svolgere per la messa in Custodia Protettiva Passiva (C.P.P.);
  • Attività di mantenimento degli impianti nella condizione di C.P.P., per un congruo periodo di tempo;
  • Attività di rilascio dei siti esenti da vincoli di natura radiologica.

Per la chiusura del ciclo combustibile invece è previsto per le Centrali di Trino e Caorso, presso le quali è ancora presente combustibile irraggiato, lo stoccaggio provvisorio a secco sui siti per il tempo necessario alla realizzazione di un deposito temporaneo nazionale da parte dello Stato.

Tale strategia è stata riportata e motivata nel documento denominato “Piano globale di disattivazione” predisposto per ciascuna Centrale e allegato alle istanze di autorizzazione alla disattivazione degli impianti presentate ai sensi dell’art. 55 del D.Lgs. 230/95 agli organismi istituzionali previsti dal medesimo articolo del suddetto decreto.

Le attività previste dalla prima fase del piano di disattivazione sono attualmente in stato avanzato in due delle Centrali (Garigliano e Latina), da tempo prive di combustibile irraggiato, e sono state condotte nell’ambito di licenze specifiche con le quali l’ENEL è stato autorizzato dal MICA e dall’ANPA in epoca antecedente l’entrata in vigore del D.Lgs. 230/95).

Le suddette attività per la messa in Custodia Protettiva Passiva delle Centrali di Trino e Caorso sono strettamente connesse con lo spostamento del combustibile irraggiato, che si trova ancora nelle piscine di Centrale e nel caso della Centrale di Caorso in parte anche nel Vessel, allo stoccaggio provvisorio a secco in situ per il tempo necessario alla realizzazione di un deposito temporaneo nazionale da parte dello Stato.

Tenuto conto della provvisorietà di tale sistemazione si prevede l’uso di contenitori metallici del tipo “dual purpose” adatti cioè, senza ulteriori manipolazioni del combustibile anche al successivo trasporto dalle Centrali al deposito temporaneo.

I principali vincoli esterni per le attività di decommissioning in ENEL sono stati già indicati nella parte generale della Parte III.

3.2. Per ottemporare agli obblighi della sorveglianza fisica opera presso ciascuna Centrale un apposita Sezione che ha tutt’oggi compiti ed organizzazione molto simili a quelli che hanno caratterizzato la fase di esercizio degli impianti.

Infatti nella transizione dalla fase di esercizio a quella della disattivazione le prescrizioni e gli altri obblighi di legge in materia di radioprotezione sono rimasti operanti anche negli impianti dai quali è stato allontanato il combustibile irraggiato, pur essendosi drasticamente ridotto l’inventario di radioattività.

Ciò anche in considerazione del fatto che molte operazioni caratteristiche del processo di disattivazione, quali ad esempio quelle di decontaminazione e determinazione dell’inventario di radioattività, quelle di estrazione e condizionamento dei rifiuti radioattivi di processo, risultano particolarmente delicate ed impegnative dal punto di vista radioprotezionistico.

L’organizzazione di radioprotezione impiega risorse qualificate e gestisce un sofisticato complesso di strumentazione di monitoraggio, di misure radiometriche e dosimetriche, laboratori chimici e radiochimici, reti di sorveglianza locale della radioattività ambientale, apparati e mezzi mobili per fronteggiare eventuali situazioni anomale che possano avere conseguenze sull’ambiente esterno agli impianti. Le attività di radioprotezione vengono gestite con personale ENEL ad eccezione dei Medici autorizzati i cui compiti sono affidati a consulenti esterni.

La responsabilità dell’organizzazione di Fisica Sanitaria nelle Centrali ENEL è affidata ad un Esperto Qualificato di III grado che svolge i compiti previsti dal D.Lgs. 230/95 e dalle altre prescrizioni di legge, in materia di sorveglianza fisica della protezione, avvalendosi della Struttura dell’area Fisica Sanitaria e Chimica.

Egli per le funzioni attribuitegli dalla legge gode della piena autonomia Tecnico-professionale ed ha rapporti diretti con il Capo Centrale.

3.3. All’area Fisica Sanitaria e Chimica è affidato il duplice compito di fornire l’assistenza specialistica nel campo chimico, radiochimico e radioprotezionistico alle altre sezioni in linea e, d’altro canto, di assicurare l’esatto funzionamento dei dispositivi di protezione, di dare le istruzioni e prescrizioni necessarie a garantire la sorveglianza fisica dei lavoratori e delle popolazioni dalle radiazioni ionizzanti.

L’area sviluppa le proprie competenze nei seguenti campi:

  • Fisica Sanitaria;
  • Chimica e Radiochimica;
  • Ambientale.

Nell’area Fisica Sanitaria e Chimica opera circa il 20% del personale delle Centrali.

Complessivamente operano nel campo radioprotezionistico circa 80 addetti di cui 25 presso la Centrale di Caorso, 19 presso la Centrale di Trino, 19 presso la Centrale di Latina, 13 presso la Centrale del Garigliano e 4 nella Sede Centrale di Roma. Degli 80 addetti, 9 sono laureati (età media: 49 anni) e 15 sono diplomati (eta media: 45 anni); i 9 laureati sono anche Esperti Qualificati di III°, mentre dei 15 Diplomati 9 sono in possesso del titolo di Esperto Qualificato di II°.

Il contesto nazionale nel quale l’ENEL si è trovato a gestire il processo di disattivazione delle sue quattro Centrali nucleari è quello verificatosi a seguito dell’abbondono del Nucleare. Ciò ha determinato un forte calo del mercato nazionale, con un progessivo e rapido disimpegno di quasi tutte quelle strutture in grado di offrire servizi in campo nucleare.

Il verificarsi di un tale scenario ha costretto l’ENEL a conservare e ad implementare le proprie competenze specialistiche anche per far fronte alle mutate problematiche di radioprotezione, tipiche del nuovo assetto degli impianti.

In particolare per l’esecuzione delle attività di disattivazione già completate e di quelle in corso, nei casi in cui è stato necessario il ricorso ad imprese esterne, la sorveglianza fisica degli addetti, comprendente le procedure di lavoro in Zona Controllata (Z.C.), la dosimetria personale, i controlli di eventuale contaminazione interna mediante WBC, il monitoraggio delle aree di lavoro ecc., è stata svolta dalla Organizzazione di radioprotezione di Centrale.

3.4. Si è inoltre provveduto a migliorare e valorizzare le risorse interne di radioprotezione con una serie di interventi mirati, tesi al raggiungimento della massima autonomia funzionale dell’Ente nel campo della radioprotezione nel contempo si è provveduto ad integrare ed a specializzare alcune funzioni nelle centrali. Esse hanno interessato la costituzione dei Servizi qualificati :

  • Servizio Centralizzato di dosimetria esterna, operante presso la Centrale di Latina, utilizzabile dalle quattro Centrali Nucleari dell’ENEL;
  • Centro di Taratura e calibrazione della strumentazione di radioprotezione operante presso la Centrale Nucleare di Caorso;
  • Centro di analisi e determinazione di radionuclidi di difficile rivelabilità, operante presso la Centrale Nucleare di Trino.

Ciò ha portato alla costituzione di alcuni centri specialistici qualificati ai sensi della normativa vigente.

3.5. Un’altra rilevante problematica connessa alle attività di disattivazione degli impianti è quella legata alla classificazione del materiale solido proveniente da Z.C.

Gran parte di quasto materiale ha livelli di radioattività molto bassi, spesso inferiori a quelli naturali presenti nei comuni materiali con livelli di rischio sanitario molto modesti. Tuttavia la mancanza di chiari riferimenti normativi nei livelli di “clearance” ne rende faragginosa la gestione, poiché il rilascio è condizionato ad un preventivo accordo con le autorità di controllo. Nonostante ciò negli ultimi anni sono state rilasciate oltre 600 tonnellate di materiali soprattutto ad opera della Centrale del Garigliano.

Nelle istanze di autorizzazione delle attività di disattivazione delle Centrali di Caorso, Latina e Garigliano, sono stati proposti nuovi livelli di radioattività specifica per il rilascio dei materiali solidi; una volta approvati questi sarà possibile, a seguito di un nutritissimo programma di controlli e misure radiometriche, riclassificare e rilasciare come non radioattivi numerosi componenti e sistemi dalle Z.C. delle Centrali.

3.6. Dalle considerazioni fatte emerge da un lato la necessità di mantenere e se possibile esaltare i caratteri di autonomia dell’organizzazione di radioprotezione dell’SGN con riferimento alle diverse esigenze connesse con l’esecuzione delle attività di disattivazione degli impianti e dall’altro risulta indispensabile una programmazione delle risorse e delle competenze specialistiche a breve e medio termine che tenga conto della disponibilità attuale e delle caratteristiche anagrafiche del personale nonché delle future esigenze, per definire l’evoluzione degli assetti organizzativi e le conseguenti necessarie azioni di adeguamento e di formazione.

A tal fine si ritiene necessario fare leva sulla collaborazione e sulle sinergie che è possibile realizzare tra le organizzazioni di radioprotezione delle Centrali, realizzando nel contempo azioni di valorizzazione delle risorse disponibili quali ad esempio quelle volte all’accreditamento dei laboratori.


Inserisco di seguito un manuale (in inglese) di Fisica della Radiazione Oncologica:

E. B. Podgorsak – Radiation Oncology Physics: A Handbook for Teachers and Students – Raccomandato e garantito da prestigiose organizzazioni internazionali: IAEA, IOMP, ESTRO, EFOMP, WHO, PAHO, COMP, CCPM


CAPITOLO 12 – CENNI A POSSIBILI ALTERNATIVE ENERGETICHE

ENERGIA
Ritorno al solare

Arizona 1954: un gruppo di banchieri e industriali fonda un’associazione per promuovere l’industria del solare, suscitando l’interesse di scienziati e politici di primo piano. Inizia così la riscoperta del Sole come risorsa energetica. Una strada che, come spiegano gli autori di questo dossier, è oggi praticabile grazie anche al genio einsteniano e alla meccanica quantistica. Purtroppo nonostante gli sforzi e l’interesse di molti, l’opzione solare è oggi pressoché trascurata, soprattutto in Italia dove invece le condizioni atmosferiche favorirebbero il suo sviluppo. Eppure il Sole è una sorgente inesauribile, una risorsa a cui ci si potrebbe pensare di attingere con maggiore convinzione proprio ora che il petrolio incomincia a scarseggiare

RITORNO AL SOLARE
Il sogno di Daniels
di Cesare Silvi

Cesare Silvi è responsabile del Gruppo per la Storia dell’Energia Solare (GSES) e dell’ISES History Standing Committee.

Nel mese di agosto 2005, in Florida, negli Stati Uniti, in occasione del periodico congresso mondiale sull’energia solare dell’International Solar Energy Society (ISES), sarà celebrato il cinquantesimo anniversario della prima grande assise internazionale del settore, tenuta in Arizona nel 1955. In quell’anno l’Association for Applied Solar Energy (AFASE), dalla quale avranno origine nel 1964 la Solar Energy Society (SES) e quindi nel 1970 l’attuale ISES, organizzò in Arizona due importanti incontri. Il primo fu la conferenza sulle “Scientific Basis of Solar Energy”, tenuta a Tucson alla fine di ottobre, il secondo fu il “World Symposium on Applied Solar Energy and a Solar Engineering Exhibit” tenuto a Phoenix pochi giorni dopo. Entrambi gli eventi furono realizzati con il sostegno di importanti agenzie nazionali e fondazioni private: la National Academy of Sciences, la National Science Foundation, la Rockefeller Foundation, la Ford Foundation, l’Office of Naval Research, la United States Air Force, l’UNESCO e un certo numero di società private attive nell’area delle due città. A questi eventi parteciparono oltre mille persone tra scienziati, ingegneri, imprenditori, nonché funzionari di varie istituzioni internazionali e nazionali.

I delegati stranieri furono 130 provenienti da 31 paesi, compresa l’Italia con sei delegati. Per la prima volta, coloro che si interessavano dello sfruttamento moderno dell’energia solare, pochi e isolati nei vari paesi del mondo, ebbero la possibilità di incontrarsi, confrontarsi e documentarsi sui tentativi, i progetti, le ricerche, le realizzazioni industriali in corso o del passato. Lo Stanford Research Institute fotografò nel Directory of World Activities and Bibliography of Significant Literature on Applied Solar Energy Research le attività svolte tra il 1850 e il 1955 in 27 paesi, passando in rassegna oltre 4.000 riferimenti bibliografici. Vennero così a crearsi in Arizona le condizioni per lo sviluppo di un’importante rete mondiale di contatti e relazioni tra scienziati e studiosi, tra centri di ricerca e imprese, che avrebbe avuto un impatto determinante nello sviluppo e nella diffusione delle conoscenze scientifiche e tecnologiche sull’energia solare negli anni Cinquanta e Sessanta del Novecento e nel porre le basi degli sviluppi successivi. Credo non sia esagerato considerare questi eventi del 1955 uno spartiacque tra l’uso dell’energia solare nel passato e l’uso che, grazie alle grandi scoperte scientifiche e agli straordinari sviluppi tecnologici degli ultimi secoli, potremmo farne nel futuro. Un futuro che tuttavia stenta a decollare.

Proprio pensando al futuro, nell’ambito dell’ISES è maturata l’idea di guardare al passato, cogliendo l’importante occasione offerta dagli eventi sopra ricordati, per ricostruire la storia di quanto accaduto negli ultimi cinquant’anni e, più in generale, nelle epoche precedenti nello sviluppo dell’uso dell’energia solare, nella convinzione che da essa sia possibile trarne degli utili insegnamenti. Abbiamo cominciato con lo scrivere innanzitutto la storia della nostra organizzazione: The Fifty-Year History of the International Solar Energy Society racconta i principali sviluppi nel campo dell’energia solare a livello mondiale, documentando con fotografie, molte delle quali inedite, per un totale di oltre mille pagine, in due volumi (1954/1980 e 1980/2004) e sarà presentata ad agosto al Congresso in Florida.

Con la rivoluzione industriale e l’introduzione dei combustibili fossili, appena 200 anni fa, l’uso millenario dell’energia solare rinnovabile, fino a quel momento praticamente esclusivo, cominciò a ridursi progressivamente. Secondo l’International Energy Agency (IEA) nel 2000, su un totale di 9.958 Mtep (milioni di tonnellate equivalenti di petrolio) di offerta di fonti primarie di energia a livello mondiale, le energie rinnovabili (includendo anche la geotermica) hanno contribuito per il 13,8 per cento del totale dell’offerta. Tale percentuale è destinata a diminuire ancora se non ci sarà un cambiamento sostanziale nel modo di produrre e consumare l’energia. Tuttavia, proprio in Arizona nel ’55, a mio avviso, nacquero i presupposti per un concreto utilizzo dell’energia solare nello sviluppo delle future civiltà. Non si tratterebbe di tornare indietro. Bensì di costruire, tenendo conto di principi anche molto antichi, quali l’architettura passiva e solare degli edifici, un mondo alimentato prevalentemente con l’energia solare. Una grande risorsa messa a disposizione dalla natura della quale abbiamo compreso meglio le potenzialità solo nell’ultimo secolo e che le più avanzate conoscenze scientifiche e tecnologiche ci promettono di poter utilizzare su larga scala, sempre con la consapevolezza di dover rispettare i delicati meccanismi di funzionamento della biosfera e gli equilibri termofisici naturali della Terra. C’è un’infinità di storie da raccontare di pionieri dell’energia solare del Novecento. Storie di scienziati, ingegneri, ricercatori, inventori, che, con le loro intuizioni e scoperte e con la loro determinazione, hanno posto quei semi che spetta ora a noi alimentare.

Questo articolo e gli altri che compaiono in questo dossier sono alcuni tasselli di un mosaico storico che per sua natura è molto ampio, sia per estensione temporale sia per i temi trattati, e alla cui ricostruzione nell’ambito dell’ISES e, a livello italiano, del GSES (1), stanno contribuendo studiosi e ricercatori di varia estrazione disciplinare, fisici, chimici, ingegneri, architetti, storici, archivisti, geografi, antropologi, sociologi, scienziati della politica. Il mio contributo in questa occasione è mirato a richiamare l’attenzione, da qui in poi, su alcuni eventi immediatamente successivi alla Seconda Guerra Mondiale e precedenti la creazione dell’International Solar Energy Society nel 1954 e gli incontri tenuti in Arizona nel 1955.


Dal Progetto Manhattan al solare
Nel 1947 le moderne tecnologie solari e le applicazioni civili dell’energia nucleare erano poco diffuse. L’uso militare dell’energia nucleare aveva svegliato, forse per la prima volta, le coscienze di ricercatori e tecnologi sulle proprie responsabilità sociali, politiche e morali nel condurre le loro attività di ricerca. Lo scienziato che meglio di tutti sintetizza questo nuovo stato d’animo e che allo stesso tempo ha coltivato un alto livello di conoscenze sull’energia solare e sull’energia nucleare è Farrington Daniels (1889-1972), l’ispiratore e il fondatore dell’International Solar Energy Society.

Dal 1975 uno dei più prestigiosi riconoscimenti nel campo dell’energia solare porta proprio il suo nome, il “Farrington Daniels Award”. Tuttavia, nonostante l’esistenza di una biografia di oltre 500 pagine (2), che racconta la sua prestigiosa e ricca carriera scientifica, sono ancora in pochi a conoscere il ruolo chiave che Daniels ebbe durante la Seconda Guerra Mondiale nello sviluppo dell’energia nucleare e della bomba atomica e quindi degli effetti che tali eventi avrebbero avuto sul resto della sua vita e sul suo impegno a favore dell’energia solare. Una possibile spiegazione è che sulle attività svolte da Daniels durante la guerra fu per un certo numero di anni mantenuto il segreto, fino a quando le informazioni al riguardo cominciarono a essere accessibili nell’ambito del Freedom Information Act, la legge che negli Stati Uniti dispone il diritto di accesso ai documenti ufficiali della pubblica amministrazione.

I primi lavori sulla fissione nucleare furono avviati negli Stati Uniti presso la Columbia University da Enrico Fermi e colleghi (Eugene Wigner, Leo Szilard, Herbert Anderson e altri) e per motivi di sicurezza furono successivamente trasferiti a Chicago, dove il progetto proseguì con il nome neutro di Manhattan Engineering Project (vedi Sapere, giugno 2005). Nel 1942, il gruppo guidato da Enrico Fermi, “Mr. Farmer” per motivi di segretezza, ottenne la prima reazione nucleare controllata presso il Laboratorio di Metallurgia del Progetto Manhattan. Subito dopo Farrington Daniels si unì al gruppo. Dal 1944 al 1946 fu prima assistente al direttore e poi lui stesso il direttore del Metallurgical Laboratory. Una fotografia scattata nel 1947 lo ritrae accanto a Fermi e altri scienziati del Progetto Manhattan durante una cerimonia di commemorazione della prima reazione a catena controllata, avvenuta cinque anni prima a Chicago.

Nel 1944 Daniels fu tra i primi scienziati a proporre lo sviluppo dell’energia nucleare per la produzione di energia elettrica, un’idea che circolava nel mondo della ricerca sin dagli anni Trenta. Daniels propose di costruire un piccolo reattore nucleare (5-50 MW) a letto fluido, di sfere di uranio arricchito, moderato da ossido di berillio, raffreddato con gas elio. La “Daniels pile” fu presa in seria considerazione. Nel 1945 la Monsanto fu incaricata di progettarne la versione operativa e il Progetto Manhattan decise di destinare circa tre milioni di dollari per la sua costruzione presso il Laboratorio di Oak Ridge. Tuttavia, la Guerra Fredda stava per cominciare e nel 1947, subito dopo che era stato

deciso di procedere alla costruzione del reattore, l’Atomic Energy Commission (AEC), di recente istituzione, cancellò il progetto. Un brillante laureato “Sailed with the Navy”, come Daniels riferì successivamente, presentò l’idea competitiva di un reattore nucleare pressurizzato ad acqua leggera, che consentì la costruzione del primo sommergibile a propulsione nucleare. La decisione della AEC, secondo Daniels, pose in effetti termine alla possibilità per gli Stati Uniti di costruire il primo impianto nucleare di potenza per scopi pacifici già nel 1948 o, al più tardi, nel 1949, lasciando questo primato all’Unione Sovietica, che realizzò il primo impianto nucleare per la produzione di energia elettrica nel 1954.

Con la direzione del Metallurgical Laboratory di Chicago, il più affollato del Progetto Manhattan – con circa 2000 persone – Daniels ebbe un ruolo chiave nella realizzazione della bomba atomica e condivise con gli altri scienziati il peso di ciò che andava accadendo e che sarebbe accaduto. A tale proposito, sono interessanti i ricordi di John Simpson, professore al Dipartimento di Fisica dell’Università di Chicago e testimone del Progetto Manhattan (3). In alcune note personali pubblicate nel 1981 (4), Simpson ricorda vari eventi che portarono nel 1944 alla nascita del Movimento degli scienziati atomici di Chicago, del quale divenne successivamente il primo presidente. Tra questi eventi, ci fu la decisione di tenere una serie di seminari serali all’interno del Metallurgical Laboratory per discutere le implicazioni di natura sociale, politica e morale associate all’energia nucleare e alla bomba, nel caso questa avesse funzionato. Le strettissime misure di sicurezza, per cui i vari gruppi di scienziati operavano senza che gli uni sapessero degli altri, facevano temere guai per tutti. I comandi militari avevano impedito che gli scienziati si riunissero in gruppi superiori alle 2 o 3 persone. Fu trovata quindi un’ingegnosa soluzione per poter continuare i propri dibattiti, una soluzione che fu, con complicità, ignorata da Farrington Daniels, diventato il nuovo direttore del Metallurgical Laboratory nel 1945. Il 12 luglio di quell’anno, quattro giorni prima del test della prima bomba nucleare ad Alamogordo, nel New Mexico, Arthur Compton chiese a Daniels, quale direttore del Laboratorio, di sentire l’opinione degli scienziati che lì erano impegnati in merito al possibile uso della bomba. Questi furono intervistati uno per uno e invitati a votare segretamente senza alcuna discussione. Le interviste furono del tutto volontarie e informali e vi partecipò circa il 50 per cento del personale. I risultati dell’inchiesta, che indicavano cinque possibili usi alternativi della bomba e a fianco di ciascuno il numero di voti assegnati dagli interpellati, furono sintetizzati in un documento che qui riproduciamo e che fu inviato da Arthur Compton al Segretario per la Guerra Henry Stimson con la firma di Farrington Daniels quale direttore del Laboratorio (5).

Dopo le esplosioni delle bombe atomiche su Hiroshima e Nagasaki, Daniels rivolse tutto il suo impegno a spiegare e indicare cosa fare per affrontare gli immensi problemi sollevati dalla potenza dell’energia nucleare. Una sua ampia riflessione al riguardo fu pubblicata nel Congressional Record del 5 novembre 1945 con il titolo “What We Do About the Atomic Bomb?”, anche se priva del suo nome per i motivi di segretezza a quel tempo ancora esistenti. In quella intervista, che affronta praticamente tutti i temi sollevati dalla invenzione della bomba atomica, Daniels concludeva sulla necessità di rimuovere le cause della guerra quali la pressione demografica, l’idea di razze superiori, le limitazioni di tipo economico, l’isolazionismo e i tentativi di vendere all’infinito senza mai comprare. L’io intelligente e illuminato secondo Daniels poteva fare molto, ma la sola reale soluzione stava nell’elevare gli standard morali degli uomini e delle nazioni del mondo.

