Nucleare oggi e domani, mentre avanza l'Intelligenza Artificiale
di Sergio Cipri

Nubi minacciose si addensano sul tentativo di ridurre le emissioni di gas serra per contenere in 1.5 gradi l’aumento di temperatura del pianeta entro il 2030.
COP 29 si è chiusa con risultati deludenti [1]. La somma di 300 miliardi di dollari l’anno per compensare i Paesi poveri dei danni ambientali che i ricchi continueranno a produrre è stata giudicata del tutto insufficiente. La scomparsa dai documenti finali dell’impegno ad eliminare il ricorso ai combustibili fossili (per quanto realistica, come si vedrà nelle conclusioni di questo articolo) è una dichiarazione di resa.
Donald Trump, 47 esimo Presidente degli Stati Uniti, ha dichiarato [2] che abolirà immediatamente tutte le restrizioni sulla trivellazione di nuovi pozzi petroliferi nell’Artico.
Il solo annuncio della Commissione Europea circa il divieto, a partire dal 2035, di produzione di veicoli con motore a idrocarburi [3], ha innescato una crisi del mercato automotive con proteste e fortissime pressioni, sostenute anche da diversi governi nazionali, per la mitigazione della norma e l’abolizione delle sanzioni previste.
Le previsioni più ottimistiche sulle fonti di energia rinnovabili affermano che entro il 2030 queste fonti forniranno l’80% dell’incremento della domanda [4]. Incoraggiante notizia? Se siamo capaci di leggere, la notizia è che, per quella data, avremo il 20% di aumento dell’utilizzo di fonti non rinnovabili.
La domanda è: se vogliamo evitare il ricorso alla solita, comoda, relativamente poco costosa, ancora abbondante (chi ricorda le previsioni dell’esaurimento entro la fine del secolo scorso?) estrazione di petrolio, dove dobbiamo orientarci?
Il ritorno dell'atomo
Il contributo delle centrali a energia nucleare pesa per il 10% sul totale della produzione di energia elettrica nel mondo, con una estrema variabilità fra i Paesi. Nella sola Europa abbiamo la Francia, con il 72% con una chiara politica a favore, la Germania, che ha deciso di non costruire nuove centrali, programmando la chiusura delle attuali entro il 2023, decisione recentemente rimandata a seguito della attuale crisi economica, l’Italia che ha abbandonato il nucleare nel 1987 a seguito di un referendum.

Negli ultimi anni è in corso una ripresa della propensione a costruire nuove centrali. [5] L’energia nucleare, anche alla luce della necessità, ormai urgente, di limitare il riscaldamento globale, ha indubbi vantaggi. Non produce gas serra, non necessita di un sistema di approvvigionamento del combustibile complesso e costoso, utilizza una tecnologia sostanzialmente semplice: produzione di vapore acqueo ad alta temperatura, la quantità di combustibile necessaria ad alimentare una centrale per anni è irrisoria, ma ….
Due svantaggi non trascurabili
La reazione nucleare che genera il vapore utilizzato dalle turbine dei generatori elettrici sfrutta quella che si chiama fissione. Nuclei pesanti (principalmente uranio) naturalmente radioattivi, confinati in uno spazio ristretto, colpendosi reciprocamente con l’emissione di neutroni, avviano una reazione a catena che spezza i nuclei facendoli decadere in elementi più leggeri. La grandissima energia che si libera da questo processo è quella che utilizziamo per generare energia elettrica. Nel tempo il combustibile uranio si esaurisce ma rimangono come residui materiali radioattivi (alcuni, come il plutonio, per migliaia di anni) con il problema dello smaltimento in luoghi sicuri, non ancora soddisfacentemente risolto.

Il secondo svantaggio risiede nella relativa pericolosità degli impianti. Senza entrare in particolari, un malfunzionamento del sistema di controllo della reazione nucleare è un evento di estrema pericolosità. Tutti ricordiamo Chernobyl, ieri Urss oggi Ucraina, e più recentemente Fukushima, Giappone. Si aggiunga, come oggi a Zaporizhzhia, Ucraina, la più grande centrale nucleare d’Europa, il rischio di guerre, insurrezioni, azioni terroristiche.
