21 Febbraio 2022

Il nucleare e le sue sorelle: comparazione LCA delle tecnologie di generazione elettrica

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Il dibattito sulla sostenibilità del nucleare che ha accompagnato la definizione della Tassonomia europea si è concentrato molto sui giudizi e poco sui numeri. È invece possibile comparare l’impatto delle diverse tecnologie di generazione elettrica in termini di emissioni dei gas serra (ma anche di danni alla salute umana, alla natura o alle risorse terrestri) applicando la metodologia Life Cycle Assessment (LCA). Secondo questa metrica, il nucleare presenta valori molto bassi rispetto alle tecnologie fossili e paragonabili a quelle rinnovabili.

Leggendo i recenti numerosi interventi che in Italia hanno contrapposto nell’ambito della tassonomia verde ambientalisti contrari al nucleare e coloro che invece la ritengono una tecnologia green, mi sono trovato di fronte a considerazioni che, in gran parte, hanno poco a che fare con i numeri, ma piuttosto con giudizi e termini di natura politica. Eppure, è da molti anni che una analisi scientifica ci permette di trarre grandezze utili per un confronto tra le tecnologie di generazione: si chiama Life Cycle Assessment (LCA).

L’emergere di una valutazione dell’impronta ambientale di un prodotto o processo ha la sua origine negli anni ‘60 nel Nord Europa, proseguì negli anni ‘70 attraverso gli studi denominati Risorse e Profili Ambientali (REPA) che divennero la base per l’approccio Life Cycle Assessment (LCA) che prese vigore dopo i disastri di Chernobyl, Bhopal e Seveso e che ha trovato, a partire dagli anni ‘90, la sua codifica nella normativa e standardizzazione ISO odierna, che coinvolge anche strumenti che ne regolano la comunicazione al pubblico (quale ad esempio l’Environmental Product Declaration).

Fonte: CIGRE BT 689-2017

Life Cycle Assessment: valutare i danni alla salute umana, agli ecosistemi e alle specie animali, alle risorse ambientali lungo l’intero ciclo di vita dell’impianto

La metodologia (semplificata nella figura seguente) consiste nella valutazione degli impatti ambientali prodotti in tutte le varie fasi del ciclo di vita: dalla produzione dei materiali, passando per costruzione, esercizio, fino alla fase di dismissione e di fine vita (riciclo, conferimento in discariche o in depositi finali dei rifiuti).

Fonte: CIGRE BT 689-2017, rielaborata dall’autore

Per i sistemi o componenti a valle della analisi d’inventario si procede alla valutazione di impatto che viene eseguita su non meno di 18 categorie una delle quali è la produzione di gas serra (CO2 ed altri). Le analisi possono poi essere sviluppate sino ad un livello intermedio (midpoint) o arrivare ad un livello finale (endpoint) che porta a individuare attraverso la contabilizzazione del consumo delle risorse e delle emissioni inquinanti i danni che, di norma, sono raccolti in tre categorie:

  1. danni alla salute umana,
  2. danni agli ecosistemi e alle specie animali
  3. danni alle risorse ambientali (aria, acqua, suolo).

I risultati di uno studio LCA sono usati per vari scopi: individuare miglioramenti della performance ambientale di prodotti o servizi, investire risorse per ridurre l’impatto ambientale e infine per comparare la performance ambientale tra prodotti o servizi equivalenti. Infine non manca un Riesame Critico (Interpretation) eseguito da un ente accreditato indipendente che ne certifica i risultati.

Ebbene è da anni che sono state elaborate valutazioni LCA sulle tecnologie di generazione elettrica. Nel caso degli impianti nucleari, le valutazioni comportano analisi d’inventario complesse che coinvolgono numerosi sistemi e componenti delle attività definite Core (Costruzione, Esercizio e Decommissioning) e si spingono ad includere l’upstream del processo di costruzione del combustibile utilizzato e la fase di downstream che riguarda il flusso dell’energia elettrica generata nelle reti di trasmissione e distribuzione. L’intero ciclo è riportato nella figura.

Soffermiamoci sul parametro principale che interessa i cambiamenti climatici: l’emissione di gas serra, espresso in CO2 equivalente per energia elettrica prodotta.

Il primo rapporto della World Nuclear Association del 2011 confronta le varie sorgenti di generazione elettrica riportando i valori presentati nella figura e nella tabella sottostanti. La variabilità delle diverse tecnologie riportata nella figura dipende dall’area geografica e dalle tipologie degli impianti considerati.

Per la tecnologia nucleare il valor medio era di 29 tonnellate CO2eq./GWh e in quanto tale confrontabile con le tecnologie di generazione elettrica da fonti rinnovabili. (I valori più alti riguardano le centrali di I e II generazione mentre i più bassi quelle di III generazione).

Dal 2011 al 2022: il nucleare mostra valori comparabili con le tecnologie di generazione elettrica da fonti rinnovabili

La figura è stata anche ripresa nel Rapporto del Joint Research Center (JRC) del 2021 che esegue la valutazione della energia nucleare ai fini del rispetto del principio Do No Significant Harm (DNSH) che  prevede che gli interventi non arrechino nessun danno significativo all’ambiente in accordo con il Regolamento Europeo 2020/852 sulla Tassonomia.