Finita la Guerra, cancellato il programma di costruzione della sua pila nucleare, Daniels tornò nel 1947 all’Università del Winsconsin. Portava con sé l’esperienza di aver contribuito alla nascita dell’era atomica e i timori delle sue conseguenze. Pensava che l’energia solare avrebbe potuto contribuire significativamente al benessere dell’umanità e che le promesse dell’energia nucleare costituissero un’importante sollecitazione a darsi da fare per accelerarne lo sviluppo. Il mondo, infatti, aveva realizzato quanto fosse indispensabile la disponibilità di energia per lo sviluppo economico e sociale. Era quindi necessario trovare nuove fonti che, tuttavia, fossero prive dei rischi associati all’energia nucleare. All’età di 58 anni, lo scienziato che aveva ricoperto un ruolo chiave nel progetto Manhattan, che aveva assistito nel deserto del New Mexico alla prima esplosione nucleare, che era stato un pioniere dell’uso dell’energia nucleare per scopi pacifici, diventò il massimo esperto di energia solare in epoca moderna. Un impegno che durerà venticinque anni, fino alla sua morte. Sebbene Daniels arrivasse al settore del solare dalla ricerca in campo nucleare, si era nel passato indirettamente occupato di energia solare nel corso dei suoi studi sugli effetti delle radiazioni in biologia nel 1928 e delle sue ricerche nel campo della fotosintesi nel 1938.

Daniels, che aveva nutrito un profondo interesse per l’energia solare già durante il periodo della guerra (6), fece la sua prima relazione su questo tema in occasione del simposio sulle nuove fonti di energia tenutosi a Washington il 15 settembre del 1948 durante le celebrazioni del centenario della American Association for the Advancement of Science (7). Si tratta di un documento che con grande lucidità e competenza passa in rassegna tutte le potenzialità di questa fonte e che incita la scienza ad andare avanti indipendentemente dalle applicazioni pratiche dell’energia solare al momento, anche con lo scopo di accumulare un bagaglio di conoscenze che si sarebbero potute rivelare utili nei momenti di emergenza dovuti a catastrofi quali guerre, sovrappopolazione, esaurimento del petrolio e del carbone.

Negli anni successivi, e fino alla creazione dell’AFASE (Association for Applied Solar Energy) nel 1954, Daniels partecipò e organizzò egli stesso vari incontri sull’energia solare. Nel 1952 incontrò Henry Sargent, presidente dell’Arizona Power Service Company, e gli parlò dell’esigenza di creare un’organizzazione per promuovere lo sviluppo e le applicazioni dell’energia solare, vale a dire l’industria del solare. Due anni dopo, il 17 marzo 1954, Sargent, insieme a Walter Bimson, presidente della Valley National Bank, e Frank Snell, un avvocato di fama di Phoenix, fondò l’AFASE dalla quale ebbe origine l’ISES. “L’idea di un’associazione”, ricordò Sargent in occasione del World Symposium on Applied Solar Energy del 1955, “nacque da una conversazione tra Farrington Daniels e me di due anni fa. Sembrò auspicabile avere un’associazione che fosse un canale di comunicazione, non solo per incoraggiare ulteriori lavori scientifici e ingegneristici sull’energia solare, ma anche che potesse servire quale strumento per presentare all’industria e al mondo degli affari informazioni accurate sullo stato dell’arte del settore. Anche con lo scopo di attrarre il sostegno dei capitali privati nello sviluppo e nelle applicazioni dell’utilizzo dell’energia solare che promettono di essere economicamente fattibili”.

Daniels, dal suo primo discorso nel 1948 fino alla sua morte pubblicherà una cinquantina di relazioni e terrà più di un centinaio di discorsi sull’energia solare. Il suo libro The Direct Use of Sun’s Energy (8) pubblicato nel 1964, resta ancora oggi una pietra miliare della storia dell’energia solare.

Le assise internazionali sul nucleare e sul solare
La prima grande assise internazionale sugli aspetti scientifici e le applicazioni tecniche dell’energia solare a cui è dedicato questo articolo si svolse nello stesso anno, il 1955, in cui ebbe luogo a Ginevra nel mese di agosto la grande conferenza voluta dagli Stati Uniti per promuovere l’uso pacifico dell’energia nucleare. Gli incontri sull’energia solare in Arizona si tennero invece a cavallo dei mesi di ottobre e novembre. Come si arrivò a questi due eventi? Per capirlo è utile ricordare alcune iniziative prese dal presidente Harry Truman successivamente alla fine della Seconda Guerra Mondiale. Usciti vincitori, gli Stati Uniti avevano provato al mondo e a loro stessi di essere capaci di sviluppare le tecnologie più avanzate e desideravano mantenere una leadership mondiale. Fu su questa base che, nel gennaio 1951, Truman affidò a William Paley l’incarico di presiedere la President’s Materials Policy Commission con lo scopo di studiare la disponibilità delle materie prime sul lungo periodo, facendo una netta distinzione tra quelle necessarie per motivi difensivi e quelle indispensabili allo sviluppo del paese. Secondo Truman gli Stati Uniti non potevano consentire che una penuria di materie prime mettesse a rischio la sicurezza del paese o costituisse un collo di bottiglia per la sua espansione economica. La Commissione avrebbe pertanto dovuto effettuare una ricognizione di tutti gli aspetti principali legati al rifornimento delle materie prime sul lungo periodo e indicare le politiche da perseguire a tal fine.

Il 2 giugno 1952 Paley presentò a Truman i risultati del suo lavoro, svolto con la consulenza di esperti del mondo dell’industria, dell’accademia e delle istituzioni governative. In uno dei quattro volumi nei quali furono raccolte le analisi e le conclusioni dello studio (9), un intero capitolo fu dedicato a “The Possibilities of Solar Energy”. In questo documento furono sintetizzati i risultati di un più ampio studio, effettuato da Palmer Putnam nel luglio del 1951 in qualità di consulente dell’Atomic Energy Commission, sulle conoscenze del momento e sulle future frontiere scientifiche e tecnologiche per lo sviluppo dell’energia solare. Furono passati in rassegna tutti i metodi di raccolta e conversione dell’energia solare nelle forme di energia comunemente utilizzate, da quello naturale delle fotosintesi, alle pompe di calore, ai collettori solari termici, al riscaldamento delle case costruite appositamente per essere riscaldate con il Sole (prevedendo di costruirne negli Stati Uniti 13 milioni entro il 1975), alla produzione di acqua dolce, alla produzione di elettricità con sistemi a concentrazione, allo sfruttamento dell’energia solare attraverso i venti e i gradienti termici delle acque tropicali, alla fotosintesi biologica controllata, alla fotosintesi non biologica, al fotovoltaico.

A questo studio contribuì anche Farrington Daniels. Il rapporto concludeva che fino a quel momento erano stati fatti solo sforzi infinitesimali per promuovere l’energia solare e sottolineava l’importanza di condurre una politica aggressiva di sviluppo in tutto il settore dell’energia solare, un settore nel quale, secondo il rapporto della commissione Paley, gli Stati Uniti avrebbero potuto dare un contributo immenso per il benessere del mondo libero. Questa prospettiva, sotto la presidenza Truman, era inserita in un vasto ambito di considerazioni, tra cui quella che lo sviluppo dell’energia nucleare per la produzione di elettricità avrebbe contribuito significativamente ad accrescere i rischi di proliferazione degli arsenali nucleari e i pericoli di guerre atomiche, con la decisione quindi auspicata di mantenere il segreto su tutte le informazioni sull’energia nucleare. Ma la politica di Truman si rivelò presto fallimentare per la celerità con la quale l’Unione Sovietica si stava dotando di armi nucleari. L’impostazione di Truman finì, quindi, per essere capovolta con la vittoria di Eisenhower alle elezioni per la Casa Bianca.

L’8 dicembre 1953, Eisenhower, parlando alle Nazioni Unite, annunciò “la determinazione dell’America a risolvere lo spaventoso dilemma nucleare – dedicando completamente il cuore e la mente a trovare il modo con il quale la miracolosa inventività dell’uomo non fosse dedicata alla sua morte, ma fosse consacrata alla sua vita”. Qualcuno chiamò questo programma di Eisenhower “Gli Atomi per la Pace” e con questa frase fu propagandato l’atomo pacifico, diventando, secondo John Perlin, storico dell’energia solare, la carta in mano agli americani per vincere la Guerra Fredda (10). Per Perlin la proposta di promuovere lo sviluppo dell’energia nucleare per scopi pacifici fu infatti molto efficace nel cambiare il ritratto fatto dai sovietici degli Stati Uniti come paese guerrafondaio e nel contrastare i sentimenti dei loro nemici. Gli Stati Uniti promettevano di dare ai paesi del mondo i materiali nucleari per poter condurre le loro ricerche atomiche pacifiche. Rivelarono inoltre i programmi per una conferenza internazionale nella quale i massimi scienziati mondiali si sarebbero incontrati per discutere degli usi pacifici dell’energia nucleare. Il piano ricevette l’approvazione delle Nazioni Unite e, nell’agosto del 1955, dirigenti politici e scienziati di tutto il mondo si incontrarono a Ginevra ottenendo l’attenzione delle prime pagine dei giornali e degli altri media per vari giorni. Ben diverse furono le condizioni nelle quali si svolse, alcuni mesi dopo, il “World Symposium on Applied Solar Energy” in Arizona. L’AFASE e lo Stanford Research Institute, che lo organizzarono, poterono contare solo su alcune sponsorship di agenzie nazionali, di fondazioni private e di imprenditori dell’Arizona.

Le potenzialità indicate nel rapporto della commissione Paley voluta da Truman, tra cui quella di costruire 13 milioni di case riscaldate con l’energia solare, furono presto dimenticate. L’impegno riversato nei programmi nucleari, non solo negli Stati Uniti, fece sì che quello di governi e istituzioni allo sviluppo dell’energia solare divenne negli anni successivi del tutto marginale. Questa situazione la si può chiaramente cogliere nel racconto sui primi anni di vita dell’ISES fatto per questo dossier da Jack Duffie, uno stretto collaboratore di Farrington Daniels sin dagli inizi degli anni Cinquanta del Novecento. Testimone diretto della nascita dell’AFASE, Duffie mostra come ambizioni e speranze di un rapido sviluppo industriale dell’energia solare si fossero presto stemperate e la stessa AFASE rischiò il fallimento a seguito delle difficoltà di natura finanziaria e organizzativa che la colpirono per mancanza di sostegno al settore. Tra i fatti ricordati da Duffie, che contribuirono alla crisi dell’AFASE, va evidenziato il forzato abbandono del progetto di una casa solare costruita nell’area di Phoenix selezionato a seguito di un concorso internazionale che aveva visto un’importante partecipazione di architetti e ingegneri da tutto il mondo. Si trattò di un insuccesso proprio nel settore nel quale la Paley Commission aveva previsto un grande sviluppo.

In Italia
La storia italiana è ricca di invenzioni e applicazioni per l’uso dell’energia solare. Una storia testimoniata da numerosi resti archeologici e trattati di studiosi di tutte le epoche, da Vitruvio agli scienziati e gli ingegneri del Rinascimento, che studiarono l’ottica e sperimentarono concentratori e altre macchine solari. Poi, l’introduzione nell’Ottocento dei combustibili fossili, di cui l’Italia è povera, spinse a cercare di sfruttare le risorse energetiche proprie per affrancarsi dalle importazioni estere. Nel giugno del 1854, in un suo intervento alla Camera Piemontese, Cavour affermava: “Poter trasformare l’acqua che cade in forza portatile, farebbe per il nostro paese quello che hanno fatto le macchine a vapore per l’Inghilterra. Noi abbiamo in cadute d’acqua più forza motrice che ne abbia l’Inghilterra con tutte le macchine a vapore in attività” (11). La prima fase dell’industrializzazione italiana fu possibile proprio grazie al cosiddetto carbone bianco, vale a dire l’energia idrica delle valli alpine.

L’idea di utilizzare fonti energetiche non di importazione si rafforzò durante il Fascismo con le politiche autarchiche. Prima della Seconda Guerra Mondiale oltre il 90 per cento dell’energia elettrica prodotta in Italia era di origine idrica. Il successo nello sfruttamento di questa fonte ispirò studiosi e ricercatori a guardare anche all’energia solare. Ricordo qui solo l’appello lanciato da uno scienziato di grande fama, Orso Mario Corbino. In occasione del XIX congresso della Società Italiana per il Progresso delle Scienze (SIPS) tenutosi a Bolzano nel 1930, nella relazione “Energia idraulica e termica” (12), Corbino caldeggiò l’uso dell’energia solare che, analogamente all’energia idrica, avrebbe potuto consentire nuovi traguardi nello sviluppo del paese consentendo di utilizzare una fonte energetica propria e abbondante, “su un cerchio del diametro di un chilometro di raggio viene tanta energia da superare quella che si può produrre con tutti gli impianti idroelettrici italiani messi insieme. Se anche il rendimento della trasformazione fosse non molto elevato, si riconosce subito quali grandi conseguenze economiche potrebbe avere la risoluzione del problema di trasformare direttamente quella energia in energia elettrica”. Esisteva, dunque, un certo interesse per l’energia solare al momento del congresso in Arizona del 1955, tanto che per quei tempi vi fu una partecipazione italiana significativa con Gino Bozza e Mario Dornig del Politecnico di Milano, Luigi D’Amelio dell’Università di Napoli, Federico Filippi del Centro Nazionale Agricolo di Torino, Fausto Lona dell’Istituto di Botanica di Parma e Enrico Gasperini della Società SOMOR (Società Motori Recuperi) di Ferruccio Grassi di Lecco.

Le positive notizie sugli sviluppi dell’energia solare provenienti dall’Arizona, tra cui quelle sull’invenzione della cella fotovoltaica al silicio, grazie anche ai resoconti di Dornig e altri, si diffusero tuttavia in Italia allo stesso momento del crescente interesse per le prospettive aperte dalle scoperte sull’energia nucleare, alle quali l’Italia aveva significativamente contribuito con Enrico Fermi. Sull’onda del lancio degli “Atomi per la Pace” l’Italia aveva avviato con il CNRN (Centro Nazionale Ricerche Nucleari), fondato nel 1952, un vastissimo programma di ricerca nucleare al quale aveva destinato consistenti finanziamenti stimati a quell’epoca in 35 miliardi di lire tra il 1952 e il 1960. Nel 1958 a Ginevra, l’Italia mostrò al mondo una serie di importanti realizzazioni: tre centrali nucleari in costruzione, il sincrotrone quasi ultimato, un reattore di ricerca pronto per entrare in funzione a Ispra, l’avvio della costruzione vicino a Roma del più grande centro di ricerca nucleare alla Casaccia (13).

Il settore dell’energia solare, nel generale entusiasmo per l’energia nucleare, anche in Italia veniva quindi lasciato indietro. Nel 1960 veniva approvata la legge che istituiva il CNEN (Comitato Nazionale Energia Nucleare) con la missione di favorire lo sviluppo delle applicazioni pacifiche dell’energia nucleare. Questa organizzazione nasceva sotto i migliori auspici. Gli organismi internazionali indicavano proprio nell’Italia e nel Giappone, gli unici paesi industrializzati senza risorse nazionali di combustibili fossili, i due paesi che per primi avrebbero imboccato la strada di una massiccia nuclearizzazione. Lo sviluppo dell’energia nucleare veniva visto come lo strumento di rivincita di un paese senza fonti fossili di energia nei confronti dei paesi ricchi di carbone e petrolio. Fino a questo momento, come abbiamo visto, l’Italia utilizzava soprattutto le proprie risorse idriche, con le quali nel 1955 produceva più dell’80 per cento del suo fabbisogno elettrico. A questo si aggiunga che il piano Marshall a sostegno della ricostruzione postbellica dell’Italia diede uno speciale impulso all’installazione di nuovi impianti termoelettrici e, tra il 1956 e il 1965, per la prima volta la potenza installata in impianti con combustibili fossili cominciò a superare la potenza installata in impianti idroelettrici. Nel paese dove l’energia nucleare aveva mosso i primi fondamentali passi con Enrico Fermi e che aveva con determinazione intrapreso la strada per l’utilizzo dell’energia nucleare, il solare era praticamente ignorato come possibile alternativa ai combustibili fossili.

Cosa è cambiato dal 1955 al 2005?
Oggi uno dei paesi leader al mondo nello sviluppo e nell’applicazione dell’energia solare è la Germania. Forse non a caso dal 1995 a Friburgo c’è la sede centrale dell’ISES, ivi trasferita dalla Australia dove, a sua volta, si era spostata dall’Arizona nel 1970. La Germania è anche il paese che più di tutti sembra impegnato in una strategia di lungo periodo nel promuovere l’energia solare. Secondo il Consiglio Tedesco per il Cambiamento Globale (WBGU), un organismo al lavoro dagli inizi degli anni Novanta e composto dai massimi responsabili delle politiche energetiche tedesche nel campo della ricerca scientifica e tecnologica, dell’ambiente, dell’economia e delle relazioni internazionali, uno scenario energetico mondiale esemplare e capace di assicurare uno sviluppo duraturo dovrebbe ribaltare l’attuale situazione e condurre a una nuova infrastruttura energetica, nella quale le energie rinnovabili dovrebbero avere un ruolo centrale mentre i combustibili fossili e l’energia nucleare ne avrebbero uno marginale. Nella prospettiva del WBGU l’energia solare, nelle sue forme dirette e indirette, potrebbe quindi tornare a essere la principale fonte di energia per l’umanità, come lo è stata per millenni, fino al momento dell’introduzione e l’uso su larga scala dei combustibili fossili. La crescente disponibilità di nuove e avanzate tecnologie per il risparmio energetico e solari, nate dagli sviluppi tecnico scientifici del XIX e del XX secolo, ormai decine e decine, consentirebbero sin da ora di bruciare meno combustibili fossili e/o sostituirli con l’energia del Sole (14). Un presupposto importante per poter assicurare uno sviluppo sostenibile a livello mondiale con l’utilizzo dell’energia solare è, tuttavia, quello di muoversi entro definiti “binari” ecologici e socio economici, al fine di assicurare la salvaguardia dei sistemi naturali e combattere la povertà. È questa una sfida di grande portata culturale.

In appena 200 anni l’uso dei combustibili fossili ha cominciato a produrre effetti misurabili sul sistema Terra, come quello dell’aumento della concentrazione dell’anidride carbonica nell’atmosfera di cui si occupa il Protocollo di Kyoto. Ma altre e forse anche più importanti modifiche riguardano l’habitat umano e con esso il rapporto che abbiamo con il territorio e le sue risorse, cambiato strutturalmente proprio a seguito dell’uso dell’energia concentrata dei combustibili fossili, che ha facilitato la crescita delle dimensioni delle città. Altro fenomeno parallelo è lo spopolamento delle aree rurali. Si tratta di una tendenza comune a tutto il mondo e che sembra destinata ad aumentare. Oggi le città sono responsabili per circa il 75 per cento degli attuali consumi globali di energia e nel loro ambito i sistemi più energivori e diffusi, gli edifici, consumano circa 38 per cento dell’energia prodotta. Nonostante questo dato la tendenza generale è di continuare a progettarli e costruirli come se l’abbondanza energetica dell’ultimo secolo fosse garantita per sempre. Nel mondo si stima che vengano costruiti dagli 8 ai 10 milioni di nuovi edifici all’anno. Questi, quindi, dovrebbero essere i primi sistemi energetici sui quali puntare per l’uso moderno dell’energia solare.

Oggi, in un’abitazione media italiana, il 77 per cento dell’energia consumata serve per il riscaldamento, il 17 per cento per produrre acqua sanitaria, l’11 per cento per cucinare e il resto riguarda l’illuminazione e gli elettrodomestici. Questa ripartizione è naturalmente diversa negli edifici commerciali, nei quali il maggior consumo riguarda la climatizzazione e l’illuminazione. Questi consumi potrebbero essere facilmente ridotti fino al 75 per cento e oltre dotando gli edifici di un efficace isolamento termico, ottimizzandone l’illuminazione naturale, raffrescandone gli ambienti in estate con sistemi di ventilazione naturale, per esempio, ricorrendo ad apparecchiature e macchine ad alta efficienza energetica e a basso consumo. La fattibilità tecnica ed economica di queste soluzioni è dimostrata da migliaia di nuovi edifici residenziali e commerciali costruiti, nella maggior parte dei casi, nell’Europa centrale e settentrionale, prevedendo consumi compresi tra i 15 e i 30 kWh/(m2 anno), a fronte dei 270 kWh/(m2 anno) di quelli tradizionali. Il ridotto fabbisogno energetico per calore ed elettricità di un edificio rende concreta la possibilità che questo possa essere soddisfatto con l’uso dell’energia solare raccolta con collettori solari termici e moduli fotovoltaici e varie altre tecnologie integrate nella stessa struttura edilizia. Esiste persino la prospettiva che gli edifici, come dei grandi collettori solari, possano produrre dal Sole non solo tutta l’energia necessaria al loro funzionamento, ma anche quantità in esubero da esportare.

In sintesi, la progettazione, la costruzione e la gestione di edifici energeticamente efficienti, a basso consumo energetico, è un valido esempio di come poter cominciare ad affrontare le sfide sopra richiamate. Un esempio, appunto, da estendere progressivamente a tutto il tessuto urbano, come spiega Sergio Los nell’articolo sulle città solari, sottolineando come la questione energetica comporti un deciso approccio sistemico sul nostro ambiente costruito, con implicazioni di vasta portata culturale. Nel 2005, a cinquant’anni dalla prima grande assise internazionale sull’energia solare, siamo ancora agli inizi nella comprensione di come ristrutturare le nostre attuali infrastrutture energetiche costruite nell’ultimo secolo per utilizzare i combustibili fossili e nucleari. Si tratta di un sistema nel quale sono state investite risorse immense e che potrà essere cambiato solo con una strategia di lungo periodo e con l’indispensabile apporto di governi e industrie.

Lo scenario del WGBU sembra muoversi su questa linea. In Germania è prevista la costruzione per il 2010 di 60.000 edifici a basso consumo energetico e solari, un numero insignificante rispetto alla prospettiva avanzata nel 1952 dalla Paley Commission di 13 milioni di abitazioni solari negli Stati Uniti nel 1975. La differenza è che per quella prospettiva non si cominciò mai a lavorare. In Germania pare di sì, e anche in altri paesi. Vale la pena di essere ottimisti.


NOTE

(1) Il Gruppo per la storia dell’energia solare (GSES) è un’organizzazione di volontariato senza finalità di lucro alla quale partecipano studiosi e ricercatori interessati alla storia dell’energia solare anche in collaborazione con la Fondazione Micheletti, archivio e biblioteca per la storia della tecnica e dell’industria in età contemporanea. Il GSES ha colto l’occasione del cinquantenario del primo congresso mondiale sull’energia solare del 1955 per promuovere ulteriormente questo campo di ricerca di vasto interesse culturale. Ha sedi operative a Roma e Brescia (www.gses.it; info@gses.it).

(2) Olive Bell Daniels, Farrington Daniels, Chemist and Prophet of the Solar Age. A Biography, Madison, Wisconsin 1978.

(3) Questi ricordi mi furono riferiti per la prima volta da Roland Winston, anch’egli professore in quell’Università, nel maggio del 2000. Winston mi riferì che dal 1956 al 1963, quando era studente nel Dipartimento di Fisica, ebbe tra i suoi insegnanti molti dei pionieri che avevano lavorato nel Progetto Manhattan e nel Laboratorio di Metallurgia, tra cui John Simpson, scomparso nel mese di settembre del 2000, e Nathan Sugarman.

(4) John A. Simpson, Bulletin of the Atomic Scientist, 37, 9, 1981, pp. 26-32.

(5) Sempre nel 2000 ebbi da Roland Winston un documento, ricevuto da Simpson, con evidente il timbro “SECRET”, su carta intestata del Chicago Metallurgical Laboratory. La storia di questo documento ritengo sia ormai abbastanza conosciuta. Meno conosciuto è invece il ruolo che ebbe in questa vicenda Farrington Daniels.

(6) Così Nathan Sugarman, professore di radiochimica che da giovane aveva lavorato nel Metallurgical Laboratory, riferì a Roland Winston.

(7) Farrington Daniels, “Solar Energy”, Science, gennaio, 21, 109, 1949, pp. 51-57.

(8) La versione italiana, L’uso diretto dell’energia solare, fu pubblicata in Italia nel 1974 da Sucargo Edizioni.