Questo secondo non trascurabile svantaggio è in gran parte responsabile dell’ondata emotiva che ha decretato la fine del nucleare in Italia. Chi scrive fu tra quelli che votarono per il no. Sono, per studi, un fisico nucleare: la mia scelta non fu emotiva, ma giustificata da un motivo preciso. La possibilità di minimizzare le probabilità di un incidente catastrofico dipende esclusivamente da una maniacale e ossessiva attenzione alla sicurezza. Questa caratteristica, come dimostrato da disastri recenti, non fa parte del nostro DNA.
Ma nel futuro c’è il problema del trasporto su strada. Come si produce l’energia elettrica che alimenterà il trasporto del futuro? Con le fonti rinnovabili, ovviamente. Perché diversamente avremmo soltanto spostato le fonti di inquinamento. Ma le rinnovabili, per quanto in crescita, hanno limiti intrinseci (cicli stagionali, alternanza giorno/notte, variabilità dei venti) e il ricorso al fossile è ancora prevalente. Ecco perché si continua ad investire sul nucleare.
Le centrali di quarta generazione
Non esiste una definizione precisa di centrale di IV generazione. Il GIF (Generation IV International Forum) ha selezionato le sei tipologie di reattori nucleari più promettenti in base alle temperature di funzionamento e ai sistemi di refrigerazione. Lo scopo è di produrre sistemi “intrinsecamente sicuri”, con quello che può significare, ed economicamente sostenibili. La costruzione di nuove centrali nucleari di potenza superiore al Gigawatt (miliardi di Watt, in grado di alimentare una città di un milione di abitanti) è un’impresa costosa e stimata in 10-15 anni. Per questo motivo si cerca di prolungare la vita delle centrali esistenti. (Zaporizhzhia, la più grande in Europa ha una potenza di 6 Gigawatt).
In alternativa sono allo studio nuovi generatori di piccole dimensioni (SMR - Small Modular Reactor), dell’ordine di grandezza del centinaio di Megawatt, della dimensione di un container, facilmente e rapidamente installabili ovunque. L’Europa cerca di inseguire Stati Uniti e Cina con un programma che vede la partecipazione di ben 286 aziende. L’obiettivo è di avere prodotti commerciali entro il 2030. L’Italia è il secondo Paese dopo la Francia con 39 aziende partecipanti. Il primo Paese che ha un prototipo funzionante in esercizio è la Cina.
Su questa strada, a giudizio di chi scrive, si abbasserà il livello di sicurezza nella gestione, rispetto a quello imposto nelle grandi centrali. Per contro la piccola potenza e dimensioni fanno ipotizzare pericoli e danni limitati quando (non SE, ma QUANDO: prima legge di Murphy) si verificherà un incidente.
La Commissione Europea ha inserito l’energia nucleare - per quanto non realmente rinnovabile - fra le fonti in grado di ridurre il riscaldamento globale, e quindi i progetti relativi, almeno per quanto attiene alla sicurezza, sono finanziabili con fondi pubblici [6].
La fusione nucleare
Ma il sogno di riprodurre sulla Terra l’energia delle stelle, pulita e virtualmente illimitata, si chiama fusione nucleare. Tramontata l’illusione della “fusione fredda”, figlia del pensiero magico, la ricerca prosegue nel tentativo di riprodurre le altissime temperature (intorno ai 100-150 milioni di gradi) necessarie per il fenomeno opposto alla fissione. In quella fornace la materia è allo stato di plasma e nuclei leggeri (idrogeno) fondono in nuclei più pesanti (elio). L’energia generata è quella che vediamo ad occhio nudo guardando il Sole. Il problema più complesso è quello del confinamento del combustibile, che non può toccare le pareti del contenitore che, a quella temperatura, sarebbero immediatamente vaporizzate.