Nel periodo 2017-2021 sono proseguiti gli studi LCA che hanno compreso, oltre le varie tipologie di impianti in esercizio, anche nuovi progetti nucleari di “Terza Generazione Plus” in corso di costruzione, come gli EPR (European Pressurised water Reactor).

Il rapporto della United Nations Economic Commission For Europe (UNECE) del gennaio 2022 indica per il nucleare valori compresi tra 5,1 e 6,4 gCO2eq/kWh, sebbene si riporti anche il valere degli Small Modular Reactors: 4,6 g CO2eq/kWh.

Fonte: UNECE, LCA of Electricity generation option, gennaio 2022

Dati che vanno paragonati con quelli delle altre tecnologie, la cui variazione è funzione anche in questo caso della area geografica e della tecnologia:

  • carbone: da un massimo di 1095 gCO2eq/kWh per le più impattanti (Cina) a un minimo di 753 gCO2/kWh per le ipercritiche in USA;
  • gas naturale: dal valore massimo di 513 gCO2eq/kWh a 221 gCO2eq/kWh per cicli combinati ad alta efficienza
  • solare a concentrazione (CSP): valori compresi tra 27 e 122 gCO2eq /kWh;
  • idroelettrico: fortemente dipendenti dal sito e dalla potenza (legata alla estensione degli invasi e delle dighe relative), se superiore a 660 MW hanno un valore massimo di 147 gCO2eq/kWh se inferiori a 360 MW il valor medio è di 9 gCO2eq/kWh;
  • fotovoltaico (PV): in funzione della tipologia dei pannelli e della collocazione (su tetti o su terreno) , mostra valori compresi tra 8 e 83 gCO2eq/kWh;
  • eolico: su terra (onshore) il valore è compreso tra 7,8 e 16 gCO2eq/kwh mentre a mare (offshore) tra 12 e 23 gCO2eq/kWh.

Da osservare che per impianti eolici offshore questi studi mettono in risalto sia la necessità del riciclo a fine vita delle turbine eoliche (come evidenziato da Alberto Clò in Eolico: che fine fanno le turbine?) sia la necessità di considerare nella fase downstream gli impatti derivanti dalla magliatura di rete necessaria per la connessione tra loro dei parchi eolici marini e il loro collegamento, in molti casi con complessi sistemi in Alta tensione in Corrente Continua (HVDC) con la terraferma per evacuare l’energia elettrica prodotta (si veda l’articolo Impatto dell’eolico offshore sulle reti elettriche di Carlo Degli Esposti, Pierre Bornard e Graeme Steele pubblicato su ENERGIA 2.21). Queste valutazioni di impatto fanno salire di altri 42,9 gCO2eq/kWh il valore precedente.

Una metodologia sempre più applicata e affinata

In conclusione, la metodologia LCA continua ad applicarsi affinando i valori su scala geografica e includendo tecnologie emergenti.

Nel Rapporto LCA-EPD da poco pubblicato da EdF per la centrale di Hinckley Point C, (impianto EPR da 3200 GW installati) il valore calcolato è di 5,49 gCO2eq/kWh che, considerando anche la  fase di downstream (ovvero l’impatto sulle reti elettriche di trasmissione e distribuzione) sale a 10,91 gCO2eq/kwh.

Le analisi di inventario dei nuovi progetti nucleari sono arrivate ad includere anche i valori derivanti da Guasti o Incidenti (Accidents Incident), caratterizzati in funzione della loro severità in una scala da 1 a 7 (Chernobyl e Fukushima). Uno studio australiano pubblicato su Energies 2018 riporta per un Reattore Raffreddato a Gas ad Alta Temperatura associato ad una Turbina a Gas (GT-MHR) una stima di 9,6 gCO2eq/kWh con un valore massimo  di 30 gCO2eq/kWh (che include l’impatto degli AI). Entrambi i valori sono bassi se confrontati con quelli delle tecnologie fossili e paragonabili alle tecnologie da fonti rinnovabili.

In questa breve analisi ci siamo concentrati sul parametro che maggiormente interessa i cambiamenti climatici (gCO2eq/kwh) per confrontare le diverse tecnologie di generazione elettrica. È tuttavia utile ricordare, come mostrato in precedenza, che è scientificamente possibile utilizzare questa metodologia per valutare i danni alla salute umana, alla natura o alle risorse terrestri delle diverse tecnologie provocano. 

Nei due anni di pandemia che abbiamo vissuto dovremmo aver compreso l’importanza e le ragioni di assumere decisioni sulla base dei numeri. Non bastasse, una convincente spiegazione la fornisce Vaclav Smil (stimato accademico e ricercatore interdisciplinare, tra gli altri, in energia, ambiente e tecnologia) nel suo recente libro I numeri non mentono (Edizione Einaudi 2021).


Massimo Rebolini è Presidente di CIGRE Italia e membro onorario CIGRE Parigi


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Foto: Unsplash

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