(9) President’s Materials Policy Commission (Paley Commission), “The Promise of Technology – The Possibilities of Solar Energy”, IV, United States Government Printing Office, Washington, 1952, pp. 213-20.

(10) John Perlin, “Nuclear or Solar? Energy Choices for the 1950’s and 1960’s”, Workshop on “Solar Culture, History and Art to promote solar energy utilization”, ISES Millennium Solar Forum Mexico 2000, Mexico City, 17-22, 2000.

(11) W. Fiorentino, Italia Patria di Scienziati, I Volume, Edizioni Catinaccio, Bolzano 2004, Pagine 195-199.

(12) W. Fiorentino, Italia Patria di Scienziati, cit.

(13) La storia del nucleare in Italia è ben documentato da Giovanni Paoloni nel libro Energia, ambiente e innovazione: dal CNRN all’ENEA, Laterza, Roma-Bari 1992.

(14) In merito agli sviluppi delle tecnologie per l’uso diretto dell’energia solare si vedano l’articolo di Domenico Coiante e l’intervista a Roland Winston in questo dossier.

Dossier, dicembre 2005 © Galileo


RITORNO AL SOLARE
Laggiù nell’Arizona

di John A. Duffie

John A. Duffie è stato il fondatore del Solar Energy Laboratory dell’Università del Wisconsin.

I primi 25 anni di vita dell’International Solar Energy Society corrispondono a un periodo di eccezionali cambiamenti e sviluppi dell’associazione (1). Cosa accadde? La risposta si incentra sui protagonisti di questa vicenda: la storia dell’ISES è infatti in larga misura la storia dei suoi primi leader. Se si volesse individuare il principale protagonista, costui fu senza dubbio Farrington Daniels. Fu unico. Seguì diverse carriere professionali quasi indipendenti fra loro. Chimico-fisico di formazione, si fece inizialmente notare per i suoi lavori nella chimica dell’azoto. Si occupò di fotochimica e fotosintesi. Durante la Seconda Guerra Mondiale fu il direttore del Laboratorio di Metallurgia dell’Università di Chicago, dove venne realizzata la prima reazione atomica critica, e assistette ad Alamogordo all’esplosione della prima bomba atomica. Questi avvenimenti ebbero una profonda influenza sulla sua carriera postbellica.

Quindi si dedicò allo studio dell’energia solare. Sono convinto che sia stata proprio l’esperienza nello sviluppo della bomba atomica a spingerlo, dopo la guerra, a esplorare delle alternative energetiche per il bene dell’umanità. Basandosi forse sulle sue conoscenze di fotochimica e di fotosintesi, Daniels si domandò come si potesse sfruttare l’energia solare per aiutare la gente, senza rischiare tuttavia che fosse utilizzata a fine distruttivi. Fu generoso, ingegnoso, inventivo e fantasioso. Fu molto rispettato e ammirato. Fu un visionario. Nei suoi ultimi anni di vita si preoccupò di insegnare alla popolazione dei paesi in via di sviluppo come migliorare la propria vita imparando a costruire e utilizzare le cucine e i distillatori solari.

Farrington Daniels fu presidente della American Chemical Society e vicepresidente dell’Accademia Nazionale delle Scienze statunitense. Conosceva molte persone in vari luoghi del mondo. Nel 1953 organizzò un simposio all’Università del Wisconsin sull’utilizzazione dell’energia solare che stimolò l’interesse dei membri della nostra facoltà d’ingegneria: come conseguenza fui assunto per creare un laboratorio di energia solare e lavorare sui relativi problemi ingegneristici. La mia prima attività (che svolsi insieme a Farrington, nel 1954) fu redigere gli atti del simposio (Solar Energy Research, University of Wisconsin Press, 1955). Il mio primo lavoro nel settore fu contattare e incontrare i relatori presso i loro laboratori, tra cui: Charles G. Abbot, George Löf, Maria Telkes, Hoyt Hottel. Molti di loro ebbero un ruolo nell’origine dell’ISES.


Creazione dell’AFASE
Nel 1952, Farrington, il visionario, ebbe un incontro con Henry Sargent, allora presidente della Arizona Public Service Company (l’azienda elettrica della città di Phoenix), e gli fece presente che c’era bisogno di un’organizzazione che promuovesse lo sviluppo e l’applicazione dell’energia solare, vale a dire un’industria del solare. Due anni dopo, insieme a un gruppo di banchieri e uomini d’affari di Phoenix, Sargent organizzò e costituì la Association for Applied Solar Energy (AFASE), che nel 1964 sarebbe diventata la Solar Energy Society (SES) e, infine, nel 1970, la International Solar Energy Society, ovvero ISES.

L’associazione fu sostenuta finanziariamente dalle aziende associate della zona di Phoenix. Tra le prime attività svolte ci fu la sponsorizzazione della preparazione, da parte dello Stanford Research Institute, di una rassegna delle attività di ricerca svolte nel passato o in corso sull’energia solare. Un documento certamente utile all’epoca, l’organizzazione del “World Symposium on Applied Solar Energy and a Solar Engineering Exhibit”, tenuto a Phoenix nel 1955, e, in parallelo, la conferenza “Scientific Basis of Solar Energy “, tenuta a Tucson.

Il simposio fu un evento di grande rilievo, con 900 iscritti. Un migliaio di persone potè apprezzare il fagiano servito al banchetto di chiusura. Gli aspetti scientifici del simposio non furono certo trascurati. Fra i relatori, tanto per nominarne alcuni, c’erano: Harold Heywood da Londra, Valintin Baum dall’USSR, Austin Whillier dal Sudafrica, Roger Morse dall’Australia, Hoyt Hottel e Gerald Pearson dagli USA. Durante il simposio di Phoenix era stata allestita una grande mostra di attrezzature a energia solare, intitolata The Sun-at-Work (“Il sole al lavoro”) che attrasse 30.000 visitatori. Tra gli oggetti esposti, celle solari, superfici selettive, la pompa solare Somar (costruita da una ditta italiana, Ndt), scaldacqua solari, e altre applicazioni ancora.

Queste attività dell’AFASE fecero subito colpo. Così incoraggiata, l’associazione assunse John Yellott in veste di segretario esecutivo (e poi di vicepresidente esecutivo). Il primo periodico dell’AFASE fu il Sun-at-Work, un bollettino trimestrale avviato nel 1956. Nel 1957 venne lanciata una rivista tecnica trimestrale, il cui titolo, Journal of Solar Energy Science and Engineering, venne più tardi abbreviato in Solar Energy. Entrambe le pubblicazioni erano curate da un redattore stipendiato. Il consiglio d’amministrazione dell’AFASE era costituito da banchieri, dirigenti di aziende elettrcihe e altri uomini d’affari, tutti di Phoenix. C’era anche un comitato di redazione, nel quale figurava un nome che all’epoca già conoscevamo: Frank Edlin, ingegnere della DuPont, l’unico rappresentante della categoria degli scienziati o ingegneri presente in questa parte della struttura AFASE. C’era poi un comitato scientifico che annoverava fra i suoi membri molti degli scienziati e ingegneri all’epoca attivi nel campo del solare. Ne fecero parte, in tempi diversi, Farrington Daniels, George Lof, Hoyt Hottel, Harry Tabor, Maria Telkes, Charles G. Abbot, Dick Jordan, Felix Trombe, Roger Morse, il sottoscritto e altri ancora. Funzione principale del comitato era organizzare riunioni tecniche, mentre la sua consulenza in senso più generale veniva richiesta soltanto di rado.


Altre attività
Il redattore capo delle pubblicazioni lavorò con Maria Telkes per mettere insieme una raccolta di libri, relazioni, periodici e brevetti relativi all’energia solare; questa raccolta fu donata alla biblioteca dell’Università statale dell’Arizona (a Tempe, vicino Phoenix), dove si trova tuttora. Nel 1957, l’associazione organizzò a Phoenix un Simposio sui forni solari, dove si riunirono molti di coloro che erano attivi in questo campo, fra cui Felix Trombe e Peter Glaser (uno dei primi leader dell’organizzazione). Gli atti del simposio vennero pubblicati come parte del primo volume di Solar Energy, la rivista della società.

Un’altra iniziativa importante dell’AFASE fu un concorso per la progettazione di una casa solare. Il progetto vincente sarebbe stato realizzato nella zona di Phoenix e il rendimento del suo sistema di riscaldamento solare monitorato con la casa abitata da una famiglia. Il progetto vincente, di P.R. Lee, prevedeva l’installazione di una serie di concentratori solari disposti a tapparella, che potevano essere ruotati per modificarne l’inclinazione e aumentare così la raccolta della radiazione solare incidente rispetto a dei collettori fissi. La casa venne effettivamente costruita, ma non venne pubblicato alcun dato sul suo funzionamento. Doveva costituire una vetrina, ma rimase aperta al pubblico solo per un mese, fino a quando i vicini cominciarono a lamentarsi del viavai dei visitatori e intrapresero un’azione legale per chiuderla. Questo evento non contribuì certo a consolidare la reputazione dell’organizzazione, né a migliorare quella che stava diventando una situazione finanziaria precaria.

Negli anni Cinquanta, la sede dell’AFASE era ubicata a Phoenix, in degli uffici in affitto. C’era uno staff retribuito, incluso un direttore esecutivo, un redattore capo, e degli assistenti di segreteria. L’organizzazione aveva molto da fare ed era attiva, con idee e aspirazioni ambiziose. Sfortunatamente, però, la sue condizioni finanziarie non erano buone. Alla fine degli anni Cinquanta e nei primi anni Sessanta l’interesse dell’industria cominciò a svanire via via che si diventavano evidenti le difficoltà di competere con il petrolio e il metano, che all’epoca costavano relativamente poco. L’AFASE vide diminuire il sostegno da parte del mondo degli affari e dell’industria, e calare il numero dei suoi soci. Negli Stati Uniti non c’era molta attività di R&S nel campo dell’energia solare, e così erano in pochi a sostenere l’organizzazione con le quote associative (la Fondazione Nazionale per le Scienze diede due piccoli contributi per sostenere la pubblicazione della rivista). Le entrate dell’AFASE calarono e fu necessario risparmiare. Nel 1958, il vicepresidente esecutivo, John Yellott, lasciò l’associazione. Nel 1960, la sede fu trasferita in locali messi a disposizione dall’Università Statale dell’Arizona. Le spese, tuttavia, continuarono a superare le entrate, e l’associazione si ritrovò con debiti considerevoli.

Nel 1959, a New York si era tenuta una riunione del comitato scientifico dell’AFASE, con il compito di preparare delle sessioni tecniche e di formulare delle raccomandazioni relativamente al ruolo dell’associazione per lo sviluppo futuro dell’energia solare. L’AFASE aveva al suo attivo successi significativi. Sponsorizzava convegni che riuscivano a riunire le diverse persone che lavoravano nel campo. Aveva un programma di pubblicazioni, fra cui una rivista e un bollettino. Allo stesso tempo, però, c’erano dei problemi. Nessun membro del consiglio d’amministrazione aveva l’esperienza o la competenza scientifica e tecnica nel settore dell’energia solare. I redattori delle pubblicazioni lavoravano sodo, ma non avevano conoscenze specifiche nel settore. Non c’era alcun sistema di confronto e valutazione. Alcuni membri del comitato scientifico non erano soddisfatti dell’andamento dall’associazione, e in una riunione fuori programma la discussione si concentrò su un domanda fondamentale: era forse il caso di chiudere del tutto l’organizzazione, oppure conveniva convertirla in una associazione scientifica e ingegneristica di tipo più tradizionale? Malgrado le difficoltà in cui si trovava, l’AFASE era un’organizzazione funzionante e, pertanto, si raccomandò di effettuare dei cambiamenti nella sua organizzazione, trasformandola in una associazione i cui membri del consiglio direttivo e le altre cariche sociali fossero eletti dai suoi soci. Ciò avrebbe comportato un cambiamento radicale dalla struttura esistente. In poche parole, significava che la comunità scientifica avrebbe rilevato dagli imprenditori di Phoenix la responsabilità dell’associazione. Ci vollero diversi anni, ma alla fine queste modifiche vennero accettate e attuate. A partire dal gennaio 1964, il nome dell’associazione fu cambiato in Solar Energy Society (SES) e Farrington Daniels divenne il primo presidente eletto dai soci.


La situazione finanziaria
Quelli di noi che sostenevano la necessità di queste modifiche dell’organizzazione non si resero probabilmente conto di quanto fosse grave la situazione finanziaria già seria dell’associazione che era andata peggiorando, tanto che nel 1967 si parlava addirittura di fallimento. Nella corrispondenza di quel periodo si trovano commenti tipo: “Abbiamo 110 dollari in banca, e si sta avvicinando un conto stipendi per 300 dollari. Ce la possiamo fare se arrivano abbastanza rinnovi di iscrizione” oppure “È inutile inviare manoscritti per il prossimo numero della rivista, perché la Waverley Press non ne farà niente finché non verranno pagate le fatture relative all’ultimo numero”.

Occorreva ridurre ulteriormente le spese. Il Sun-at-Work venne sospeso. Il direttore stipendiato venne rimpiazzato da Andrew Drummond, che diresse gratuitamente Solar Energy. Per quanto riguarda questa pubblicazione, poi, venne raggiunto un nuovo accordo, come vedremo di seguito, che ne ridusse notevolmente il costo. Carl Hodges, dell’Università dell’Arizona, si prese l’onere di svolgere, anche lui gratuitamente, il lavoro di segretario-tesoriere. I debiti erano una vera pietra al collo della SES, ma diversi fattori contribuirono a risolvere questi problemi. Un po’ di respiro venne dato dalla Fondazione Rockefeller, che donò 20.000 dollari. La Valley National Bank fece alla Società un dono diretto, azzerando 7.000 dollari di prestiti. E Farrington Daniels, con notevole sacrificio personale, pagò di tasca sua vari anni di interessi sui debiti e parte del capitale.

Una parte significativa dei problemi fiscali che gravavano sulla SES era costituita dalle spese per la rivista. Peter Glaser era succeduto a Farrington Daniels come presidente. Grazie all’attività di alcuni cittadini cecoslovacchi a Londra durante la Seconda Guerra Mondiale, Peter conosceva Robert Maxwell, fondatore e capo della Pergamon Press. Peter andò a New York e parlò con Maxwell della necessità della SES di adottare un nuovo approccio alla pubblicazione. Il risultato fu un accordo secondo il quale Pergamon avrebbe pubblicato la rivista, a partire dal 1968. I termini del contratto erano generosi nei confronti della Società: Pergamon avrebbe prodotto e distribuito a tutti i soci quattro numeri l’anno (addebitando alla SES il costo di $6 a copia) e versato alla Società il 25% degli utili generati dalla vendita della rivista a non-soci.

A prescindere dalle attività successive di Maxwell, l’accordo con Pergamon dette una grande mano alla associazione. L’accordo continuò, con modifiche, fino agli anni Novanta inoltrati. Con un numeroso gruppo di autori, redattori e revisori, tutti non retribuiti, la SES consegnò ai suoi soci una rivista seria a costi bassissimi.

Altri cambiamenti erano nell’aria. Nel 1970, Roger Morse, terzo presidente eletto dai soci, fece in modo che la sede della SES venisse ospitata in Australia dalla Divisione di Ingegneria Meccanica del CSIRO (di cui Roger era a capo). Frank Hogg diventò il segretario-tesoriere (non retribuito), e altre spese di gestione vennero ulteriormente ridotte. Ci furono altre modifiche organizzative (la SES diventò ISES e venne strutturata come federazione di sezioni), ma il modus operandi rimase sostanzialmente identico per il successivo quarto di secolo, cioè fino a metà degli anni Novanta. Questi contributi, risparmi e accordi editoriali dettero alla SES/ISES una base finanziaria solida. La società passò dall’essere pericolosamente prossima al fallimento all’avere adeguate riserve liquide, sopravvivendo così per fornire servizi fondamentali a un settore e a un pubblico destinati a crescere. Quei servizi consistevano soprattutto nella pubblicazione di Solar Energy e di Solar World (successore di Sun-at-Work, iniziato nel 1976) e nell’organizzazione di congressi mondiali biennali.

Nei primi anni, AFASE/SES organizzò una serie di convegni scientifici, ma su scala alquanto modesta fino agli anni Settanta. Negli anni Sessanta i partecipanti erano normalmente all’incirca 75 – e praticamente c’erano tutti coloro che operavano nel campo del solare negli USA e spesso anche qualche collega dall’estero. Il primo convegno veramente internazionale si tenne nel 1970, a Melbourne. Poi la crisi petrolifera dei primi anni Settanta stimolò una grande crescita dell’interesse nell’energia solare. Il numero dei partecipanti cominciò ad aumentare al convegno di Parigi nel 1973, e a quello tenuto a Los Angeles due anni dopo si registrarono circa 2.000 partecipanti.


I prime tre presidenti
Abbiamo già parlato del ruolo di Farrington Daniels nel creare l’organizzazione e della sua presidenza, ma dobbiamo ricordare anche i sostanziali contributi di altri protagonisti meno noti di questa vicenda; persone come Carl Hodges, che ebbero poco riconoscimento e molti grattacapi. Le azioni intraprese dai due successivi presidenti eletti dai membri della Società furono cruciali per la sua sopravvivenza. Peter Glaser ebbe vari ruoli chiave nella SES/ISES. Il suo primo coinvolgimento fu nel 1957, al Simposio sulle fornaci solari. Diventò un sostenitore accanito, e fu fondamentale nel risolvere il problema dei costi editoriali elevati. Dopo la sua presidenza della SES (durante le crisi finanziarie peggiori), diresse Solar Energy per 13 anni. Roger Morse ricoprì la carica di terzo presidente della SES/ISES dal 1969 al 1971. Ottenne ospitalità per la sede dell’associazione presso la CSIRO, un trasferimento che contribuì considerevolmente alla sua sopravvivenza. Promosse l’internazionalizzazione dell’associazione e con i suoi colleghi organizzò il primo congresso tenuto fuori dagli Stati Uniti (Melbourne, 1970).

Ecco i nostri tre primi presidenti di SES: un chimico, uno scienziato operante sulle frontiere delle applicazioni high tech e un ingegnere che si occupa di applicazioni molto pratiche, come gli scaldacqua per uso domestico. Daniels, che veniva dal Minnesota e aveva studiato ad Harvard, fu una figura chiave nel Progetto Manhattan durante la guerra. Portavoce dell’energia solare, era un visionario che sognava di sollevare le sorti dei popoli del terzo mondo aiutandoli a sfruttare l’energia solare nella vita quotidiana. Peter Glaser, boemo di nascita, studiò in Cecoslovacchia, Inghilterra e negli Stati Uniti; durante la guerra, si arruolò nell’esercito della Cecoslovacchia Libera. Nel 1955 entrò a far parte di una società di consulenza negli USA, quale scienziato specializzato in studi lunari, e lavorò su forni per il trattamento delle immagini e su sistemi elettrici spaziali. Roger Morse, che aveva studiato all’Università di Sydney e aveva un decennio di esperienza nell’industria, combatté nell’esercito australiano durante la guerra, in Papua-Nuova Guinea. Fu in larga misura responsabile dello sviluppo dell’industria degli scaldacqua solari in Australia. Ingegnere molto pragmatico: dopo aver semplicemente appoggiato le mani sui tubi in entrata e in uscita del mio scaldacqua solare, mi informò che il mio scambiatore di calore era troppo piccolo. Queste tre persone non si sarebbero probabilmente mai incontrate nel normale corso delle loro attività professionali, ma l’ISES è un’organizzazione unica, e fa superare queste differenze. Sono sicuro che questo fu un motivo importante per la dedizione di Farrington, Peter e Roger all’organizzazione e alle sue funzioni. I loro approcci erano differenti, ma tutti e tre volevano migliorare la qualità di vita della gente tramite l’energia solare, e consideravano l’associazione un mezzo importante per riuscirci.

NOTE
(1) La versione italiana di questo articolo, scritto nel 2003, è stata curata da Cesare Silvi. John A. Duffie, scomparso nell’aprile 2005, nel 1954 fondò il Solar Energy Laboratory dell’Università del Wisconsin ed è stato Professore Emerito di Ingegneria Chimica presso lo stesso ateneo.


Bibliografia

Sono state scritte diverse storie dell’ISES: Howe, Everett D., “ISES Roots”, Sun World 3, n. 2, 32 (1979). Strum, Harvey, “The Association for Applied Solar Energy/Solar Energy Society, 1954-1970”, Technology and Culture, 26, 571 (1985). Yellott, John I., “The International Solar Energy Society”, in Proceedings of the 1979 International Congress (atti del congresso internazionale del 1979), Atlanta, Georgia (USA). Duffie, John A., “An Early History of ISES”, SunWorld 23, n. 2, 9 (1999). L’articolo di Strum è l’approccio di uno storico che non ha partecipato agli eventi e si basa sullo studio degli archivi contenenti la corrispondenza e gli appunti di chi svolse ruoli importanti nei primi anni di vita della Società.
Gli altri tre articoli si basano in parte sull’esperienza diretta dei loro autori. Il presente articolo (come anche quello mio sopra citato) si basa sugli archivi di Farrington Daniels e sui documenti e i ricordi di George Lof, Peter Glaser e miei. Si tratta dunque di un resoconto più personale di quei primi anni, visti dalla posizione di vantaggio di uno che ne ha fatto parte. La storia presentata qui è un adattamento di quella pubblicata nel SunWorld.

Dossier, dicembre 2005 © Galileo


RITORNO AL SOLARE
Un futuro da ricostruire
di Sergio Los

Sergio Los è professore associato di Composizione Architettonica presso il Dipartimento di Progettazione Architettonica dell’Istituto Universitario di Architettura di Venezia (IUAV).

Fare una storia dell’uso dell’energia solare nelle città richiede qualche riflessione su una realtà, tutto sommato, recente ma che tendiamo a dimenticare. Fino a gran parte del secolo scorso, tutte le città dell’Europa mediterranea erano essenzialmente solari. E se il riscaldamento degli edifici urbani basato sul petrolio iniziò ad affermarsi dopo la Seconda Guerra Mondiale, nel nostro paese la diffusione di massa di dispositivi di raffrescamento è cosa del secolo appena iniziato. Possiamo discutere la validità e l’attualità di quelle realtà urbane oppure la qualità della climatizzazione naturale che esse offrivano, ma è evidente che fossero “città solari”, dato che la transizione verso le “città petrolifere” è avvenuta con la graduale sostituzione del carbone che, iniziata negli anni Trenta, si diffuse nel secondo dopoguerra.

Studi recenti hanno corretto una credenza consolidata, e condivisa da molti ingegneri meccanici, secondo la quale le condizioni di benessere sono le stesse durante tutto l’anno e anche per società che vivono in regioni culturali e climatiche diverse. Queste nuove ricerche mostrano, invece, che le temperature che le persone trovano confortevoli negli ambienti interni variano in funzione della temperatura media all’esterno. Michael A. Humphreys, per esempio, confrontando edifici senza impianti con quelli dotati di impianti di riscaldamento o raffrescamento, è in grado di mostrare le correlazioni tra i mutamenti della temperatura di benessere e le temperature medie mensili esterne (1). Queste informazioni ci aiutano a comprendere quanto potevano essere confortevoli le città solari, offrendoci un approccio radicalmente diverso da quello sviluppato dagli ingegneri meccanici. Invece che porre una persona seduta all’interno di una cella sperimentale, attrezzata per fornire variabili condizioni di temperatura, umidità relativa, ventilazione, ecc., e chiedergli di segnalare quando non avverte più alcuna sensazione di caldo, di freddo o di aria in movimento, questi ricercatori svolgono inchieste sul campo, chiedendo a diverse persone se trovano confortevoli i luoghi di lavoro in cui si trovano e misurandone lo stato. Mentre i primi cercano di definire delle condizioni fisiologiche ideali astraendo dai contesti reali, i secondi cercano di comprendere quali situazioni reali siano considerate confortevoli dai soggetti che le vivono.