Il primo esperimento che ha prodotto una briciola di energia da fusione in più rispetto a quella utilizzata per accenderla risale al 2022 ed ha utilizzato 192 fasci laser che vengono concentrati su di una capsula contenente deuterio e trizio (isotopi dell’idrogeno). L’energia generata dai laser serve per riscaldare la capsula, farla implodere e ottenere lo stato di plasma caldo. Il plasma ad altissime temperature favorisce il processo di fusione nucleare di deuterio e trizio, generando come prodotti di reazione un nucleo di elio, un neutrone e una grande quantità di energia. L’esperimento ha avuto soprattutto uno scopo dimostrativo: quella tecnologia non sembra utilizzabile industrialmente.
Il progetto più promettente oggi si chiama ITER [7] e utilizza, per il contenimento del plasma, campi elettromagnetici di elevata intensità generati da magneti superconduttori, un comportamento che si manifesta a bassissime temperature. Un vero paradosso tecnologico: temperature vicine allo zero assoluto (-273 gradi Celsius) per isolare un piccolo forno che, per accendersi, deve raggiungere la temperatura delle stelle. La costruzione è in corso a Cadarache, nel Sud della Francia, ad opera di un consorzio internazionale composto da Unione Europea, Russia, Cina, Giappone, Stati Uniti d'America, India, Corea del Sud. La previsione per un prototipo sperimentale funzionante è intorno al 2035.
Questa data, a sensazione di chi scrive, è del tutto ipotetica per due ragioni: 1) quasi mai progetti complessi, anche utilizzando tecnologie mature, rispettano i tempi previsti (lo stesso progetto ha subito un significativo ritardo in seguito un grave incidente). 2) con il progetto ITER ci stiamo addentrando in terra incognita: abbiamo innescato un processo di fusione nucleare per qualche microsecondo. La fusione come fonte alternativa, capace di funzionare in modo costante e controllato per anni, deve risolvere problemi ingegneristici formidabili. Non sappiamo, ad esempio, quali comportamenti avranno nel tempo strutture sottoposte a campi magnetici mai sperimentati.
Fortunatamente, a differenza dei reattori a fissione, dove un incidente grave può innescare una reazione incontrollata e catastrofica, il reattore a fusione, per qualsiasi anomalia, semplicemente si spegne, magari con la distruzione del sistema di contenimento, ma si spegne.
Energia e intelligenza artificiale
L’intelligenza artificiale sta letteralmente cambiando il nostro mondo, generando attese e timori, promettendo meraviglie e facendo intravedere una realtà, in rapido avvicinamento, che solo i romanzi di fantascienza avevano avuto la fantasia di prevedere.
Il fenomeno che è ancora poco conosciuto al grande pubblico è la quantità di energia necessaria, e in rapida crescita, per alimentare i data center che immagazzinano e aggiornano il cibo di cui la IA si nutre.
I giganti tecnologici [8] come Google, Amazon e Microsoft stanno investendo nei reattori modulari di piccola scala (SMR) per alimentare i loro data center. Questi reattori, che, come sai è detto, rappresentano una tecnologia nucleare avanzata, offrono una potenza fino a 300 MW e promettono maggiore sicurezza, grazie a tecnologie di raffreddamento migliorate e una minore impronta territoriale in caso di incidenti.
Google ha avviato una collaborazione con Kairos Power per sviluppare impianti nucleari entro il 2035. Amazon ha stretto accordi con Energy Northwest per generare fino a 1 GW e con X-energy per arrivare a 5 GW, mentre Microsoft si è alleata con Constellation Energy per riattivare un reattore della centrale di Three Mile Island, Pennsylvania, dove il 28 marzo del 1979 avvenne il più grande disastro nucleare negli Stati Uniti. Questi investimenti rispondono alla crescente necessità di energia stabile per supportare l’intelligenza artificiale, un settore ad altissimo consumo energetico.