Quando parlo di città solari i miei interlocutori pensano soprattutto alle città greche e romane. Le città solari sembrano un problema da archeologi, limitato a un passato remoto. In effetti, non è facile ricordare case senza impianti, anche perché la cultura delle case con gli impianti, delle machine a habiter prodotte industrialmente, si è diffusa prima degli stessi impianti. Le aspettative create dal movimento moderno di macchine abitabili molto più simili alle auto che agli edifici, al passo col progresso tecnologico, ci fanno ritenere le città solari come una realtà meramente archeologica. In effetti, queste città non sono scomparse, come è invece accaduto per i loro abitanti e per molti dei loro edifici. Basta guardare alle tante città storiche con uno sguardo che riesca a intuire oltre i tanti stravolgimenti e sovrapposizioni sopraggiunti nella più recente epoca del “consumismo energetico”, per riconoscere soluzioni costruttive e tipologie edilizie che potrebbero essere valide per le future città. Abituati ai prodotti industriali che hanno tutti la medesima età poiché funzionano per sostituzione progressiva di quelli precedenti e sono quindi sincronizzati intorno al 2005, non vediamo che le città posseggono una profondità storica che opera per integrazione di prodotti con età molto diverse, appartenenti a culture diverse. Nelle città il tracciato romano è presente senza essere appiattito al 2005 perché i suoi prodotti sono diacronici. Il nostro compito di progettisti è scegliere cosa è meglio per una città, non cosa assomiglia di più alla nostra idea del futuro.

Non occorre progettare il presente perché non si tratta di progettare il tempo, quindi non si tratta di proporre un nostalgico “ritorno all’antico”, ovviamente improponibile, quanto del riconoscimento di una necessità: quella di migliorare la qualità della vita nelle città e negli insediamenti rurali, progettando diversamente gli edifici dei prossimi 25 anni. Una progettazione che, comunque, dovrà tener conto del fatto che almeno il 60 per cento delle nuove abitazioni sorgerà in aree già urbanizzate e dovrà, quindi, essere integrato in tessuti urbani pre-esistenti, con tutte le limitazioni ma anche le potenzialità che ne conseguono. Infatti, se alla fine del XIX secolo soltanto il 10 per cento della popolazione mondiale viveva nelle città, all’inizio del XXI secolo si è arrivati al 50 per cento e nei prossimi 25 anni potrebbe raggiungere il 90 per cento degli abitanti del pianeta, due terzi dei quali nei paesi più poveri. I nostri problemi sono molto diversi da quelli del secolo scorso, interessano prevalentemente interventi di riqualificazione, riempimenti delle parti di città lasciate vuote dalle affrettate e disperse espansioni urbane. Gli interventi dovrebbero proporre edifici contestuali, per integrarsi in ambiti preesistenti, non oggetti edilizi indipendenti dal contesto, come quelli proposti da gran parte della cultura architettonica contemporanea.

Il bisogno di immaginare una rinascita della città solare è sostenuto dalle previsioni sulla fine della disponibilità di petrolio che non è più in un futuro lontano (e il tempo richiesto per adattare le nostre città è molto breve) ma soprattutto dai dati sul surriscaldamento globale del pianeta. Come spero di dimostrare in questo articolo, però, dovremmo perseguire le città solari soprattutto per migliorare la qualità della nostra vita, anche se il petrolio non dovesse finire e il pianeta non dovesse surriscaldarsi. La continuità della climatizzazione solare, comprendente lo spazio interno delle case e quello esterno di strade e piazze, ha fatto evolvere le città come sistemi di comunicazione. Le città petrolifere, al contrario, isolano la climatizzazione degli interni edilizi e riempiono le strade di macchine, inquinando le città e riducendo le comunicazioni interpersonali alla sola trasmissione di informazioni.

Culture stanziali e nomadi
In un suo libro molto importante, Reyner Banham, uno dei pochi storici di architettura che si sono occupati dei contenuti ambientali, perciò di climatizzazione e di impianti, ricorre a una sorta di parabola per presentare due possibili scelte di fronte a questo problema. Messe di fronte alla necessità di doversi riscaldare, due comunità che vivono in una regione boscosa adottano due differenti metodi di impiego delle risorse ambientali disponibili: la prima comunità usa il legno per costruire case, ripari dal freddo; l’altra lo brucia in falò all’aperto intorno ai quali la gente si raduna (2). La prima soluzione – la risposta strutturale – è impegnativa ma anche più duratura e caratterizza il comportamento di una comunità stanziale; l’altra risposta – la soluzione energetica – è immediata ma anche effimera e contraddistingue il comportamento di una comunità nomadica. Possiamo dire che le città solari appartengono alla prima delle due culture mentre le città petrolifere caratterizzano soprattutto la seconda; anche se abbiamo coperto il pianeta di edifici, noi rappresentiamo infatti meglio la seconda cultura, quella nomadica che brucia il legno, sebbene nel nostro caso si tratti di petrolio. Le case e le città dove viviamo tendono a diventare sempre di più dei veri e propri impianti, enormi e complessi, che accendiamo quando ci ospitano e spegniamo quando ne usciamo, come delle grandi automobili parcheggiate. E, in perfetta sintonia con questa metafora automobilistica, l’attuale tendenza nella produzione industriale di edifici è quella di ridurne progressivamente la durata. È infatti invalsa una forma di “consumismo” che non solo brucia petrolio per scaldare le case ma arriva a bruciare metaforicamente anche gli edifici per poterli rifare.

Tante volte mi sono chiesto come mai la nostra civiltà industriale, che è in grado di sviluppare prodotti straordinari, non sia capace di produrre città decenti. È evidente che, nonostante tutti gli sforzi e l’intelligenza di progettisti e amministratori, la città è un problema che non sappiamo risolvere, come avviene, secondo alcuni, per la questione ecologica (3). L’una e l’altra erano invece al centro della cultura insediativa stanziale che ha caratterizzato l’Europa mediterranea, che non sapeva fare i nostri attuali prodotti eppure ci ha lasciato città che durano tuttora. Quando si celebra il nomadismo della nostra civiltà si tende a inquadrarlo in una dimensione temporale che lo considera un fenomeno della modernità. La propensione per l’internazionalismo di città e architetture, la facilità di spostamento dovuta alla tecnologia dei trasporti, la globalizzazione mediatica, Internet, vengono proposti come valori di una società in continuo movimento. In un simile contesto, una cultura stanziale oltre che apparire antiquata sembra irrealizzabile, anche se gli attuali mezzi di comunicazione la renderebbero possibile.

Ma riflettendo sulle città solari e sulla loro realtà, appare evidente che quel nomadismo ha anche forti connotazioni spaziali. In una certa misura, si può sostenere che esso appartiene più alla cultura dell’Europa continentale (comprendente anche l’Inghilterra) che non a quella dell’Europa mediterranea. Quei grandi spostamenti di popoli e di civiltà che erano le invasioni barbariche e le varie forme di colonialismo, sono stati più frequenti nell’Europa continentale, che ha anche maggiormente sviluppato una cultura compatibile con questi processi migratori. Visitando, tempo fa, una grande mostra della civiltà celtica a Venezia, mi sono meravigliato di trovare oggetti bellissimi, navi, macchine, armi, ecc., ma non città e neanche una cultura architettonica confrontabile con la nostra. Riflettendo su questa osservazione, ho cominciato a pensare che molte discussioni sulle caratteristiche della cultura architettonica, sugli effetti della tecnologia industriale nell’evoluzione degli edifici e degli insediamenti siano mal poste. La contrapposizione tra coloro che vogliono accentuare l’apporto delle innovazioni tecnologiche alla soluzione dei nostri attuali problemi e quelli che, invece, accusano la tecnologia di tutti i nostri mali è irrisolvibile poiché non fa alcuna distinzione fra i vari tipi di prodotti, e in particolare fra i prodotti mobili (auto, computer, televisione, ecc.) e quelli immobili (edifici, città, strutture insediative, ecc.). L’icastico slogan, di lecorbusiana memoria, che vede la casa come machine a habiter ha portato a credere che i prodotti immobili si possano produrre con gli stessi criteri di quelli mobili, una credenza motivata dai tanti successi raccolti nel realizzare questi ultimi. Eppure il lungo ciclo di vita, l’intreccio di relazioni col contesto, la multi-funzionalità sono rilevanti caratteristiche dei beni immobili che suggeriscono di distinguere i due processi produttivi, e che spiegano anche le attuali difficoltà. Dove incontriamo i maggiori problemi? Nelle città, negli edifici, nell’agricoltura, nell’ecologia, nei tanti conflitti etnici territoriali, ecc., cioè negli ambiti che interessano proprio i prodotti immobili.

Oggi queste due culture, quella stanziale e quella nomadica, sono in buona misura sovrapposte, nel senso che abitano le stesse regioni, anche se una delle due si sente più a casa propria dell’altra. Eppure tendiamo a collocarle, più che in spazi, in tempi diversi, con un implicito giudizio di valore: alla cultura stanziale attribuiamo il tempo passato mentre a quella nomadica attribuiamo il futuro. Così la cultura dell’Europa mediterranea, capace di produrre città, apparterrebbe a una storia passata e irripetibile mentre quella dell’Europa continentale rappresenterebbe il futuro. La strada del progresso porrebbe come obbligato e privo di alternative il perseguimento del modello continentale, secondo quella “scienza della storia” che ci ha regalato altre ideologie, con risultati che sarebbe meglio evitare di ripetere.

Se la rivoluzione industriale nasce nell’Europa continentale e raggiunge quella mediterranea solo molto più tardi, vi sono evidentemente delle ragioni che dobbiamo comprendere. Semplificando al massimo, possiamo dire che l’Europa continentale diffonde la cultura della Riforma che ha portato alle società liberali delle economie moderne e dei prodotti mobili. L’Europa mediterranea ha invece prodotto una cultura urbana che, travolta dalla modernità, sembra non avere alcun futuro. Ciò è paradossale, visto che è quella che vede le città come sistemi di comunicazione. Le città dell’Europa mediterranea hanno sviluppato, insieme al linguaggio, un evoluto sistema di comunicazioni interpersonali proprio attraverso l’organizzazione della loro architettura civica. Hanno anche insegnato a tutto il mondo come costruire queste città. Non a caso, la cultura architettonica delle città mediterranee ha sviluppato, anche mediante la codificazione dei tipi edilizi e degli ordini, una efficacia comunicativa di durata eccezionale e che riguarda sia le opere che il loro sistema simbolico.

Prodotti mobili versus prodotti immobili
La compresenza di culture differenti che contraddistingue quel complesso di prodotti diacronici che le città costituiscono aiuta a capire le difficoltà incontrate nel realizzare oggi città solari. L’industrial design conta di ridurre tutto ciò che viene realizzato, dal cucchiaio alla città, alle modalità caratteristiche dei prodotti mobili: breve ciclo di vita, mono-funzionalità, relativa indipendenza dal contesto, produzione di massa, stessa temporalità. Edifici e città resistono da più di un secolo a questo trattamento, e penso che i risultati mediocri ottenuti in questi ambiti provengano dal mancato riconoscimento della loro specificità. Essendo prodotti immobili, essi hanno un ciclo di vita molto lungo, sono spesso multi funzionali per i mutamenti nelle destinazioni d’uso, sono fortemente dipendenti dal contesto, non sono prodotti di massa (quando si è tentato di renderli tali la qualità è stata molto bassa), hanno temporalità differenti. Non ha senso pensarli riducibili ai prodotti mobili.

Le “macchine urbane”, ovvero le città che oggi abitiamo, che vorrebbero assomigliare sempre più a quei prodotti mobili di cui sono affollate, sono l’espressione delle welfare societies basate su un’economia del consumo quasi esclusivamente di prodotti mobili (auto, computer, aerei, navi, moto, arredi, vestiti, ecc.), che propagano l’illusione di una felicità individuale. La perversione del consumismo consiste soprattutto nell’idea di poter rinunciare alla vita sociale, dunque anche alla città, come condizione della sua promozione. Il consumo di prodotti mobili si propone come alternativo all’uso della città, ne fa scomparire il desiderio. La rimozione delle città non ne evidenzia la rinuncia ma le fa apparire impossibili, in contrasto col progresso tecnologico.

Nello spessore temporale delle città europee coesistono la cultura urbana dell’Europa mediterranea e quella dell’Europa continentale, ma l’appiattimento temporale dei prodotti mobili fa apparire attuale solo la seconda, ponendo l’altra nel passato. Il dilemma che ci si pone, dunque, è se perseguire una integrazione tra queste diverse culture, riqualificando gli edifici per renderli coerenti coi tracciati in cui si trovano, oppure continuare a credere che le città autenticamente moderne sono residenze parcheggiate per accedere ai servizi urbani e accelerare la transizione di tali residenze in prodotti mobili. In poche parole: se vogliamo che accanto al “sogno americano” della città diffusa caratteristico dell’Europa continentale abbia un posto anche il “sogno europeo” delle città conviviali dell’Europa mediterranea. Queste due culture tecnologiche radicalmente differenti (4), fin qui considerate alternative, possono infatti essere complementari.

Credo che se anche il petrolio non dovesse finire e il riscaldamento del pianeta dovesse arrestarsi o rivelarsi un fenomeno non causato dalle attività antropiche, la costruzione delle città solari sarebbe comunque auspicabile per la qualità ambientale e umana che le caratterizza e che le rende comunicative, non certo perché non si possa fare altrimenti. La cosa più singolare è che noi europei mediterranei, spesso senza saperlo, abitiamo delle città che sono state solari e che, proprio per questo, hanno notevoli potenzialità di recupero e di miglioramento in questo senso, sebbene molte di esse negli ultimi decenni abbiano subito pesanti interventi che rendono spesso illeggibile la loro matrice “solare”.

Risparmiare essergia
L’attuale impiego del petrolio è sbagliato anche da un altro punto di vista, quello scientifico, termodinamico. Per comprendere i problemi posti dalle scelte energetiche è necessario considerare la dimensione quantitativa e quella qualitativa. La prima potrebbe essere riferita al primo principio della termodinamica, per il quale la quantità di energia che entra e esce in ogni processo di trasformazione è costante; la seconda potrebbe essere riferita al secondo principio della termodinamica, secondo il quale in ogni processo sia il calore che il lavoro si degradano in una condizione dove tutto è calore, la quantità è la stessa, ma la temperatura è più bassa. Si è prodotta entropia, ed è cambiata la qualità dell’energia, la sua capacità a effettuare un lavoro, vale a dire quella che viene anche chiamata essergia, qualità dell’energia che dobbiamo cercare di conservare.

In periodi di energia facile ci siamo abituati a un uso sbagliato dell’essergia: utilizziamo la fiamma che brucia il petrolio e gli altri combustibili fossili per riscaldare stanze nelle quali la temperatura dell’aria deve essere di poco distinguibile da quella dell’ambiente esterno. Come se disponendo di oggetti e di scatole grandi e piccole avessimo usato anche per gli oggetti piccoli le scatole grandi, confidando nella illimitata disponibilità di scatole grandi. Ma oggi che siamo “a corto di scatole” dobbiamo usare anche quelle più piccole trovando gli oggetti adatti a entrarvi. Case e città sono, nella metafora delle scatole, oggetti piccoli per la bassa temperatura richiesta dalla loro climatizzazione e per esse andrebbe bene anche l’energia solare, rappresentata appunto dalle scatole piccole. Ma per la pigrizia dei progettisti, che non cercano le scatole adatte alle cose più piccole, continuiamo a usare le scatole grandi, che rappresentano i combustibili fossili, i quali potrebbero essere più utilmente usati per altri impieghi. Naturalmente l’alto grado di concentrazione di queste fonti energetiche richiede minore competenza progettuale e pone minori problemi di regolazione e controllo. Ma oggi, in periodi di energia difficile, diventa irrinunciabile adeguare a ogni richiesta specifica uno specifico livello di essergia, il più basso possibile compatibilmente con i vincoli posti dal sistema. Da ciò la necessità di progettare i processi energetici più rispondenti, per rendere minimi i consumi di essergia.

Abbiamo visto che i combustibili fossili sono sprecati quando sono utilizzati per climatizzare gli edifici. Basti pensare che prima dobbiamo estrarli e trasportarli nelle nostre case per bruciarli e ottenere alte temperature che poi devono essere ridotte alla temperatura di utilizzo. Tutto questo quando abbiamo l’energia solare che è già distribuita sulla Terra, alla temperatura utile e fornita a domicilio gratuitamente. Dovrebbe comunque essere ormai chiaro che di fronte a una grande varietà di richieste di essergia è necessario disporre di una altrettanto grande varietà di tecnologie, in grado di adattarsi a tali richieste. Le energie rinnovabili consentono di estendere questa varietà e rispondere correttamente a molti dei requisiti d’uso. La città solare rappresenta una tecnologia che fa risparmiare essergia, il sapere migliore per risolvere il problema energetico in molte regioni climatiche. Osservando il consumo di energia nel mondo si vede che gli edifici coprono circa la metà dell’energia consumata dalla popolazione mondiale (5).

Un’architettura civica comunicativa
Il concetto di città solare può essere esemplificato sia da resti archeologici di città come quelli di Palmira e Priene che da città attuali come Verona e Torino. Avrei potuto sceglierne molte altre naturalmente. Essenzialmente, la città solare ha come tratti distintivi la presenza di due componenti interattive: il reticolo di strade e piazze e gli edifici che vi si conformano e che generano luoghi di incontro. Tale relazione è analoga a quella che connette il linguaggio e i suoi parlanti. Nessun linguaggio può esistere senza parlanti che comunicano ma il linguaggio sopravvive alla scomparsa dei suoi parlanti e, a sua volta, produce nuovi parlanti. Insomma: il ciclo di vita del linguaggio è più duraturo di quello dei parlanti. Similmente, il reticolo urbano è connesso agli edifici che vi prospettano, sopravvive alla loro sostituzione e ne produce di nuovi a esso conformi. Per esempio, in molte città italiane sopravvive l’impianto urbanistico e talvolta architettonico romano anche se quasi tutti gli edifici originari sono stati via via sostituiti.

Il farsi delle città, considerate come sistemi simbolici, produce una realtà civica, una cultura urbana, che si chiama urbanità, intesa come modo di vivere (6). Le forme simboliche, linguaggio, mito, arte, storia, scienza, ecc sono i vari modi mediante i quali l’uomo esprime le sue relazioni con l’ambiente. Penso la città come una di queste forme simboliche, o sistemi simbolici, in quanto essa dà forma alle espressioni dell’essere umano. Le città mediano simbolicamente le complesse relazioni che gli umani intrattengono col mondo e le rendono comunicative. Le città non sono soltanto i luoghi dove le comunicazioni avvengono, sono esse stesse parti integranti di un sistema di comunicazione (7).

La storia delle antiche città solari mostra che i tracciati urbani (le reti della loro architettura civica) erano orientati seguendo la geometria solare ed eolica. I loro tipi edilizi, differenziati in rapporto alle diverse posizioni, avevano forme asimmetriche per captare la radiazione solare e applicavano le conoscenze, codificate da Vitruvio in poi, per orientare e dimensionare i portici e gli aggetti del tetto e ottenere così il sole d’inverno e l’ombra d’estate. Questa tecnica solare, documentata da molte ricerche archeologiche, divenne antiquata quando gli impianti di riscaldamento e raffrescamento superarono i sistemi solari. Molte città europee conservano le reti solari di architettura civica tracciate al tempo dei romani, ma hanno sostituito i precedenti tipi edilizi solari con nuovi tipi edilizi dipendenti dal petrolio. Tuttavia, nelle città dove risulta tuttora operante tale rete si potrebbero ristrutturare gli edifici esistenti con opportuni progetti e costruirne di nuovi secondo i tipi edilizi solari più appropriati ai diversi contesti. Un processo, questo, che potrebbe essere integrato negli annuali interventi di manutenzione.

Lo sviluppo sostenibile raccomanda città compatte, che permettono di aumentare la circolazione pedonale e spostare il traffico dall’attuale circolazione intra-urbana a quella futura inter-urbana. Vi sono due modi per raggiungere la compattezza: la prima riguarda la costruzione di grattacieli e megastrutture, l’altra persegue la compattezza mediante la costruzione di isolati urbani (come è stato fatto nelle città storiche). Seguendo quest’ultima tendenza, potremmo integrare meglio i nuovi interventi nel tessuto delle città preesistenti. L’alta densità di queste città, i cui edifici hanno quote relativamente basse, offre una buona soluzione alla rinascita delle città solari.

Al fine di accrescere la consapevolezza di cittadini e progettisti intorno all’argomentazione che le città solari appartengono al presente e non al passato, dobbiamo renderci conto che i tracciati solari sono sotto i nostri piedi anche se non li vediamo, che molte delle nostre città possiedono una rete di architettura civica progettata per soddisfare i requisiti dell’energia solare e che molti edifici richiedono soltanto qualche aggiustamento per diventare solari. Nella manutenzione programmata di questi edifici come nella loro riqualificazione potremmo sostituire le attuali componenti degenerative (elementi costruttivi costituiti da materiali inquinanti, dissipanti energia, non riciclabili, ecc.) con quelle rigenerative solari per risparmiare essergia.

Ho fatto questa premessa per mostrare le città solari da una prospettiva che evidenziasse la funzionalità delle loro soluzioni urbanistiche e costruttive, superando quella visione convenzionale che ce le fa apprezzare, nella migliore delle ipotesi, esclusivamente sul piano storico-artistico, come pittoresche sopravvivenze di un’epoca passata che, però, non ha nulla da dirci sul piano funzionale (liberandoci così anche dall’impegno di realizzarle). Vorrei che queste città solari fossero apprezzate nel loro essere contemporanee alle città industriali, anche se rese quasi invisibili da queste e da una ideologia che nel nominarle le interpreta come distinte nel tempo più che nella cultura e nello spazio. Sono due prospettive diverse che non perseguono gli stessi obbiettivi, una ha ideali di nomadismo che producono straordinari prodotti mobili, che troviamo nelle nostre attuali città industriali, l’altra ha ideali di radicamento che possono produrre meravigliosi prodotti immobili, che si rivelano nelle reti di architettura civica dei nostri centri storici. Il “sogno americano” è l’espressione di quella cultura, tuttora extrasomatica, che sta conquistando l’intero pianeta, l’altra è quel “sogno europeo” che potrebbe intraprendere una cultura intersomatica delle città (8). Un progetto appropriato può integrare questi sogni.

Dal collettore all’edificio solare
La ricerca dei modi più efficaci di utilizzare l’energia solare ha una storia molto antica e, per quanto riguarda edifici e città, ha due origini: una tipologica, i cui magisteri sono tutti dentro l’architettura, e l’altra tecnologica, basata sulle conoscenze scientifiche. La determinazione dell’orientamento, delle aperture, di aggetti e portici, serre, pergole e verande, si basava su tipi esemplificati dalla teoria dell’architettura, codificata da Vitruvio e dalla successiva trattatistica e studiati nell’ambito della prospettiva tipologica. L’interesse che riguarda più direttamente la progettazione “scientifica” di edifici capaci di sfruttare l’energia solare ha assunto invece un certo rilievo solo nei primi anni Settanta dello scorso secolo con la crisi petrolifera. L’origine tipologica interessa soprattutto l’edificio poiché gli impianti non esistevano ancora, quella tecnologica inizia invece dall’impianto. I primi collettori solari alimentavano infatti l’impianto di climatizzazione dell’edificio, in seguito (coi sistemi solari passivi) il collettore/impianto viene abitato e diventa edificio. L’architettura bio-climatica, che riporta molte funzioni dell’impianto alla morfologia dell’edificio, arriva molto più tardi e si integra con difficoltà nella tradizione tipologica.

Ripercorrendo l’evoluzione tecnologica, vediamo che la radiazione solare entrò nelle case sin dagli anni Cinquanta attraverso i sistemi solari attivi, ovvero alimentando l’impianto con l’energia del Sole invece che col petrolio. Riflettendo sul funzionamento fisico del collettore si comprese come una parte dell’energia solare che attraversa un vetro sia da esso trattenuta quando cambia lunghezza d’onda e diventa energia termica, allora quella energia può scaldare aria o acqua per alimentare un impianto, ma se costruisco un collettore grande abbastanza per essere abitato quell’aria può scaldare direttamente l’edificio. Nacque così l’idea della casa-collettore solare: una grande vetrata esposta al Sole può infatti trasformare l’intero edificio in un grande impianto abitabile. Per distinguerli da quelli attivi questi sono definiti sistemi solari passivi, anche perché ricordano quei guadagni passivi che obbligano i progettisti degli impianti di climatizzazione estiva a tener conto, oltre che dell’energia immessa o emessa dall’edificio, per la differenza di temperatura tra esterno e interno, anche di quella supplementare prodotta dalle persone, dalle macchine e dalla radiazione solare. Certamente, durante l’inverno questi guadagni passivi vanno a integrare il riscaldamento prodotto dall’impianto, riducendone i consumi, ma d’estate, aggiungendosi a quelli generati dal divario di temperatura, essi aggravano il lavoro richiesto dall’impianto di raffrescamento. Di fatti, la cultura del solare passivo nasce in paesi dove non ci sono rilevanti problemi di raffrescamento. Le prime tipologie di sistemi solari passivi esemplificate nelle realizzazioni si chiamano infatti “guadagno diretto” (la grande vetrata a sud), “guadagno indiretto” (il muro Trombe) e “guadagno isolato” (la serra solare). La St. George School, realizzata a Wallasey nel Cheshire, Regno Unito, (A. E. Morgan, 1961), la Scuola Materna di Crosara a Marostica, Italia (1972), le Case Solari di Odeillo nei Pirenei, Francia (F. Trombe, 1967), le Case Solari di Santa Fe, Nuovo Messico (P. Van Dresser, 1957) e il Phoenix Test Building in Arizona (H. Hay e J. Yellott 1968), Stati Uniti, sono alcuni esempi significativi di queste ricerche. Tra le più interessanti, dal punto di vista della progettazione, sono le scuole, caratterizzate da un’alta densità di persone che immettono energia all’interno e dal fatto che non funzionano durante l’estate; i luoghi invece sono caratterizzati da buona radiazione solare di giorno con notti fresche dovute all’altitudine, quindi con pochi problemi di surriscaldamento estivo.

Sono stati proprio i limiti di applicabilità dei sistemi solari passivi, pochi luoghi e poche destinazioni d’uso compatibili, a far capire che il clima, più ancora del Sole, non è un vincolo ma una risorsa. L’architettura moderna aveva integrato quella tecnologia dell’impianto che avrebbe atrofizzato negli architetti “post-solari” la capacità di distinguere i luoghi, liberando i loro formalismi dai vincoli del clima. Ora gli stili degli edifici, indifferenti al clima, potevano diventare finalmente internazionali.

Nel 1976, un convegno organizzato negli Stati Uniti, ad Albuquerque, dalla Passive Systems Division della AS/ISES (la sezione americana dell’International Solar Energy Society) dedicò per la prima volta un’attenzione specifica agli edifici. All’epoca esistevano già molte esperienze da confrontare: sia edifici costruiti che ricerche svolte. Personalmente, detti il mio contributo progettando e costruendo due scuole, a Tarvisio (UD) nel 1964 e a Marostica (VI) nel 1972, che esemplificavano l’approccio tipologico all’architettura solare. Sollecitato dalle questioni poste dalla crisi ambientale, avevo costituito con l’architetto Natasha F. Pulitzer una società di servizi progettuali, Synergia, per offrire alla ricerca un supporto tecnico e scientifico. Questa divenne un’unità operativa che sviluppò molte interessanti ricerche finanziate dal CNR/PFE, dal MICA, dal MURST e dalla CEE, riunendo un gruppo affiatato ed entusiasta di giovani architetti, fisici e ingegneri. L’ambito universitario di Venezia, infatti, non offriva molto spazio a queste esplorazioni, che operavano in un territorio ibrido tra tipologia e tecnologia, tra arte e scienza.

L’opportunità per approfondire queste ricerche ci fu offerta dal secondo convegno della AS/ISES sui sistemi solari passivi che si svolse a Philadelphia nel 1978 e al quale partecipammo con Giacomo Elias, allora direttore del Progetto Finalizzato Energetica 1 del CNR, e Federico Butera. In quell’occasione visitammo alcuni edifici solari dimostrativi e centri di ricerca e consolidammo una rete di relazioni, sviluppata anche negli anni successivi attraverso collaborazioni scientifiche e professionali, che dura tuttora. L’Italia era presente già allora con una serie di contributi originali: oltre alla ricordata Scuola Materna Solare di Crosara del 1972 e al libro L’architettura dell’evoluzione, realizzato sempre nell’ambito di Synergia con Natasha Pulitzer e pubblicato in occasione del Salone dell’Industrializzazione Edilizia di Bologna nel 1977 (9), la delegazione poteva citare altri due libri dedicati a queste problematiche, quello di Lorenzo Matteoli del Politecnico di Torino (10), quello del Gruppo Energia Solare dell’Università di Napoli diretto da Vittorio Silvestrini (11).

Nel 1978 aderirono all’ISES italiana i grandi enti energetici, ENI ed ENEL. Con l’impegno del Ministero dell’Industria fu così possibile organizzare interventi e manifestazioni per affrontare l’integrazione dell’energia solare alle energie convenzionali e offrire incentivi economici al loro sviluppo. Dopo il Convegno di Philadelphia, i contatti con gli Stati Uniti continuarono, incoraggiati anche da una Cooperazione Italia/Stati Uniti, attivata dal Ministero Industria nella quale, assieme a Aldo Fanchiotti dello IUAV, ero incaricato di rappresentare l’Italia. Ebbi così modo di seguire nel 1979 un’importante evoluzione dell’architettura solare dall’approccio passivo a quello bio-climatico e di contribuire alla fondazione del PLEA (Passive and Low Energy Architecture), un’associazione che, in ideale continuità col CIAM, opera tuttora a livello internazionale per la diffusione a scala mondiale dell’architettura solare e sostenibile.

Alla fine degli anni Settanta dunque la ricerca tecnologica incrociò la prospettiva tipologica mediante l’approccio bio-climatico, che interferisce con la configurazione dell’edificio. La consapevolezza dei limiti geoclimatici dei sistemi solari passivi, che ne scoraggiò l’applicazione generalizzata, spinse infatti il Dipartimento di Energia statunitense a presentare al terzo Convegno AS/ISES di San Jose in California del 1979 un manuale, le Regional Guidelines (12), che segue i principi dell’architettura bio-climatica enunciati da Victor Olgyay nel libro Design with Climate del 1963 (13). Questi aveva definito come “bioclimatico” (14) il regionalismo architettonico proposto negli anni Cinquanta dallo storico Sigfried Giedion (1888-1968) (15) fornendo a questa idea un complesso di strumenti che il Dipartimento di Energia statunitense ritenne validi per ridurre il fabbisogno di energia negli edifici.

Nel corso dell’anno seguente, collegato al Convegno dell’AS/ISES che nel 1980 si tenne a Phoenix, in Arizona, organizzai con un carissimo amico, Jeff Cook docente dell’Arizona State University e purtroppo mancato nel 2003, un simposio internazionale dedicato all’interpretazione bio-climatica dell’architettura di Frank Lloyd Wright, il grande architetto americano che senza rinunciare alla sua personalità poetica costruiva edifici molto diversi in rapporto alle diverse condizioni climatiche, dall’Arizona al Wisconsin, dalla Florida alla California (16). Questa connessione dell’architettura al clima locale rappresenta una transizione molto importante da vari punti di vista: prima di tutto poiché connette l’architettura solare al luogo in cui è costruita, rendendola così regionale, poi perché la collega con uno dei maggiori protagonisti dell’architettura moderna.

Nei primi anni Ottanta, dunque, avvennero importanti mutamenti nella cultura della progettazione architettonica solare. Nel 1981 all’ISES Italia si chiuse la fase pionieristica di Vittorio Storelli, fondatore della sezione italiana nel 1964, e, con la presidenza di Corrado Corvi, si aprì un programma molto articolato di azioni. Fu dedicato un ambito specifico all’architettura bio-climatica, del quale fui responsabile per alcuni anni, e iniziò a formarsi quella rete di contatti interpersonali che consente di scambiare informazioni e idee. La vocazione italiana, mediterranea, alla costruzione di edifici pubblici multi-piano ci portò a sviluppare in questo settore non solo la ricerca ma anche la costruzione di edifici dimostrativi (Phoebus, ENI, Agip Petroli, Enea, IACP) e a studiare prototipi per la regolazione di facciate variamente orientate (INSO), il monitoraggio di edifici e parti di tessuto urbano, la predisposizione di piani energetici (Trentino, 1983) la pubblicazione di manuali di progettazione per la CEE, il PFE e il Trentino (17).

Purtroppo, con la fine della presidenza di Jimmy Carter nel gennaio 1981, negli Stati Uniti gli interventi per contenere l’impatto ambientale e usare energie rinnovabili si ridussero drasticamente. Ma se il programma politico perseguito da Ronald Reagan interruppe molte ricerche operanti sull’energia solare, si aprirono, comunque, nuove prospettive in Europa, nell’ambito della CEE. Del carattere regionale dell’architettura si discusse in un convegno internazionale che organizzai a Venezia nel 1985 (18) mentre sul trasferimento dei saperi della progettazione bio-climatica alla scala urbana (19) predisposi, in quello stesso anno a Trieste, con la collaborazione della Regione Friuli Venezia Giulia e dell’ISES, una mostra convegno internazionale. Questo evento spostò l’attenzione della cultura architettonica dal singolo edificio al contesto urbano e alla città, ponendo le basi per uno studio sistematico sulle città sostenibili. Nel 1987 un analogo convegno si svolse a Cambridge, nel Regno Unito; e nello stesso anno la WCED (World Commission on Environment and Development) pubblicò il Brundtland Report che contiene la definizione di sviluppo sostenibile.
In quegli stessi anni emerse anche, soprattutto in Austria e Germania, una sensibilità particolare per gli effetti che molti edifici hanno sulla salute dei loro abitanti, e con essa l’interesse per la bio-edilizia cui segue la bio-architettura. Nei primi anni Novanta iniziò a operare l’ANAB (Associazione Nazionale di Architettura Bio-eco-compatibile) e l’energia solare nell’edilizia si fece sempre più integrata con molti altri aspetti del progetto. Un’altra associazione impegnata in questo settore è l’INBAR (Istituto Nazionale di Bio Architettura). Entrambe le associazioni operano nella formazione organizzando corsi e laboratori progettuali. L’ANAB, in particolare, si occupa anche di certificazione di prodotti e tecnologie.

In questi ultimi anni, le attività che sviluppano le applicazioni dell’energia solare nella progettazione architettonica a varie scale si sono moltiplicate e si è fatto sempre più urgente un lavoro di integrazione nella cultura architettonica, la quale spesso ha eluso i problemi posti dalla qualità ambientale e dalle risorse energetiche. È importante, infine, notare che le più recenti direttive della UE per ridurre l’inquinamento puntano proprio sull’efficienza del sistema edificio-impianto, consolidando così l’attualità dell’architettura bio-climatica. Purtroppo però, mentre la cultura del progetto solare si è avvicinata all’architettura non si può dire altrettanto della cultura architettonica, che continua a eludere le questioni poste dal surriscaldamento del pianeta e dall’esaurimento delle risorse petrolifere.

NOTE

(1) Humphreys, M. A., “Field Studies of Thermal Comfort Compared and Applied”, Journal Inst. Heat. & Vent. Eng., 44, 1978, pp. 5-27.

(2) Banham, R., Ambiente e tecnica nell’architettura moderna, Laterza, Bari 1978.

(3) Luhmann, N., Comunicazione ecologica, Franco Angeli, Milano 1989.

(4) Gras, A., Fragilite de la puissance, se liberer de l’emprise technologique, Fayard, Paris 2003.

(5) Behling, S. e S., Sol power, the evolution of solar architecture, Prestel verlag, Munich 1996, pp. 20-21.

(6) Goodman, N., Ways of worldmaking, Hackett, Indianapolis/Cambridge 1978 (Vedere e costruire il mondo, Laterza, Bari 1988).

(7) Cassirer, E., Filosofia delle forme simboliche, La Nuova Italia, Firenze 1961; Goodman, N., Languages of art, an approach to a theory of symbols, Hackett, Indianapolis/Cambridge 1976 (I linguaggi dell’arte, Il Saggiatore, Milano 1976).

(8) L’energia solare ha messo in moto la vita sulla Terra: l’evoluzione intrasomatica (biologica) e quindi quella extrasomatica (culturale). Accanto a quest’ultima ritengo necessario considerare la cultura che ho chiamato intersomatica e che interessa le nostre comunicazioni e interazioni. L’evoluzione intrasomatica riguarda gli organismi, quella extrasomatica i dispositivi tecnici che ci aiutano a sopravvivere mentre quella intersomatica fa evolvere i nostri sistemi di comunicazione/interazione sia con le altre persone che con l’ambiente “naturale”. Questa tesi è presentata nell’introduzione a “L’architettura dell’evoluzione”.

(9) Los, S., Pulitzer, N. (a cura di), L’architettura dell’evoluzione, il sistema abitazione dalla industrializzazione edilizia alle tecnologie alternative, Luigi Parma Editore, Bologna 1977.

(10) Matteoli, L., Azione ambiente, Libreria Cortina Editore, Torino 1977.

(11) Silvestrini, V. con Gruppo Energia Solare dell’Università di Napoli, Il clima come elemento di progetto in edilizia, Liguori Editore, Napoli 1977.

(12) AIA Research Corporation, Regional guidelines for building passive energy conservino homes, US Department of Housing and Urban Development, Washington DC 1979.

(13) Olgyay, V., Design with climate, bioclimatic approach to architectural regionalism, Princeton University Press, Princeton New Jersey 1963.

(14) Il termine “bioclimatico” è mutuato dal climatologo norvegese Wladimir Köppen (1846-1940) che classificò i climi del pianeta considerando assieme ai fattori fisici anche le forme di vita che essi rendono possibili. Il termine è stato in seguito largamente usato sia in geografia sia, dopo la pubblicazione del libro di Olgyay, in architettura.

(15) Giedion, S., The architecture you and me, Harvard University Press, Cambridge MA 1958 (Breviario di Architettura, Garzanti, Milano 1961).

(16) Los, S., “La climatizzazione naturale dell’architettura”, in Casabella, 461, Electa, Milano 1980.

(17) Los. S., Pulitzer, N., L’architettura del regionalismo, guida alla progettazione bio-climatica in Trentino, Temi Editore, Trento 1985; I caratteri ambientali dell’architettura, guida alla progettazione sostenibile in Trentino, Arca, Trento 1999.

(18) Los, S. (a cura di), Regionalismo dell’architettura, Franco Muzzio, Padova 1990.

(19) Los. S., Pulitzer, N. (a cura di), La città del sole, la progettazione urbana ambientale -energetica, Regione Autonoma Friuli-Venezia Giulia, Trieste 1985.

Dossier, dicembre 2005© Galileo


RITORNO AL SOLARE
Dal fotone ai quantum dot
di Domenico Coiante 

Domenico Coiante è esperto di energie rinnovabili.

Alla fine del XIX secolo la fisica classica venne a trovarsi in profonda crisi, in una vera e propria situazione di stallo. Nella storia della scienza tale periodo viene indicato come quello della “catastrofe dell’ultravioletto”. Tutto era cominciato quando si cercò di dare una sistemazione teorica ai numerosi dati sperimentali, che erano stati raccolti nel corso di molti anni circa l’emissione del calore radiante da parte delle superfici riscaldate. In particolare si era studiata a fondo la radiazione emessa dal cosiddetto “corpo nero”, un ipotetico corpo che poteva assorbire tutte le radiazioni in arrivo senza rifletterne alcuna. Un modello abbastanza calzante di un tale corpo era stato individuato da Gustav Kirchoff nella bocca dei forni per la cottura del pane, la cui piccola apertura appariva alla vista sempre molto oscura a causa del fatto che la luce entrante veniva assorbita nella grande cavità posteriore senza avere più la possibilità di riemergere. Tuttavia quando le pareti della cavità vengono portate ad alta temperatura, la bocca del forno appare di colore rosso più o meno brillante a seconda della temperatura, T, raggiunta dalle pareti.

Lo studio sperimentale della radiazione calorica emessa dalla bocca del forno aveva portato alla certezza che le caratteristiche della radiazione emessa non dipendevano dal materiale con cui erano fatte le pareti interne del forno, ma soltanto dalla loro temperatura. Era stata anche sperimentalmente individuata la distribuzione spettrale della radiazione emessa, il cui andamento mostrava una zona crescente a partire dalle basse lunghezze d’onda fino a raggiungere un massimo e poi una parte decrescente fino a zero per grandi valori della lunghezza d’onda. Lo studio della radiazione di corpo nero aveva anche portato a formulare alcune leggi empiriche di grande importanza pratica. La legge di Stefan-Boltzmann (P = T4) permetteva di stimare la densità della potenza radiante emessa dal forno mediante la conoscenza della sola temperatura del forno, nota che fosse la costante di Stefan, . La legge di Wien ( max T = costante), detta dello “spostamento del massimo”, collegava alla temperatura del forno la posizione del massimo della distribuzione spettrale lungo la scala delle lunghezze d’onda, .

Infine, era stata elaborata da James Jeans e John Rayleigh per via termodinamica una teoria, che portava alla legge di radiazione appunto detta di Rayleigh-Jeans. Questa legge descriveva accuratamente l’andamento decrescente della distribuzione spettrale alle grandi lunghezze d’onda, ma si scostava fortemente dalla curva sperimentale mano a mano che la lunghezza d’onda veniva ridotta. Già prima di raggiungere le lunghezze d’onda corrispondenti al massimo della distribuzione spettrale la discordanza era notevole, ma la divergenza aumentava ancora di più per le basse lunghezze d’onda. Qualunque tentativo fatto sulla base delle conoscenze della fisica di quel tempo portava allo stesso risultato, analogo alla teoria di Jeans: per le basse lunghezze d’onda. Si aveva, cioè, che la descrizione teorica della distribuzione spettrale tendeva ad allontanarsi fortemente dalla curva sperimentale nella zona dei raggi ultravioletti.

Ciò portava all’assurdo fisico che l’energia emessa dal corpo nero alle basse lunghezze d’onda avrebbe dovuto essere sempre più grande, tendendo all’infinito per valori di vicini allo zero. Poiché le basse lunghezze d’onda sono quelle associate alle radiazioni ultraviolette, si indicò il fenomeno della divergenza come la “catastrofe dell’ultravioletto”. Il termine “catastrofe”, più che essere indirizzato alla teoria della radiazione, era chiaramente rivolto all’edificio costruito con tutte le conoscenze della meccanica e della termodinamica, che erano state accumulate dai fisici fino alla fine del secolo. L’intera fisica, chiamata poi classica, si dimostrava incapace di descrivere accuratamente i fenomeni naturali associati all’energia radiante.

L’ipotesi di Planck

Proprio a cavallo del nuovo secolo, Max Planck ripeté il tentativo teorico di Rayleigh-Jeans, introducendo nei calcoli una nuova ipotesi, che lo stesso Planck considerò un semplice artificio matematico, necessario per rimuovere la divergenza nelle legge di radiazione [1]. Egli assunse che l’energia emessa dal corpo nero fosse costituita da un numero infinito di piccoli contributi, tutti multipli interi di una stessa quantità, cioè di un “quantum”, 0. Applicando questa ipotesi, Planck pervenne a una formula che completava la legge di Jeans e, soprattutto, eliminava la divergenza nell’ultravioletto. In più, confrontando il risultato con la legge di Wien, egli poté dimostrare che il valore del quantum d’energia doveva essere espresso da una relazione di proporzionalità con la frequenza dell’onda della radiazione emessa, cioè che fosse 0 = h , dove la costante di proporzionalità h fu poi comunemente indicata come costante di Planck. Subito fu dimostrato che tutte le leggi empiriche precedenti potevano essere ricavate dalla nuova legge di radiazione del corpo nero come casi particolari. Infine, alla prova dei dati sperimentali, la legge di Planck si dimostrò talmente aderente da permettere di ricavare anche le diverse espressioni teoriche delle varie costanti, sia quelle di Stefan e di Wien, sia quelle che comparivano nella legge empirica della distribuzione spettrale, dette costanti di radiazione.

Nonostante questo successo, i maggiori scienziati dell’epoca, compreso lo stesso Planck, si rifiutarono di considerare che il quantum di energia potesse essere l’espressione di una realtà fisica ancora nascosta e con il motto “natura non facit saltus” accettavano soltanto la presenza del quantum come un puro artificio matematico, adottato per superare la “catastrofe dell’ultravioletto”. Pertanto, essi continuarono a cercare altri modi più ortodossi per descrivere in termini classici il comportamento della radiazione di corpo nero, ma tali tentativi vennero regolarmente inficiati dai dati sperimentali.

Einstein e l’effetto fotoelettrico

Sempre alla fine del XIX secolo, era stato osservato e descritto il fenomeno della emissione di elettroni dalle superfici metalliche, quando esse vengono colpite dai raggi ultravioletti. Tale fenomeno era comunemente indicato come effetto fotoelettrico. Il suo studio aveva portato ad alcune acquisizioni empiriche di carattere generale, che consistevano essenzialmente in tre fatti. In primo luogo la luce normale dello spettro visibile non provocava emissione di elettroni dal metallo. Al diminuire della lunghezza d’onda, quando si raggiungeva il campo dell’ultravioletto, si cominciava a registrare l’emissione di elettroni. In generale, non si osservava l’uscita di alcun elettrone dal metallo fintanto che la radiazione ultravioletta non possedeva un certo valore della lunghezza d’onda. Tale valore era caratteristico del tipo di metallo sotto osservazione. Tutte le lunghezze d’onda più basse del valore tipico davano luogo a emissione di elettroni.

Inoltre l’energia cinetica degli elettroni emessi era distribuita tra di essi in modo continuo dal valore zero fino a una certa energia massima, al di là della quale non si trovava più alcun elettrone. Il valore di questo massimo era inversamente proporzionale alla più breve lunghezza d’onda presente nel fascio delle radiazioni ultraviolette usate.

Infine l’energia cinetica degli elettroni non dipendeva dall’intensità della radiazione ultravioletta, mentre il loro numero era proporzionale a essa.

La formula empirica, elaborata per collegare in modo logico tutte le proprietà elencate del fenomeno, era molto semplice e veniva riassunta dalla legge detta dell’effetto fotoelettrico:

E = (costante/alfa ) – Westrazione

Dove E è l’energia cinetica degli elettroni emessi e Westrazione è il lavoro da compiere per estrarre l’elettrone dalla superficie del metallo. Questo parametro, che ha un valore caratteristico per ogni materiale, era stato misurato accuratamente per tutti i metalli. Esso rende conto dell’energia che bisogna spendere per vincere la forza di Coulomb che mantiene gli elettroni all’interno del metallo.
Come si vede, si tratta di una legge molto semplice. Tuttavia essa non è teoricamente ricavabile dalle leggi della fisica classica. Anche in questo caso, tutti i tentativi fatti fino al 1904 non avevano portato ad alcun risultato.