Gli SMR offrono vantaggi come tempi di costruzione ridotti, modularità, sistemi di raffreddamento più affidabili e una ridotta possibilità di uso bellico del combustibile nucleare. Tuttavia, presentano sfide significative, tra cui complessità progettuale e un’esperienza limitata nelle applicazioni pratiche. Inoltre, sebbene il nucleare sia a basse emissioni rispetto ai combustibili fossili, non è completamente “carbon free”: le emissioni legate alla costruzione degli impianti e allo smaltimento dei residui, per quanto molto inferiori a quelle di combustibili fossili, sono superiori a quelle di fonti come solare ed eolico.
La crescente domanda di energia da parte dei data center è un motore chiave per l’interesse delle Big Tech verso il nucleare. Nel 2030, si prevede che i data center rappresenteranno il 9% del consumo totale di energia negli Stati Uniti, rendendo cruciale una fornitura stabile e continua, che le fonti rinnovabili spesso non possono garantire.
Il connubio tra intelligenza artificiale e nucleare è visto come strategico, con i data center collocati vicino alle centrali per evitare interruzioni e ridurre i costi. Tuttavia, la velocità con cui le Big Tech stanno investendo nel nucleare potrebbe sacrificare la sicurezza a favore dell’innovazione. Infine, mentre il nucleare torna al centro dell’attenzione nei paesi occidentali grazie agli investimenti privati, in Italia il settore rimane assente.
Conclusioni
Le previsioni demoscopiche dicono che entro il 2050 la Terra raggiungerà i 10 miliardi di abitanti. L’età media si alzerà, grazie alle migliorate condizioni di vita. Questo significa un aumento più che lineare (non scomodiamo impropriamente l’abusato termine esponenziale) del fabbisogno mondiale di energia. Recentemente, con lo sviluppo rapido dell’IA, un nuovo vorace commensale si è aggiunto alla tavola. L’unico vero intervento contro il cambiamento climatico sarebbe una drastica diminuzione del fabbisogno di energia: solo una spietata dittatura mondiale, magari guidata dall’IA, potrebbe ottenere, a prezzo di una drastica diminuzione della popolazione, questo risultato, Ma per ora è solo fantascienza.
Avremo pertanto bisogno di tutte le sorgenti disponibili di energia per soddisfare questo fabbisogno. Il ricorso al fossile diminuirà in percentuale, ma aumenterà in termini assoluti. Crescerà il peso delle rinnovabili, anche loro non del tutto immuni da critiche e resistenze (si veda ad esempio l’ostilità degli ambientalisti alle pale eoliche in Sardegna, per motivi puramente estetici). Il nucleare di IV generazione, pesantemente osteggiato dagli ambientalisti, dopo un lungo periodo di stop alla costruzione di nuove centrali, è in pieno recupero con grandi aspettative sui sistemi SMR. La soluzione “definitiva” è la fusione nucleare.
Prima che la previsione ottimistica di un prototipo si avveri, che si possa avviare una produzione di massa di impianti a fusione, prima che la produzione possa incidere significativamente sul mix delle fonti di energia ….. come dice il mio amico Abdou, Touareg che sopravvive in Niger con due euro al giorno: Inchallah!
Note
[5] Contributo molto dettagliato ma da aggiornare (2018) per tenere conto della politica tedesca - https://it.wikipedia.org/wiki/Energia_nucleare
[6] https://www.europarl.europa.eu/factsheets/it/sheet/62/energia-nucleare#:~:text=Nel giugno 2021 è entrato,per il periodo 2021-2027.
[8] La pagina che state leggendo è un riassunto di questo testo, molto più ampio e dettagliato - https://www.agendadigitale.eu/mercati-digitali/la-corsa-al-nucleare-delle-big-tech-alleanze-strategiche-per-lia/ - ho chiesto aiuto a ChatGpt che in pochi secondi, ha prodotto il risultato. Ho quindi contribuito anche io, anche se per un epsilon piccolo a piacere, al contributo dell’IA al consumo di energia
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