Nel 1905, contestualmente ad altri due fondamentali lavori, dei quali il più noto è quello della teoria della relatività ristretta e l’altro è la spiegazione del moto browniano, Albert Einstein pubblicò un breve articolo sugli Annalen der Physik in cui era data la spiegazione teorica dell’effetto fotoelettrico [2]. La spiegazione era molto semplice. Essa richiedeva “soltanto” un’acquisizione concettuale nuova e rivoluzionaria, che era da qualche anno sotto gli occhi di tutti senza che la sua importanza fosse riconosciuta. Si trattava dell’artificio escogitato da Planck per ricavare la legge di emissione del corpo nero. Einstein capì per primo che il quantum di Planck era l’espressione di un fatto reale e non un semplice artificio. La radiazione elettromagnetica, la cui natura ondulatoria veniva considerata come un dato indiscutibile, si comportava invece in modo contraddittorio, quando essa interagiva con la materia a livello atomico. In questo tipo d’interazioni il suo comportamento rivelava una natura corpuscolare. In termini moderni, Einstein comprese che la struttura fine del campo elettromagnetico era granulare e che il quantum di Planck rappresentava l’energia associata a ciascun corpuscolo elementare, a cui fu poi dato il nome di fotone. Il collegamento con tutte le leggi precedenti ricavate con la teoria ondulatoria era assicurato dal fatto che l’energia del fotone era proporzionale alla frequenza dell’onda elettromagnetica, era cioè inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda.

La spiegazione dell’effetto fotoelettrico diveniva così immediata. La radiazione incidente è composta da un insieme di corpuscoli elementari, i fotoni, che cadono come una pioggia sulla superficie metallica. Un fotone colpisce un elettrone appena sotto la superficie del metallo e gli cede tutta la sua energia. Se tale energia supera il lavoro d’estrazione, l’elettrone si può liberare dal metallo e uscire all’esterno con un’energia cinetica pari alla differenza tra quella del fotone incidente (h ) e quella spesa per l’estrazione. Pertanto l’elettrone possederà l’energia cinetica:

E = (hv) – Westrazione = (hc/alfa) – Westrazione

Dove si è applicata l’equivalenza ( v= c/alfa ), con c che rappresenta la velocità della luce. Confrontando con la precedente si vede che le due espressioni sono identiche se si assume che il valore della costante sia uguale al prodotto hc, cosa che è stata puntualmente verificata dalle osservazioni sperimentali.

Vengono così spiegate le ragioni delle caratteristiche empiriche del fenomeno, compresa quella, che per la fisica classica appariva come la più assurda, l’indipendenza cioè dell’energia dell’elettrone dall’intensità della radiazione incidente. Infatti, nella visione quantistica, una maggiore intensità è associata a un maggior numero di fotoni incidenti e non a una maggiore energia posseduta da ciascun fotone. Questa invece rimane sempre pari ad h . E’ chiaro che, a un maggior numero di fotoni incidenti, corrisponde un maggior numero di elettroni emessi come osservato negli esperimenti.

Per digerire questa brillante spiegazione, o piuttosto per assimilare il fatto della natura discreta della radiazione e dell’esistenza dei fotoni, il mondo accademico impiegò la bellezza di 16 anni, fino al 1921, quando fu assegnato ad Einstein il Premio Nobel per la fisica. Il Nobel era motivato proprio per la spiegazione dell’effetto fotoelettrico e del moto browniano e non, come si crede erroneamente, per la teoria della relatività.

L’effetto fotovoltaico

Il mondo fotovoltaico deve riconoscenza ad Einstein per un duplice motivo. Infatti, da un lato, l’applicazione della relazione dell’effetto fotoelettrico fornisce uno strumento molto semplice per comprendere i fenomeni di interazione tra la radiazione solare e i materiali semiconduttori con cui sono realizzate le celle fotovoltaiche, dall’altro lato, la meccanica quantistica, che si è sviluppata sulla base della nuova visione einsteiniana della natura quantizzata del campo elettromagnetico, ha portato all’elaborazione della teoria della struttura della materia e alla formulazione del modello delle bande energetiche per gli stati di energia permessi alle cariche all’interno dei materiali semiconduttori. Sulla base di queste conoscenze e di un altro prodotto delle teorie quantistiche rappresentato dalla legge statistica di Fermi-Dirac, è stata elaborata intorno al 1950 da William Shockley la teoria del diodo a giunzione np nei semiconduttori [3], cosa che ha permesso di spiegare in modo molto accurato i fenomeni di raccolta delle cariche, formate dall’interazione fotoelettrica all’interno dei diodi. Si ha così che, ogni volta che vogliamo calcolare la quantità di corrente generata dalla radiazione solare all’interno di una cella fotovoltaica, dobbiamo far ricorso ad Einstein e alla sua spiegazione dell’effetto fotovoltaico, che in questo caso assume la forma:

E = hv – EG

Dove EG rappresenta il salto di energia esistente tra la banda di valenza e quella di conduzione, cioè la larghezza della banda degli stati energetici proibiti per gli elettroni.

La radiazione incidente sulla cella fotovoltaica colpisce un elettrone all’interno della banda di valenza e gli cede la sua energia h . Se tale energia è superiore alla larghezza della banda proibita EG, l’elettrone può saltare nella banda di conduzione conservando un’energia cinetica pari a (hv – EG). A questo punto esso è libero, non più legato a un atomo, e quindi disponibile per essere raccolto da un campo elettrico. Qui incontriamo il nome di Alessandro Volta. Infatti il campo elettrico per la raccolta delle cariche viene fornito dall’antico effetto Volta, cioè dalla differenza di potenziale che si crea all’interfaccia tra due zone di materiali diversi posti in intimo contatto. Nel caso specifico, il campo voltaico viene creato all’interfaccia della giunzione np esistente nel semiconduttore. Per inciso, anche l’effetto Volta, che era stato spiegato in modo molto elaborato mediante il ricorso alla chimica-fisica classica, trova una sua spiegazione semplice e immediata utilizzando la meccanica quantistica e la distribuzione statistica di Fermi.

In conclusione, senza voler sminuire il merito di Daryl Chapin, Calvin Fuller and Gerald Pearson per l’invenzione della cella fotovoltaica del 1954 [4], questo innovativo componente porta con sé il contributo determinante di Volta e di ben tre premi nobel, in ordine di tempo, Einstein, Fermi e Shockley. Senza di essi sarebbe oggi impossibile capire il funzionamento dei dispositivi fotovoltaici e soprattutto costruire su di essi una tecnologia industriale capace di portare a una nuova fonte di energia.

Le nanotecnologie

Vanno sotto questo nome le attività tecnologiche che hanno per oggetto la manipolazione di materiali aventi dimensioni piccolissime, appunto dell’ordine del nanometro (10-9m), cioè del miliardesimo di metro o del milionesimo di millimetro.

Limitandoci a considerare i materiali semiconduttori, si osserva che particelle di dimensioni nanometriche contengono un numero di atomi dell’ordine di 10-100 unità. Questi agglomerati atomici conservano la loro struttura cristallina e per questo vengono chiamati nanocristalli. Tuttavia, l’applicazione della meccanica quantistica porta in questo caso a significative differenze nella determinazione degli stati energetici permessi agli elettroni di valenza rispetto alla situazione dello stesso materiale quando è in forma massiccia. E’ ancora presente una struttura di bande, ma i livelli energetici all’interno

della banda sono tra loro separati. Tra le varie conseguenze, questo fatto porta a un allargamento della banda proibita, cosicché il nano cristallo, anche se da un punto di vista chimico è sempre costituito dallo stesso materiale, possiede proprietà optoelettroniche abbastanza diverse. Per esempio, tutti sanno che il silicio ha una banda proibita di 1.1 elettronvolt (eV): ebbene il suo corrispettivo come nanocristallo può arrivare fino 1.5 eV. Il fatto interessante è che la larghezza della nuova banda proibita dipende dalle dimensioni del nanocristallo, cioè dal numero di atomi che lo costituiscono. Si ha, cioè, la possibilità pratica di modulare (entro certi limiti) le proprietà optoelettroniche dei semiconduttori di partenza mediante il controllo delle dimensioni dei nanocristalli.

Diviene così possibile progettare una nuova serie di materiali dalle proprietà fisiche adattabili alle esigenze della tecnologia. Per l’uso strumentale che fa della meccanica quantistica, nasce la cosiddetta “ingegneria quantistica dei materiali”, più brevemente indicata come “ingegneria delle bande”. Dal momento infine che il comportamento fisico dei nanocristalli non potrebbe essere descritto senza il ricorso alla meccanica quantistica, questi piccoli aggregati atomici, quasi puntiformi, sono stati chiamati con il termine inglese di quantum dots o, in italiano, “nanocristalli quantistici”.

Ma veniamo al significato per il fotovoltaico dei quantum dots. Si ricorda che proprio per l’effetto fotoelettrico ogni semiconduttore riesce a sfruttare per la conversione fotovoltaica soltanto i fotoni che hanno energia superiore alla banda proibita. In particolare il silicio è sensibile soltanto alle radiazioni dello spettro solare che hanno lunghezza d’onda inferiore a 1.14 micron, cioè a una stretta fascia di componenti dello spettro, quelle che vanno dal violetto all’arancione. Per tutta la parte dello spettro che va dal rosso all’infrarosso vicino e lontano, il silicio risulta praticamente trasparente. In conclusione, il silicio riesce a sfruttare per la conversione fotovoltaica soltanto una parte piccola dello spettro solare, all’incirca il 40 per cento del totale. E’ evidente allora che l’efficienza di conversione delle celle al silicio parte penalizzata da questo taglio iniziale e ciò si traduce nel fatto che il limite teorico massimo per l’efficienza raggiunge soltanto il 27 per cento. Il valore sperimentale massimo del 24.7 per cento raggiunto faticosamente in laboratorio nel corso degli anni testimonia della presenza di questo limite [5].

Per poter utilizzare anche il restante 60 per cento dell’energia contenuta nello spettro solare, si è fatto finora ricorso all’artificio delle celle multigiunzione. Il concetto consiste nel far assorbire la radiazione solare da un dispositivo costituito da un gruppo di celle poste in cascata, in modo che ciascuna cella (realizzata con un diverso semiconduttore) possa sfruttare al meglio una fetta dello spettro solare lasciandosi attraversare dalla parte rimanente, che a sua volta potrà essere sfruttata dalle altre celle. In teoria, si può pensare di realizzare un dispositivo ideale, costituito da un numero grandissimo di celle sovrapposte, ciascuna delle quali sia accoppiata a una fetta sottilissima dello spettro solare. L’efficienza teorica massima per un tale dispositivo, calcolata mediante la termodinamica, ha un valore intorno all’86 per cento [6]. Nella pratica, il concetto multigiunzione è stato ampiamente provato, avendo realizzato il record dell’efficienza di conversione del 34 per cento con un dispositivo costituito da tre celle sovrapposte realizzate con arseniuro di gallio, con fosfuro d’indio e gallio e con germanio. La tecnologia di fabbricazione del dispositivo è talmente costosa da imporne l’uso soltanto in connessione ai concentratori solari ad alta concentrazione. Inoltre, il passaggio successivo per l’aggiunta di una quarta cella onde aumentare ulteriormente l’efficienza si sta dimostrando tecnologicamente molto difficile, per cui non si pensa che sia possibile industrializzare il processo in modo economicamente competitivo. Tuttavia, a prescindere dal costo, rimane il fatto che il concetto dei dispositivi multigiunzione, oltre a essere attraente sul piano teorico, funziona anche bene sul piano della pratica tecnica.

A questo punto, torniamo ai quantum dots. Si è visto come, attraverso le nanotecnologie, sia possibile modificare le caratteristiche optoelettroniche dei semiconduttori naturali, ottenendo nuovi materiali dalle caratteristiche fotovoltaiche modellabili, entro certi limiti, a piacere. In pratica, esiste la possibilità di riuscire a realizzare nel prossimo futuro nanocristalli quantistici di vari semiconduttori, progettati in modo da essere accoppiabili a tutte le frequenze dello spettro solare. La deposizione dei nanocristalli in strati sottili sovrapposti con le stesse tecnologie utilizzate finora per i semiconduttori in film permetterebbe, in teoria, di ottenere dispositivi fotovoltaici multigiunzione di grande area, in grado di catturare la maggior parte delle componenti dello spettro solare. Per questi dispositivi innovativi, si è stimato che l’efficienza di conversione possa raggiungere valori intorno al 40 per cento (a livello di modulo fotovoltaico) con costi di materiale e di realizzazione bassi. Storicamente la tecnologia fotovoltaica delle celle al silicio cristallino è stata detta di prima generazione, mentre quella dei film sottili di silicio amorfo, di tellururo di cadmio e diseleniuro di indio e rame viene indicata come di seconda generazione. La tecnologia dei quantum dots, che è appena iniziata, costituisce la terza generazione dei dispositivi fotovoltaici [7, 8]. Essa, ancora più delle precedenti, deriva direttamente dalle conoscenze di meccanica quantistica, che furono avviate da Einstein con l’intuizione del fotone.


Bibliografia

1. Planck M.,The Theory of Heat Radiation, Ed. Dover Publications, New York, 1959.

2. Einstein A., Ann. Phys, Vol.17, 1905, p.132.

3. Shockley W., “The Theory of p-n Junctions in Semiconductors and p-n Junction Transistors”, Bell Syst. Tech. J., Vol. 28, 1949 p.435.

4. Chapin D. M., Fuller C. S., Pearson G. L. “A New Silicon p-n Junction Photocell for Converting Solar Radiation into Electrical Power”, J. Appl. Phys., Vol.25, 1954, p. 676.

5. Green M. A., Emery K., King D. L., Igari S., Warta W., 2004, “Solar Cell Efficiency Tables” (Version 24), Prog. Photovolt. Res. ., Vol.12, pp.365-372.

6. Green M. A., Efficiency Limits for Photovoltaic Solar Energy Conversion, Proceedings of Conference PV in Europe – PV Technology to Energy Solutions, Rome, 7-11 October 2002, p.12.

7. Green M.A., Third Generation Photovoltaics, 2003 Annual Report, www.pv.unsw.edu.au.

8. Green M.A., Third Generation Photovoltaics, Advanced Solar Energy Conversion, Ed. Springer-Verlag Berlin Eidelberg, 2003.

Dossier, dicembre 2005© Galileo


http://newton.corriere.it/archivio_news/2006.shtml 

L’energia del vento ha sorpassato quella nucleare

Nel 2005 è risultato che l’elettricità prodotta nel mondo con generatori eolici è doppia rispetto a quella derivante dall’atomo. Si prevede che nel 2010 l’eolico sarà sette volte superiore al nucleare

La potenza eolica installata nel 2005 nel mondo è risultata doppia rispetta a quella nucleare (5.000 MW dal vento solo lo scorso anno). La previsione, poi, per il quinquennio 2005-2010 è addirittura che la potenza eolica sopravanzerà quella nucleare di almeno 5-7 volte. Questi i dati emersi da un convegno svoltosi nei giorni scorsi a Roma dal titolo ”Dopo il petrolio l’era delle nuove tecnologie” nell’ambito di Energetica.

”Dal mondo scientifico internazionale ci arrivano dei segnali molto allarmanti per quanto riguarda le emissioni di CO2 – ha detto il direttore del Kyoto Club Gianni Silvestrini – se non interveniamo al più presto i cambiamenti climatici ci sovrasteranno e saranno terribili. L’unico modo per contrastarli è quello di ridurre i consumi e produrre più energia possibile da fonti rinnovabili”.
Anche alcuni stati degli Usa, nonostante non abbiamo ratificato il protocollo di Kyoto, hanno deciso di intervenire sui consumi. ”In California, per esempio – ha riferito Silvestrini – i consumi si sono ridotti del 50% rispetto al resto del Paese e nel 2005 il business delle fonti rinnovabili ha raggiunto i 40 miliardi di dollari con un incremento del 30% rispetto all’anno precedente. Lo stesso è successo in Brasile dove l’esportazione di etanolo ha fruttato l’anno scorso ben 400 milioni di dollari”.

L’Erec (European renewable energy council) arriva addirittura a ipotizzare che, in un prossimo futuro, si potrebbe produrre energia pulita per l’80% ma, rimanendo ai dati più realistici dell’Ewea (European wind energy association), nel 2005 la potenza installata del solo eolico è stata il doppio del nucleare e, entro il 2010, sarà addirittura di 5-7 volte superiore ”questo a dimostrazione che sul nucleare – ha affermato ancora Silvestrini – nessuno vuole più investire perché anti-economico.

Anche dal punto di vista dell’occupazione, le fonti rinnovabili offrono grosse opportunità. Basti pensare che in Germania gli occupati sono già 55.000 mentre in Spagna arrivano a 30.000. In termini di numeri, al 31 dicembre 2005 in Europa risultano installati 40.904 MW dal vento (obiettivo 2010 raggiunto con 5 anni di anticipo), in Usa 9.149, in Asia 7.135, in Australia 708, in Canada 683, in Africa 349, in Sudamerica 213 e in Nuova Zelanda 169. In Italia al dicembre 2005 oltre 1.700 Mw. Gli esperti hanno quindi concordato nel sostenere che le fonti rinnovabili rappresentano il prossimo futuro e che si devono fare i conti con il fatto che il petrolio, entro un massimo 30-40 anni, andrà ad esaurirsi.

”I cambiamenti climatici – ha detto Oreste Vigorito, presidente dell’Anev, Associazione energia del vento – spingeranno sempre più le istituzioni a utilizzare fonti rinnovabili per far fronte a questa maggiore richiesta energetica e alle direttive europee”. ”Il protocollo di Kyoto ha introdotto oneri e obblighi di riduzione delle emissioni di CO2 per i Paesi ratificatori – ha sottolineato quindi Paolo Tabarelli de Fatis, vice-presidente dell’Anev – e l’energia eolica già oggi fornisce un’alternativa concreta al crescente fabbisogno energetico. Il primo obiettivo per l’Italia è quello di raggiungere entro il 2010 una produzione da fonti rinnovabili pari al 25% e del 33% entro il 2020”.
”Premesso che il maggior consumo di petrolio deriva dai trasporti – ha detto Corrado Clini, direttore generale del ministero dell’Ambiente – oltre ad intervenire sul miglioramento delle tecnologie nel settore automobilistico mondiale, l’Unione europea indica che l’Italia dovrà ridurre del 13% le emissioni atmosferiche, pari a 37 milioni di tonnellate di CO2, entro il 2007. L’unica via possibile è quella di ricorrere alle fonti rinnovabili e di premiare le imprese con le migliori performance energetiche e di punire le peggiori”.

10 luglio 2006


Al via in Portogallo il maggiore impianto fotovoltaico del mondo

Sarà realizzata nella regione dell’Alentejo la più grande centrale. In grado di generare 11 MegaWatt, sarà forse seguita da una analoga in progetto in Puglia

Sono cominciati nei giorni scorsi in Portogallo, nella regione meridionale dell’Alentejo, i lavori per la costruzione della più grande centrale a energia solare del mondo. Lo ha annunciato la General Electric. Il colosso statunitense investirà 75 milioni di dollari nella costruzione dell’impianto fotovoltaico, che si estenderà, con i suoi pannelli solari, su una superficie di 60 ettari, in una zona collinare di oliveti.

La centrale, che dovrebbe essere pronta all’inizio del 2007, disporrà di 52.000 moduli fotovoltaici e produrrà 11 Megawatt di energia elettrica, sufficienti per approvvigionare 8.000 abitazioni. L’impianto sorgerà vicino alla città di Serpa, circa 200 km a sudest di Lisbona, nel cuore dell’Alentejo, regione povera a vocazione agricola, ma anche uno dei posti più soleggiati d’ Europa.

”Il progetto per l’impianto solare di Serpa, assieme ad altre iniziative riguardanti le energie rinnovabili, contribuisce a porre le basi per il futuro energetico del Portogallo”. ha detto Piero del Maso, un dirigente di Catavento, compagnia energetica portoghese coinvolta nel progetto. ”Serpa non deve essere un caso isolato, ma un vero punto di partenza per l’energia solare in Portogallo”, ha aggiunto.

Ma anche in Italia si pensa a progetti analoghi. Dovrebbe infatti essere realizzata in Puglia, nel giro di alcuni anni, una grande centrale fotovoltaica con potenza identica a quella Portoghese. L’annuncio è stato dato dall’amministratore delegato del gruppo Italgest, Paride De Masi, nel corso del seminario sull’energia solare che si è svolto nelle scorse settimane al Politecnico di Bari.

L’investimento previsto – ha precisato l’assessore regionale all’Ecologia, Michele Losappio, che ha concluso il dibattito al Politecnico – è di cinquecento milioni di euro e l’impianto, che conta una potenza complessiva di undici megawatt, sorgerà sui siti ex inquinati di Brindisi.
Losappio, inoltre, ha confermato ”il consenso della Regione Puglia ad investimenti che come questo si inseriscono nel solco del Piano energetico ambientale regionale in questi giorni sottoposto all’attenzione e ai contributi degli enti territoriali, della cittadinanza attiva e dell’opinione pubblica”.

06 luglio 2006


Nei deserti è nascosto un tesoro di energia

Anche se minacciate dai cambiamenti climatici, queste regioni possono dare tanto cul piano economico; il solo Sahara sarebbe in grado di fornire elettricità a tutto il pianeta

Il deserto del Sahara possiede da solo tanta energia solare da poter fornire elettricità a tutto il mondo. E’ quanto risulta dal rapporto del Programma delle Nazioni Unite per l’Ambiente nel quale, per la prima volta, vede nelle regioni desertiche grandi potenziali, ricchezze nascoste che però rischiano di subire i danni dei cambiamenti climatici e che per evitare questo devono essere gestite con mezzi moderni.

”Lungi dall’essere delle terre aride, i deserti appaiono, al contrario, regioni dinamiche sul piano biologico, economico e culturale anche se sottoposte alle pressioni del mondo moderno” dice Shafqat Kakakhel, direttore aggiunto del Programma delle Nazioni Unite per l’Ambiente. Secondo Kakakhel si può oggi guardare ai deserti come alle nuove regioni dotate di un vero potenziale economico.
Il Sahara potrebbe fornire tanta energia solare da rispondere ai bisogno di elettricità del mondo intero. Mentre la maggioranza dei deserti gode di una luminosità e di una temperatura favorevoli allo sviluppo di siti per l’allevamento dei crostacei e dei pesci: questo avviene in particolare nel deserto dell’Arizona o nel deserto del Negev in Israele. Mentre nel deserto del Sonora nel nord-est del Messico il popolo dei Cocopah raccoglie la nipa, un’erba medicamentosa che germoglia nell’acqua salata interessante per l’industria farmaceutica.

Tuttavia – sottolinea il rapporto – i deserti sono minacciati come mai in precedenza dai cambiamenti climatici, lo sfruttamento eccessivo della falda freatica, l’aumento della salinità e la riduzione della fauna. In queste regioni, dal 1976 al 2000, la temperatura è aumentata da 0,5 a 2 gradi centigradi, ben di più che nel resto del pianeta dove l’aumento è stato di 0,45 gradi e, secondo le previsioni, questa potrebbe salire ancora da 5 a 7 gradi entro la fine di questo secolo.

”Diversi deserti – avverte il rapporto – vedranno diminuire le loro precipitazioni dal 5 al 10% e potrebbero toccare un -15%, con una vulnerabilità particolare per i deserti delle latitudini a sud dell’Equatore”. Solo il deserto del Gobi in Cina vedrà aumentare le sue piogge. Il fenomeno della riduzione delle precipitazioni, combinato con la crescita delle città desertiche, farà si che paesi come l’Iraq, il Niger e la Siria avranno carenza d’acqua da qui al 2050.
Tra i fiumi più minacciati figurano il Gariep nell’Africa del Sud, il Rio Grande e il Colorado in America del Nord, il Tigri e l’Eufrate in Asia del Sud-Ovest oltre ai fiumi Syr Darya, Amou Darya e Indus in Asia Centrale. Inoltre le istallazioni militari, lo sfruttamento minerario, la costruzione di infrastrutture viarie, il turismo e l’inquinamento, rendono fragili queste regioni. La soluzione per permettere a queste zone di liberare tutto il loro potenziale è quindi – ribadisce il rapporto – di migliorare la gestione delle loro risorse grazie all’uso di strumenti moderni e di investimenti.

19 giugno 2006


Da Bruxelles, luce verde per il reattore Iter

Nella nuova apparecchiatura sono riposte la maggior parte delle speranze mondiali per ottenere per la prima volta una energia nucleare “pulita” attraverso la fusione. L’avvio dei lavori nel 2007 nel Sud della Francia

I rappresentanti di Unione Europea, Russia, Giappone, Cina, Corea del Sud e Usa hanno confermato nei giorni scorsi a Bruxelles il loro impegno per Iter, il progetto di reattore sperimentale pulito per produrre energia dalla fusione termonucleare. Nella capitale europea, i sette partner hanno sancito gli accordi già raggiunti, dopo lunghi negoziati, perché il progetto sia localizzato a Cadarache, nel Sud della Francia.

Iter rappresenta una sfida scientifica e tecnologica per i prossimi decenni: a fianco dell’energia dalla fissione nucleare, quella dalla fusione è infatti la speranza di fonti energetiche nuove e in grande quantità per il ventunesimo secolo.
Le centrali nucleari tradizionali si basano sul meccanismo della fissione, mentre i reattori a fusione nucleare si basano su un processo analogo a quello con cui si sprigiona energia nel Sole e nelle stelle in seguito alle reazioni di fusione tra nuclei d’idrogeno. Questo tipo di fusione, spiegano gli esperti Ue, non produce gas ad effetto serra, non rappresenta rischi e non genera rifiuti radioattivi.

”Il progetto Iter – ha detto il commissario europeo alla ricerca Janez Potocnik – rappresenta un nuovo modello di cooperazione scientifica e tecnica su scala mondiale”. Secondo quanto riferito dal commissario, l’Ue assicurerà un finanziamento del 40% dei costi di costruzione, mentre un 10% sarà messo dalla Francia. Usa, Giappone, Cina e Corea del Sud si assumeranno un onere del 10% ciascuno. La spesa complessiva prevista è di circa 4,7 miliardi di euro. I costi di gestione, pari a circa 5 miliardi, saranno anch’essi divisi tra i partner del progetto.
I lavori per la costruzione del reattore dovrebbero cominciare nel 2007, una volta ottenuti tutti i permessi, e dovrebbero terminare in una decina di anni. L’accordo dovrà ora essere ratificato da tutte le parti interessate. Per l’Ue sarà il Consiglio dei ministri ad esprimersi entro la fine dell’anno.

30 maggio 2006


Nella discarica nucleare messaggi per gli uomini del 12006

Gli esperti si interrogano su quali avvertenze debbano indicare sulle scorie la cui pericolosa attività di emissione radioattiva resiste per molti millenni

Una commissione di esperti è al lavoro negli Usa per un progetto di cui non vedrà mai i risultati: come comunicare con le civiltà che abiteranno il territorio americano tra 10.000 anni. Per i pronipoti dell’anno 12006 gli scienziati hanno un messaggio molto semplice – ”State alla larga da qui!” – ma non sono sicuri se arriverà al destinatario e soprattutto se verrà compreso.
Lo studio, commissionato dal ministero dell’Energia, serve a trovare modalità di comunicazione che possano mettere in guardia gli uomini del futuro dall’eseguire scavi in un’area in mezzo al deserto del New Mexico, dove gli Usa stanno accumulando scorie nucleari.

Per studiare il messaggio non c’è fretta, visto che la discarica non sarà completa fino all’anno 2033 e da allora resterà per 100 anni sotto il controllo del governo, prima di venir abbandonata.
Ma per quell’epoca occorrerà aver messo a punto messaggi comprensibili per le civiltà future. Un sarcofago creato a 800 metri di profondità collasserà su se stesso entro mille anni, sigillando le scorie. Ma il plutonio che vi si trova all’interno resterà pericoloso per decine di millenni a venire. U

na commissione mista di futuristi, antropologi, linguisti ed esperti di varie discipline – racconta il Los Angeles Times – sta valutando quale sia il modo migliore per farsi capire da chi abiterà l’area in un lontano futuro, attingendo a esempi che vanno dai graffiti nelle caverne preistoriche ai geroglifici egiziani.
Il messaggio da mandare è l’avvertimento a non scavare o trivellare in quella zona, ma non è chiaro se e come verrà recepito.

Tra i vari scenari tracciati dagli studiosi, alcuni ipotizzano una Terra passata attraverso una qualche catastrofe globale, che ha cancellato la memoria delle civiltà passate (come la nostra) e forse dimenticato le lingue attuali. Per questo occorre un “cartello” di avvertimento che oltre a resistere nel tempo, sia anche leggibile.

Una prima soluzione prevede di realizzare tutto intorno alla discarica una sorta di barriera del tipo da trincea, alta 30 metri, larga 10 e lunga complessivamente 3,2 chilometri, con una massa complessiva pari a cinque volte quella della maggiore tra le piramidi egiziane.
Dentro e fuori il gigantesco recinto, verrebbero piazzati dei piloni di granito alti 7,5 metri l’uno e pesanti 105 tonnellate, con scritte in inglese, spagnolo, russo, francese, cinese, arabo e navajo (l’italiano non è stato preso in considerazione come possibile lingua del futuro).

Se il segnale riuscirà ad attirare l’attenzione, la difficoltà successiva sarà spiegare che nella zona esiste un pericolo. Gli studiosi hanno valutato precedenti tentativi simili, come quello della placca che fu piazzata nel 1972 sulla sonda Pioneer prima di lanciarla nello spazio.
La placca, realizzata con il contributo dell’astronomo Carl Sagan, mostra immagini di un uomo e una donna, uno schema del Sistema Solare e altre informazioni sulla civiltà della Terra.
Ma il messaggio, in quel caso, era pensato per extraterrestri, ”mentre dobbiamo presumere – ha detto Jon Lomberg, che lo disegnò insieme a Sagan – che in quell’area in futuro ci saranno umani, a meno che non siano invece dei cyborg”.

Le idee che circolano al momento prevedono, tra l’altro, di creare dei dischi di metallo, ceramica e plastica, da seppellire nella zona, sui quali imprimere immagini che cerchino di trasmettere messaggi di pericolo, come una sorta di stele di Rosetta dell’era nucleare.
La speranza degli addetti ai lavori è che alla fine siano trovate soluzioni migliori di quella utilizzata, poco lontano dalla discarica, per indicare il luogo di un test nucleare del 1961. Due placche di cemento che ricordano il test sono state utilizzate per anni per far pratica di tiro a segno e un terzo segnale è del tutto sparito. Vi era scritto, in inglese: ”Questo luogo resterà pericoloso per 24.000 anni”.

16 maggio 2006


Potrebbero essere mezzo milione i morti provocati da Chernobyl

E’ quanto sostengono alcuni studi effettuati in Ucraina che portano a conclusioni ben più gravi di quelle sostenute dall’Organizzazione Mondiale della Sanità e dall’Agenzia internazionale per l’energia atomica

Nei 20 anni trascorsi dalla catastrofe nucleare di Chernobyl del 26 aprile 1986, almeno mezzo milione di persone sono morte per le conseguenze della nube radioattiva che contaminò larga parte dell’Europa e altre 30.000 moriranno nei prossimi anni.
A questa conclusione sono giunti alcuni ricercatori analizzando più di cinquanta studi scientifici. Lo ha riferito nei giorni scorsi il quotidiano britannico The Guardian.

Le nuove stime contrastano vistosamente con quelle molto più modeste dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (Oms) e dell’Agenzia Internazionale per l’Energia Atomica (Aiea), le quali prevedevano un massimo di 4.000 persone morte per gli effetti del disastro. Le conseguenze peggiori l’ha ovviamente patite l’Ucraina (Chernobyl è 120 chilometri a nord di Kiev).
”Siamo pieni di casi di cancro alla tiroide, leucemie e mutazioni genetiche non registrati nei dati dell’Oms e che erano praticamente sconosciuti 20 anni fa”, ha detto Eugenia Stepanova, del centro scientifico del governo ucraino.

”Studi mostrano che 34.499 persone che presero parte alla ripulitura di Chernobyl sono morte di cancro dopo la catastrofe”, ha affermato Nikolai Omelyanetes, vice capo della commissione nazionale per la protezione dalle radiazioni ucraina, secondo il quale inoltre il tasso di mortalità infantile è aumentato fra il 20 e il 30%. U
n portavoce dell’Aiea, citato dal Guardian, si è detto certo che le stime delle Nazioni Unite sono corrette: ”abbiamo il consenso di oltre 100 importanti scienziati. Loro hanno persone qualificate? Sono responsabili? Se hanno dei dati che pensano siano stati ignorati, devono mandarli”.

Ma a sentire Omelyanetes è già stato fatto: ”Tutte queste informazioni – ha detto – sono state ignorate dall’Aiea e dall’Oms: gliele abbiamo mandate a marzo dello scorso anno e poi nuovamente a giugno. Non hanno detto perché non le hanno accettate”.
Il Guardian non riporta i nomi dei ricercatori che hanno rianalizzato i cinquanta studi scientifici già pubblicati su Chernobyl, limitandosi a dire che hanno lavorato su incarico di gruppi del parlamento europeo, di Greenpeace e fondazioni mediche in Gran Bretagna, Germania, Ucraina e Scandinavia.
Alcuni giorni fa era stato reso noto uno studio sui tassi di mortalità infantile nel Regno Unito condotto dall’epidemiologo John Urquhart secondo il quale la pioggia radioattiva che si abbatté su certe aree della Gran Bretagna dopo il disastro di Chernobyl e fino al 1989 avrebbe causato un aumento del 10% dei decessi dei neonati.

03 aprile 2006


In Italia il 7% dell’energia deriva da fonti pulite


In un convegno del World Energy Council è stato sottolineato che nelle energie rinnovabili che possono dare una risposta al caro-petrolio, l’Italia è ancora molto indietro rispetto agli altri Paesi europei

Nel 2004, il contributo delle energie rinnovabili in Italia si à attestato complessivamente su circa il 7% del fabbisogno energetico nazionale.
A prevalere è il settore idroelettrico, che da solo rappresenta circa il 60% del totale, poi ci sono biomasse e rifiuti per oltre il 30%, il geotermico per il 9%, mentre le cosiddette “nuove rinnovabili”, costituite da solare ed eolico, non raggiungono insieme il 3%.
Una ”scelta strategica” per l’ Italia, le fonti di energia pulite, con numeri però ancora troppo piccoli e che rischia di ingrossare le tasche delle imprese estere, se si considera che nel nostro Paese sono solo 1.000 gli addetti per esempio nel fotovoltaico contro i 6.000 del mercato tedesco e gli oltre 15.000 di quello giapponese.

Questa la fotografia dell’energia “verde” in Italia emersa nel convegno “Le 3 P per le Rinnovabili in Italia: Potenzialità, Problemi, Prospettive”, promosso dal World Energy Council nell’ambito delle attività preparatorie del 20/o Congresso Mondiale dell’Energia che si terrà a Roma nel 2007.
Ricerca, innovazione e sviluppo: ecco le tre direttrici su cui l’Italia deve muoversi per ”favorire l’incremento di energia da fonti rinnovabili sul totale dell’energia prodotta”; ”scelta strategica per il nostro Paese”, ha dichiarato il Commissario straordinario dell’Enea, Luigi Paganetto.
Una dimensione necessaria perché ormai la questione non riguarda più e non solo i consumi interni per non perdere il treno della competitività sul mercato internazionale dell’energia.
”Non solo Kyoto, ma anche le decisioni della Banca Mondiale, vanno nella direzione delle energie rinnovabili”, ha detto Corrado Clini, direttore generale del Ministero dell’Ambiente, spiegando che ”i finanziamenti per queste fonti sono diventati una priorità nei Paesi in via di sviluppo.
Il Ministero ha investito 45 milioni di euro negli ultimi quattro anni nel Sud est e Sud del Mediterraneo, con un ritorno trascurabile per le imprese italiane. à importante aprirsi alle tecnologie innovative per arrivare sul mercato estero”.

L’esplosione del fotovoltaico in Italia, seguita al recente decreto, inoltre, secondo Clini, ”è un grande vantaggio per i produttori tedeschi se non arriverà una reazione da parte delle nostre imprese”.
”Una strada possibile, sulla quale ci stiamo muovendo in linea con il regime europeo sugli aiuti – ha riferito Clini – à quella di dare vita a progetti pilota con joint venture tra credito e industria.
Ma non devono restare iniziative di nicchia”. ”In altri paesi europei, in particolare Germania e Spagna – ha detto Paganetto – i nuovi settori industriali delle rinnovabili per le tecnologie fotovoltaiche si presentano già oggi come una realtà consolidata, con un indotto significativo in termini economici, di occupazione e di crescita sul mercato internazionale”.

La Danimarca spicca a livello europeo per la produzione di energia eolica, mentre la Spagna, ha proseguito Paganetto, che si à affacciata solo di recente in questi settori, ”presenta trend di crescita delle esportazioni industriali di tecnologie innovative per lo sfruttamento delle fonti rinnovabili tra i più sostenuti dell’Unione Europea”.
L’Italia è quindi in ritardo, secondo gli esperti. L’ industria italiana manifesta infatti una ”debolezza competitiva”.


Un uso intelligente farebbe risparmiare un terzo dell’energia

E’ quanto sostiene il rapporto del Consiglio mondiale dell’energia che ha anche reso noto un documento che fotografa le attuali risorse a livello planetario

L’uso intelligente ed efficiente dell’energia permetterebbe un risparmio energetico pari almeno a 1/3 del consumo totale nazionale italiano.
E’ quanto calcola il rapporto del Consiglio mondiale dell’energia, presentato nei giorni scorsi a Roma, che avverte come i costi dell’energia vadano sempre più aumentando. Un risparmio energetico di queste dimensioni in Italia, quindi, ”contribuirebbe in modo considerevole non solo al miglioramento della bilancia commerciale, ma anche alla riduzione dei costi per unità di prodotto e quindi al recupero della competitività per un sistema che, come quello italiano, ne ha assolutamente bisogno”.
Anche perché, come noto, il costo di produzione dell’energia elettrica in Italia ”è di gran lunga il più elevato d’Europa e condizionato dalla volatilità del prezzo del petrolio e dal cambio dollaro/euro”. Anche se, aggiunge il rapporto, ”occorre notare che per consumi specifici di energia ed emissioni di Co2 l’Italia può considerarsi un paese virtuoso se comparato con gli altri Paesi industrializzati”.
In generale, comunque, il rapporto ricorda che l’Italia non è un paese ricco di risorse energetiche e quindi ”si rende necessario valorizzare al meglio le opzioni disponibili”. Il rapporto del Consiglio mondiale dell’energia fa inoltre il punto sulle attuali risorse a livello mondiale e sullo sfruttamento delle varie opzioni energetiche. Ecco, in sintesi, i risultati.
CARBONE. La produzione e il consumo annui sono pari a 4,8 miliardi di tonnellate. Le riserve sono pari a 909 miliardi di tonnellate, per un rapporto riserve/produzione vicino ai 200 anni. Nord America, Europa e Asia hanno riserve molto simili tra loro e pari ciascuna a circa il 28% delle totali riserve mondiali. Il più grande esportatore mondiale è l’Australia, mentre l’Asia è il più grande produttore e consumatore.
PETROLIO. Produzione e consumo sono a 3,5 miliardi di tonnellate l’anno e le riserve sono pari a 148 miliardi di tonnellate: il rapporto riserve/consumi è pari a 41,2 anni. Le maggiori riserve si trovano in Medio Oriente, con 91 miliardi di tonnellate.
GAS NATURALE. Produzione e consumo sono pari a 2,6 miliardi di metri cubi l’anno. Con riserve pari a 171 miliardi, il rapporto riserve/consumi è di 59,8 anni. Anche in questo caso le riserve maggiori si trovano in Medio Oriente, con oltre 100 miliardi di metri cubi.
IDROELETTRICO. La totale potenza idroelettrica installata è di 750 Gw (contro la globale potenza installata di 3.700 Gw), con una produzione annua di 2.600 Twh. La totale capacità tecnicamente utilizzabile è pari a circa 16mila Twh ed è quindi utilizzata a livello globale per il 16%.
NUCLEARE. Attualmente sono in servizio 440 impianti in 31 nazioni per una totale potenza di circa 360 Gw, con una produzione annuale di 2.600 Twh e con una disponibilità globale che è passata dal 74% del 1991 all’84% del 2002.
L’unica connessione di una nuova centrale alla rete nel 2003 è stata in Cina. Sono in costruzione da diversi anni 32 unità nel mondo, di cui 19 in Asia e 11 in Europa. Le riserve di uranio accertate ed economicamente sfruttabili per meno di 80 dollari al kg sono 2,5 milioni di tonnellate e sono concentrate in sette nazioni.
GEOTERMICO. La totale potenza elettrica installata a fine 2002 era di 8.200 Mw con gli Stati Uniti in testa. Il potenziale geotermico mondiale per produzione di energia elettrica è stimato da 35.000 a 73.000 Mw.
ALTRE FONTI. L’eolico è la fonte che ha avuto il massimo sviluppo tra il ’97 e il 2002, con una potenza installata di 32.000 Mw. Secondo il rapporto il potenziale annuo disponibile è 1,5 volte i consumi totali attuali di energia primaria.
A fine 2002 la totale potenza installata di impianti fotovoltaici (energia solare) era pari a 1.500 Mw in 50 Paesi, anche se la totale radiazione annua che raggiunge la terra e la sua atmosfera è di oltre 6mila volte i consumi totali di energia primaria da parte dell’umanità. Ci sono poi il bitume, gli oli extrapesanti, l’oil shale, il legno e derivati, la torba e le biomasse, senza contare le potenzialità dell’energia marina.


Verso un futuro energetico ad idrogeno


SI tratta di un gas che si presta ottimamente come vettore di energia non inquinante e, se prodotto da energie rinnovabili, consente un impiego eco-compatibile al 1000 per cento

Automobili da cui non esce fumo nero ma aria pulita, e case riscaldate da impianti che producono calore ed energia elettrica, immettendo nella rete elettrica il surplus prodotto. Fantascienza? Non proprio. Nel giro di quindici, vent’anni potrebbe diventare una realtà a uso e consumo di tutti. Sono queste infatti le grandi sfide verso cui stanno indirizzando i loro sforzi enti di ricerca, università e case produttrici di automobili. Se ne è parlato nei giorni scorsi al centro di ricerche Enea del Brasimone, sull’Appennino tosco-emiliano, in occasione di un corso di aggiornamento per l’Unione giornalisti scientifici italiani (UGIS).

La necessità di arrivare a questo nuovo scenario energetico è sottolineata da due fattori: le fonti di energia attualmente in uso sono a rischio di esaurimento e bisogna pensare a sistemi alternativi, che siano soprattutto eco-compatibili. Il futuro ideale prefigura l’impiego di fonti come il solare o le biomasse per produrre idrogeno da sfruttare sia per produrre energia elettrica in centrali tradizionali che in piccoli impianti di generazione di calore ed elettricità per piccole utenze o per mezzi di trasporto che sfruttano il principio delle celle a combustibile.

“Per agire in questa direzione – ha detto il prof. Raffaele Vellone, direttore del Progetto idrogeno e Celle a combustibile dell’Enea – occorre ricordare che l’idrogeno non è una fonte di energia ma solo un ‘vettore energetico’ il cui impiego non è inquinante e che può ossere ricavato sia da combustibili fossili come petrolio o metano, ma che per essere totalmente eco-compatibile dovrà essere prodotto da energie rinnovabili. Per dare questo nuovo indirizzo alle politiche energetiche occorrono sinergie a livello internazionale o addirittura mondiale per un deciso incremento delle fonti rinnovabili e per migliorare il rendimento delle celle a combustibile”.

“Le riserve mondiali di petrolio – ha proseguito Vellone – sono ad oggi stimate in 3.000 miliardi di di barili, sufficienti per i consumi dei prossimi cento anni. Continuare però solo con questa fonte provoca enormi danni ambientali a alla salute. Secondo uno studio della UE sull’impatto dei trasporti, è stato accertato che nelle aree ad alta densità abitativa come le grandi città, le auto a benzina provocano un danno di costi sociali (30% ambiente e 70% salute) pari ad oltre un euro per ogni litro di carburante consumato e le diesel addirittura di 8,4 euro”.

“L’impiego generalizzato dell’idrogeno – prosegue Vellone – può essere la svolta decisiva verso la riduzione delle emissioni di gas serra. All’inizio del secolo, la CO2 nell’aria era pari a 290 parti per milione, ora è di 380. Le previsioni dei consumi di energia per questo secolo fanno prevedere un continuo aumento delle emissioni di CO2 e della sua concentrazione nell’atmosfera fino ad oltre 550 parti per milione ritenuta la massima di stabilizzazione per tenersi al riparo dagli eventi catastrofici che si verificherebbero con un valore di 700. La situazione attuale rende altamente improbabile il raggiungimento degli obiettivi del protocollo di Kyoto ed esempi come quello della Cina, che utilizza molto carbone e lo fa con tecnologie molto inquinanti, non lascia adito a molte speranze. Tecnologie già acquisite consentirebbero invece di separare la CO2 prodotta nell’impiego dei combustibili fossili e il confinamento della stessa in vecchi pozzi di miniere, con il doppio vantaggio di evitare anche la subsidenza dei suoli”.

I progetti sono tanti, le idee vulcaniche, ma per poter comprare un’auto a idrogeno bisognerà probabilmente aspettare altri 15 anni e prima di arrivare all’idrogeno prodotto da fonti rinnovabili sarà necessario passare per una fase transitoria nel breve periodo, in cui si produrrà idrogeno da metano e bio-combustibili. Oltre al problema dei costi c’è da risolvere anche la questione dello stoccaggio dell’idrogeno, cioè se trasportarlo allo stato gassoso, liquido o solido, e quello della distribuzione alle stazioni di rifornimento. Nelle automibili, l’idrogeno può essere utilizzato sia con un motore a scoppio tradizionale, sia con una cella a combustibile che produce elettricità per un motore elettrico per la trazione.

Nei prossimi anni saranno inoltre sperimentati sistemi a celle combustibili per impianti da 5 kw per l’utenza domestica. Collegandosi alla rete del metano, ogni casa potrà autoprodurre energia elettrica e calore, mandando in rete le eccedenze. Già oggi, comunque, molte industrie puntano alla realizzazione di apparecchiature con celle a combustibile: grazie alla collaborazione con l’Enea, la Arcotronics Fuel Cell produce sistemi fissi da 5 Kw, oltre a sistemi portatili da 1 kw e per impiego su mezzi mobili (come quelli della foto).

18 ottobre 2004


Le biomasse come alternativa realistica al petrolio

Le stime degli esperti mondiali indicano che tra 50 anni le biomasse potrebbero soddisfare il 35-40% del consumo energetico mondiale

Le biomasse possono diventare un’alternativa realistica ai combustibili fossili. E’ questa la conclusione cui sono giunti 1.200 esperti provenienti da 89 Paesi, al termine della conferenza mondiale sulle biomasse che si è tenuta a Roma.

‘La domanda energetica continua a crescere, così come i costi del petrolio. E’ un chiaro segno della necessità di cambiare rotta e puntare su fonti di energia e tecnologie svincolate dai combustibili fossili. Le biomasse rappresentano la soluzione oggi più realistica’, ha rilevato il presidente della conferenza, l’olandese Willibrordus van Swaaij, dell’università di Twente. ‘Nei prossimi decenni – ha aggiunto – il nostro impegno deve volgere allo sviluppo della tecnologia e della filiera nel suo insieme, per rendere competitiva la bioenergia e consentire il suo sviluppo in funzione delle sue elevate potenzialità e opportunità’.

Anche secondo il presidente del Consiglio mondiale per le energie rinnovabili, Hermann Scheer, ‘le fonti rinnovabili dovranno giocare un ruolo fondamentale per rispondere alla crescente domanda energetica, soprattutto in un momento come quello attuale dove i costi dei combustibili fossili continuano a crescere, mentre i costi delle rinnovabili tendono a scendere’. Scheer si è detto convinto che è il momento di ‘cogliere l’opportunità che la situazione contingente ci sta offrendo e lanciare la sfida dello sviluppo delle fonti rinnovabili per soddisfare la domanda energetica del prossimo futuro’.

A differenza delle altre rinnovabili, le biomasse rappresentano una fonte di energia utilizzabile in più settori, come generazione elettrica, produzione di calore, trasporti. Le stime indicano che tra 50 anni le biomasse potrebbero soddisfare il 35-40% del consumo energetico mondiale. ‘Negli Stati Uniti in un solo anno è cresciuta la domanda di carburante del 5%, la Cina ha visto aumentare del 40% il numero di automobili sulle sue strade e le raffinerie di tutto il mondo sono al massimo delle loro capacità produttive’, ha rilevato il segretario generale dell’Associazione europea dell’industria della biomassa (EUBIA), Giuliano Grassi. ‘Oggi – ha aggiunto – siamo già arrivati, con un anticipo di 15 anni rispetto alle previsioni, all’apice della curva di disponibilità di petrolio a livello mondiale. La soluzione è nello sviluppo dei biocombustibili, con vantaggi economici, sociali e ambientali indubbi’.

05 luglio 2004


Fusione o fissione?

Intervista a Carlo Rubbia di Elisabetta Durante

Carlo Rubbia ha vinto il Premio Nobel per la Fisica nel 1984 per la scoperta delle particelle W e Z, messaggere dell’interazione nucleare debole; ha insegnato per molti anni alla Harvard University, dal 1989 al 1993 è stato Direttore generale del Cern ed è attualmente Presidente dell’Enea.

Professore, qual è lo stato dell’arte internazionale nel campo della Fusione nucleare?

In questi anni si sono ottenuti molti risultati grazie ad una vigorosa partecipazione internazionale al programma che viene condotto mondialmente da quarant’anni, con una spesa complessiva di oltre 60 miliardi di euro, inclusa quella del nostro paese. Grazie all’obiettivo energetico, si è sviluppato un nuovo capitolo della scienza dei plasmi; a sua volta, questa nuova scienza dei plasmi ha contribuito ad aprire molti campi scientifici e tecnologici. Così si è sostanzialmente migliorata la comprensione dei concetti necessari ad un futuro sistema energetico da Fusione, ma la distanza dall’obiettivo finale rimane notevole.

Pur con gli enormi investimenti già portati a termine, non è possibile ancora garantire che la fusione magnetica Deuterio-Trizio (D-T,ndr) potrà un giorno funzionare in maniera sicura ed essere finanziariamente competitiva. Il problema principale è quello dell’accensione, cioè del bruciamento efficiente e continuativo del plasma D-T, con la sua conversione in Elio più neutrone. Sono quindi necessarie nuove macchine, ben più potenti di quelle esistenti, ad esempio “Iter”, o meno complesse e più specializzate, come “Ignitor” in Italia e “Fire” negli Usa. Vista l’importanza del problema, le accese discussioni su quale sia la scelta migliore non sono sorprendenti: ma la stragrande maggioranza degli addetti ai lavori ha deciso in favore del programma internazionale centrato su Iter. Tuttavia, tutti i progetti potrebbero essere utili a esplorare il comportamento, e diciamolo chiaramente, le inevitabili sorprese di un plasma che si avvicini all’accensione.

Si dice che la Fusione rappresenti una soluzione “pulita”: cosa può dirci in proposito?

Si sente dire spesso che la Fusione D-T è pulita perchè non sarebbe altro che l’energia del Sole riprodotta sulla Terra. Nulla di più errato. La reazione del Sole è senza neutroni. La reazione D-T produce invece un neutrone con più di ¾ dell’energia emessa: questo neutrone è la causa principale delle quantità di scorie radioattive prodotte anche da un reattore a Fusione. Inoltre, il principale elemento combustibile, assente nel ciclo solare, è il Trizio, un isotopo radioattivo dell’idrogeno, con una vita media di circa 13 anni. Fughe accidentali di Trizio potrebbero avere conseguenze non diverse da quelle prodotte da incidenti nucleari da Fissione. In sostanza, un reattore a Fusione produrrebbe una quantità di radioattività appena inferiore a quella di un reattore a Fissione ordinario della stessa potenza, migliorabile con l’uso di materiali più avanzati.

Si dice che la fusione sia una fonte di energia inesauribile: sarebbe dunque, una soluzione definitiva?

A lungo termine l’Umanità ha bisogno di sorgenti di energia alternative a quelle dei fossili. In tale quadro, il ricorso al nucleare, oltre che al solare, sembra assolutamente inevitabile. Tuttavia va ricordato che, se usate con i metodi odierni, le riserve naturali di Uranio non sono superiori, ad esempio, a quelle del petrolio o del carbone. Quindi nuovi metodi sono necessari. Nel caso della Fusione D-T, il Trizio non esiste in natura e deve essere prodotto, ‘sparando’ il neutrone generato dalla reazione, contro il Litio: la disponibilità di questo elemento è tale da assicurare molti millenni di produzione energetica.

Il governo francese sembra pronto ad affrontare una spesa ingente pur di strappare al Giappone il megaprogetto per la fusione “Iter”. Non pochi ricercatori francesi hanno criticato questa posizione, osservando come il traguardo della fusione sia ancora lontano e comporti una spesa eccessiva, che penalizzerebbe lo sviluppo di altre soluzioni più a portata di mano…

Anche la Fissione, non quella odierna, ma quella dei nuovi reattori veloci basati sull’uso di Uranio Depleto (impoverito, ndr), e soprattutto col cosiddetto “Amplificatore di Energia”, basato sull’uso del Torio e di un acceleratore di particelle (Ads, ndr), offrono disponibilità energetiche illimitate come quelle da Fusione. Anche queste forme innovative di energia da Fissione, e specialmente quella basata sul Torio, offrono emissioni di scorie radioattive confrontabili per quantità e durata a quelle della Fusione D-T; inoltre grazie a conoscenze già acquisite, sono realizzabili industrialmente in una scala di tempi ben più ridotta, senza le immense problematiche della combustione del plasma e certamente con costi e complessità inferiori a quelli che comporta la Fusione controllata nella più ottimistica delle forme.

Sulla lunga strada del nuovo nucleare, potrebbe esserci spazio per progetti di più limitata portata, che fungano magari come banco di prova di Iter?

Far partire simultaneamente due dispostivi in concorrenza, sul piano internazionale (Iter, ndr) e nazionale (Ignitor, ndr) mi sembrerebbe eccessivo! Perché dunque non investire invece una piccola frazione di quanto destinato alla Fusione per realizzare una Fissione innovativa basata sull’Amplificatore di Energia? Perché mettere tutte le uova nel solo paniere della Fusione magnetica, quando il problema della dipendenza energetica a lungo termine è uno dei più vasti, complessi e inevitabili problemi dell’umanità? A mio parere abbiamo bisogno della massima diversità nelle opzioni su cui contare a lungo termine, al fine di catturare l’immensa energia contenuta nei nuclei in maniera sicura, sostenibile ed illimitata. Sia la Fusione che la Fissione andrebbero perseguite con eguale vigore, alla ricerca di una nuova energia nucleare capace di alimentare l’Umanità per i millenni a venire.


La ricetta di Carlo Rubbia per l’energia pulita: il rubbiatrone

Un acceleratore scaglia protoni contro del piombo liquido. Questo emette neutroni che vanno a mantenere la reazione di fissione del combustibile. In assenza di questi neutroni addizionali, la reazione si spegne automaticamente.


http://www.provincia.venezia.it/lartis/EU_citizenship/nucleare/rubbiatrone.htm 

LA RICETTA DI CARLO RUBBIA PER IL NUCLEARE PULITO: IL RUBBIATRONE.

CROAZIA : LA PATTUMIERA NUCLEARE D’ EUROPA.

Nel nostro studio sullo sviluppo sostenibile inserito nel “progetto cittadinanza europea” abbiamo tra l’altro visto come funzionano le centrali nucleari e analizzato i problemi collegati alla produzione di energia nucleare tramite reazioni di fissione che provocano la produzione delle scorie nucleari .

Esse costituiscono un gravissimo problema  non solo per le attuali generazioni, visto che i sistemi attualmente adottati per la loro conservazione non sono sicuri al 100% , ma anche per le generazioni future visto che il loro tempo di decadimento è di 24000 anni.

Il fisico italiano Carlo Rubbia, premio Nobel per la fisica nel 1984, ha proposto un metodo per rendere inerti queste scorie radioattive rendendole inerti tramite il loro bombardamento con neutroni che si ottengono sparando protoni nel piombo fuso.

La stessa macchina (reattore di Rubbia ) con cui si neutralizzerebbero le scorie, sarà anche in grado di generare energia nucleare in modo molto più sicuro dei reattori nucleari finora costruiti. In Italia dove con un referendum popolare nel 1988 è stata vietata la produzione di energia nucleare, il progetto è stato molto criticato soprattutto dagli ambientalisti che rifiutano totalmente l’impiego del nucleare per la produzione di energia.

RUBBIA risponde: ”Credo che la polemica nasca da una incomprensione di fondo. Qui stiamo parlando di ricerca, non delle scelte politiche sulle fonti da impiegare o meno. Dobbiamo studiare, ricercare, capire, ragionare. Solo dopo si può decidere. Il mio è un progetto di ricerca, in circa otto anni potremmo costruire una macchina dimostrativa, e solo dopo si dovrà valutare la possibilità di passare davvero a un impiego commerciale di queste tecnologie. Se la macchina funziona il primo passo del progetto sarà bruciare le scorie che già ci sono. Anche per l’Italia questo è un problema enorme :300 tonnellate immagazzinate a Caorso,di cui 3 di plutonio. Che ne facciamo?C’è qualche ambientalista disposto a mettersele nel suo giardino? Siamo tutti d’accordo che il nucleare che abbiamo conosciuto finora è dietro di noi, ma rifiutare a priori qualsiasi forma di energia proveniente dal nucleo è quantomeno azzardato.”

RUBBIA con qualche semplice calcolo dimostra che ad esempio limitatamente alla sola Italia per soddisfare la metà del nostro futuro fabbisogno elettrico con l’ energia solare servirebbero 22mila chilometri quadrati di pannelli, un’area grande più o meno come tutta la Sardegna. Se si ripete un calcolo analogo per l’energia eolica,il risultato è che bisognerebbe riservare quasi 8 milioni di chilometri quadrati del nostro pianeta ai “mulini a vento” (per confronto : la superficie mondiale coltivata è di circa 10 milioni di chilometri quadrati).

 

E’ di questi giorni la notizia che la Croazia sta per diventare la pattumiera nucleare d’ Europa. Il deposito che sarà realizzato nella miniera d’argento in disuso a Majdan, a due chilometri dal confine con la Bosnia Erzegovina, metterebbe a rischio un territorio di rilevante interesse naturalistico nel quale scorre il fiume Una e per il quale è stata richiesta la tutela come riserva mondiale sotto il patronato dell’ Unesco.

In Europa vi è attualmente una carenza di depositi di stoccaggio a fronte di una notevole produzione di scorie.

La miniera di Majdan non fornisce le garanzie necessarie per la sicurezza per i seguenti motivi: nel territorio in cui sorge il terreno presenta una elevata porosità con numerose sorgenti acquifere; inoltre la miniera si trova molto vicina la fiume Una che in caso di contaminazione consentirebbe un rapido trasporto degli inquinanti radioattivi dalle sue acque a quelle del fiume Sava in cui confluisce sfociando ,dopo aver  attraversato buona parte dell’ Europa dell’est nel Mar Nero con ricadute pesantissime in buona parte dell’Europa centro orientale

 Inoltre si porrebbe anche il problema del trasporto dei rifiuti provenienti dagli altri paesi europei . I percorsi che questi pericolosissimi rifiuti radioattivi dovrebbero seguire coinvolgerebbero sicuramente l’Italia settentrionale e in particolare il Friuli Venezia Giulia, che possiede un’ ottima rete viaria. Il problema ,è chiaro non riguarda solo la Croazia ,ma coinvolge numerosi paesi europei.

Inoltre si porrebbe anche il problema del trasporto dei rifiuti provenienti dagli altri paesi europei. I percorsi che questi pericolosissimi rifiuti radioattivi dovrebbero seguire coinvolgerebbero sicuramente l’Italia settentrionale e in particolare il Friuli Venezia Giulia, che possiede un’ottima rete viaria. Il problema ,è chiaro non riguarda solo la Croazia, ma coinvolge numerosi paesi europei.

              

Solare a rischio 

CENTRALI A CONCENTRAZIONE
Un sistema che ha avuto successo all’estero.
Ma il progetto italiano di Rubbia suscita non pochi dubbi   

di Giovanni Battista Zorzoli


L’ente italiano preposto alla ricerca in campo energetico e ambientale (ENEA) ha messo al centro dei suoi programmi lo sviluppo di una particolare tecnologia per la conversione della radiazione solare in energia elettrica, il solare termodinamico. Contrariamente alla più nota tecnologia fotovoltaica, che converte la radiazione solare direttamente in energia elettrica mediante l’uso di celle di materiali semiconduttori opportunamente drogati, il solare termodinamico si basa su tecnologie che trasformano la radiazione solare in energia termica a temperature sufficientemente elevate da produrre vapore surriscaldato, proprio come fanno le caldaie nelle tradizionali centrali termoelettriche. Queste condizioni termiche sono però raggiungibili solo mediante un’elevata concentrazione (un fattore mille come ordine di grandezza) della radiazione solare incidente sulla superficie terrestre. Nel caso del solare termodinamico è corretto parlare al plurale di tecnologie, perché sono due i filoni tecnologici perseguiti oggi quando si intende realizzare impianti di potenza significativa (un terzo, che utilizza un motore Stirling come motore primo, vale solo per soluzioni su piccola scala):

• sistemi a torre, nei quali la radiazione solare viene concentrata su una speciale caldaia posta in cima a una torre da un sistema di specchi collocati a semicerchio intorno alla sua base;

• sistemi a collettori parabolici lineari, nei quali la tubazione contenente il fluido termovettore scorre lungo il fuoco di un elevato numero di concentratori a geometria parabolica posti in serie.

È quest’ultima la soluzione scelta dall’ENEA per il progetto Archimede, che rappresenta la prima fase di un programma che ha come fine la sua trasformazione in una tecnologia industrialmente valida. All’uscita dal campo dei collettori parabolici lineari il fluido termovettore viene inviato in un serbatoio di accumulo del calore, che entro certi limiti riesce a compensare le fluttuazioni della radiazione solare, e di lì a un generatore di vapore, dove mediante cessione di calore trasforma acqua in pressione in vapore surriscaldato. La restante parte dell’impianto è costituita da componenti tecnologicamente tradizionali (turbina a vapore, condensatore, ciclo termico e generatore elettrico).

Pensate in grande
Una centrale per la generazione elettrica basata esclusivamente su questa tecnologia ha probabilità ridotte di localizzazione in Paesi densamente popolati come l’Italia. Un analogo impianto di 400 MW previsto a medio termine negli Stati Uniti impegnerebbe 13 km2: per confronto un impianto a ciclo combinato della stessa potenza occupa 0,04 km2. Se viceversa si scende a potenze unitarie più basse, si ha una penalizzazione economica, dovuta al negativo effetto scala per quanto concerne sia il serbatoio di accumulo, sia la parte convenzionale dell’impianto. Proprio per ovviare a questi inconvenienti si può scegliere di utilizzare l’energia solare per la produzione di una quantità più limitata di vapore, destinata a integrare quella generata dalla caldaia di un impianto termoelettrico tradizionale. In questo modo c’è il vantaggio di non dovere dimensionare il sistema di accumulo in modo da garantire la continuità dell’erogazione di energia termica ventiquattro ore su ventiquattro, che sotto il profilo economico non rappresenta la soluzione ottimale. Poiché questa soluzione, detta ibrida, consente di non complicare l’esercizio dell’impianto termoelettrico tradizionale solo se contribuisce con una frazione non elevata alla generazione di energia, la potenza della parte solare non può superare alcune decine di MW, per cui la superficie impegnata è relativamente inferiore grazie anche all’assenza della parte tradizionale dell’impianto. Il progetto Archimede dell’ENEA ha come primo obiettivo concreto proprio lo sviluppo di un sistema termodinamico a specchi parabolici lineari di tipo ibrido, destinato a produrre vapore ad alta temperatura per integrare quello generato nell’impianto dell’ENEL di Priolo Gargallo (provincia di Siracusa), di recente riconvertito a ciclo combinato e composto da due sezioni da 375 MW ciascuna, per una potenza complessiva di 750 MW. La centrale sorge in prossimità della costa in una delle zone italiane di massima insolazione, molto vantaggiosa per un impianto solare termodinamico, su una superficie inclinata di 30° e rivolta a sud (come sarà ovviamente il caso dei collettori del progetto Archimede). L’insolazione giornaliera è superiore in media a 5 kWh/m2 contro un massimo, sempre in Sicilia, di 5,4 kWh/m2 e un valore medio per il Centro- Sud di 4, 7 kWh/m2.

Superficie estesa
Inoltre la centrale dell’ENEL ha a disposizione un’area di circa 300 ettari, un’estensione eccessiva per l’attuale ciclo combinato, quindi particolarmente adatta per ospitare l’impianto Archimede, che dovrebbe occupare 40 ettari solo per il campo solare (Tab. 1) e complessivamente circa 60. Tenuto conto delle risorse finanziarie disponibili, desta indubbiamente qualche perplessità un impegno così rilevante dell’ENEA in una tecnologia che a livello internazionale non viene di norma considerata fra le top priorities nel settore delle fonti rinnovabili. Esiste tuttavia una sufficiente esperienza pregressa a cui appoggiarsi, in particolare negli Stati Uniti, dove sono in esercizio nove impianti a collettori parabolici lineari di dimensioni significative (fra 14 e 80 MW) per un totale di 354 MW e una produzione accumulata a fine 2001 di 8.305 TWh, con il primo impianto realizzato che funziona nel California Mojave Desert dal 1984. I sistemi a specchi parabolici lineari già sperimentati hanno però finora utilizzato come fluidi termovettori oli sintetici, con cui si raggiungono temperature massime intorno a 400°C, oppure acqua in pressione, trasformata direttamente in vapore surriscaldato nei tubi ricevitori, mentre i sali inorganici fusi, che consentirebbero temperature più elevate, sono stati per il momento oggetto solo di studi e ricerche. D’altra parte, secondo le conclusioni di un rapporto, commissionato dal National Renewable Energy Laboratory del DOE alla Sargent& Lundy , che rappresenta una vera e propria due diligence sui costi e sulle prestazioni dei sistemi solari termodinamici, «aumentare la temperatura a 500 °C sembra avere un impatto minimo sul costo attualizzato dell’energia rispetto a 450 °C». Malgrado queste conclusioni siano note da qualche tempo, rispetto agli impianti a specchi parabolici lineari già in esercizio la parte innovativa del progetto Archimede è rappresentata proprio dall’utilizzo, come fluido termovettore, di sali inorganici fusi (60% NaNO3 – 40% KNO3), che consentono di raggiungere la temperatura di 550 °C. Si tratta di una scelta finora adottata soltanto in un impianto basato sulla tecnologia a torre, denominato Solar Two e localizzato nella California meridionale. L’esercizio di questo impianto ha messo in evidenza che si tratta di una soluzione che pone parecchi problemi, come riferisce un rapporto sull’argomento dei Laboratori Sandia (“R&D 100” Awards Entry Form). Questi sali solidificano infatti a 221 °C, per cui vi è il problema di mantenerli allo stato fuso dentro la tubazione che percorre gli specchi parabolici anche quando manca o è insufficiente la radiazione solare, in modo da evitare i danni derivanti dalla formazione di tappi solidi. Per questo motivo si è dovuto impiegare un sistema di riscaldamento ausiliario abbastanza complesso, basato su circuiti elettrici attaccati all’esterno delle tubazioni (una soluzione analoga è stata scelta per il progetto Archimede), che ha però provocato non pochi inconvenienti durante la fase di avvio dell’impianto Solar Two. Inoltre, secondo un rapporto del DOE del 2002, le caratteristiche di questi sali fusi possono rendere problematico il funzionamento di diversi componenti, per cui occorre preliminarmente identificare materiali per le pompe, le valvole, i contenitori delle valvole e le guarnizioni, che siano compatibili con i sali fusi. Poiché non in tutti i casi esistono in commercio soluzioni che utilizzano i materiali appropriati, negli Stati Uniti sono stati varati programmi specifici finalizzati allo sviluppo di progetti ad hoc per alcuni componenti.

Inconvenienti e ritardi
Infine l’esperienza di Solar Two è stata costellata da fuori servizio dovuti proprio alle peculiarità del fluido termovettore, quali ad esempio la rottura di un tubo ricevitore dovuta a problemi connessi con l’installazione del sistema di riscaldamento ausiliario (5 mesi di fuori servizio); la perdita da un tubo ricevitore provocata da rottura per stress corrosion (2 mesi di fuori servizio); la rottura di un tubo nell’evaporatore (8 mesi di fuori servizio). Inoltre le prestazioni del generatore di vapore sono risultate inferiori a quelle previste in sede di progetto e, malgrado interventi ad hoc, non si è mai riusciti a raggiungere le condizioni di scambio termico attese. Trattandosi di una tecnologia nuova per l’Italia, sarebbe forse stato opportuno rinunciare a una sfida aggiuntiva non esente da rischi, come quella dell’utilizzo di sali fusi. A ogni modo, nel caso si fosse fermamente convinti dei vantaggi offerti da questa soluzione, si sarebbe dovuto concentrare la massima parte delle attività sulle problematiche che essa pone (ad esempio prove di corrosione di tutti i componenti con cui i sali fusi devono venire a contatto, sperimentazione su un modello del generatore di vapore, di cui finora non si ha notizia) e in parallelo sarebbe stato saggio ricorrere per quanto possibile alle conoscenze e alle esperienze accumulate altrove, in particolare sia mediante la firma di accordi con il DOE, sia partecipando alle iniziative europee concepite per integrare e rendere sinergiche le attività condotte avanti nei diversi Paesi.

Collaborazioni mancate
Non sembra questa la via perseguita dall’ENEA per il progetto Archimede, che finora brilla per l’assenza di accordi di collaborazione con i programmi americani ed europei in materia. In particolare la Piattaforma solare di Almerìa, dove sono attivi nove Paesi fra cui Germania e Francia, ha a suo tempo sollecitato la partecipazione dell’ENEA, offrendole una posizione di rilievo, proposta rifiutata a favore di una sorta di splendido isolamento, il quale non solo va contro corrente rispetto alle tendenze a favore di collaborazioni internazionali, ma priva il progetto Archimede dei vantaggi della fertilizzazione incrociata. D’altra parte i tempi stretti previsti per la realizzazione dell’impianto ibrido di Priolo Gargallo rendono impossibile dare, mediante programmi ad hoc di ricerca e sviluppo, risposte esaurienti a diversi interrogativi tecnologici di non secondaria importanza (probabilmente mancherebbero anche le risorse finanziarie richieste). Di conseguenza, per rispettare le scadenza previste, si corre il rischio di realizzare un impianto con prestazioni inferiori a quelle di progetto, caratterizzato da troppi fuori servizio ed eccessivi interventi per manutenzioni straordinarie. Con i conseguenti extra-costi, che andrebbero ad aggiungersi alla quasi certa maggiorazione delle spese di investimento rispetto alle previsioni. Tuttavia il danno peggiore l’avrebbe proprio il progetto solare termodinamico in sé, che agli occhi dei non addetti ai lavori (fra cui in primis i decisori politici ed economici) finirebbe col risultare troppo poco affidabile per farne oggetto di futuri investimenti.


Sull’energia geotermica vale la pena leggere il seguente lavoro:

Mary H. Dickson, Mario Fanelli – Cos’è l’energia geotermica ? (gennaio 2004) 

Sull’energia solare vi è un interessante lavoro dell’ENEA:

M. Falchetta (a cura di) – Il programma ENEA sull’energia solare a concentrazione ad alta temperatura


Sul “vettore” idrogeno da ottenersi tramite energia solare vi è un articolo di Massimo Scalia:

M. Scalia – Il leone e l’acquario (2003)


Segue …

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