Quando una delle grandi placche tettoniche della terra si è spinta sotto un'altra al largo della costa orientale del Giappone nel marzo 2011, ha generato un violento terremoto e ha provocato uno tsunami con onde che hanno raggiunto altezze di 20 piedi o più. Questa combinazione devastante ha lasciato decine di migliaia di persone morte e ha provocato una crisi nucleare quando l'acqua di mare ha inondato il sito della centrale nucleare di Fukushima Daiichi, tagliando energia e disabilitando le attrezzature di sicurezza di riserva.
Gli equipaggi non sono stati in grado di mantenere freschi i reattori, il che ha portato alla fusione del combustibile, alle esplosioni di idrogeno e al rilascio di materiale radioattivo. Passarono più di nove mesi prima che le autorità annunciassero che i reattori erano stati portati in uno stato stabile di arresto a freddo. Le preoccupazioni per la sicurezza hanno portato anche alla chiusura di quasi tutte le altre centrali nucleari giapponesi.
L'evento di Fukushima - il peggior incidente nucleare dopo Chernobyl nel 1986 - ha gettato un'ombra sull'energia atomica e le fiorenti speranze del settore per un "rinascimento nucleare". Più di due anni dopo, il Giappone ha riavviato solo due dei 54 reattori della nazione e persistono pericoli a Fukushima mentre i lavoratori lottano per contenere le perdite radioattive delle acque reflue. Germania e Svizzera hanno deciso di eliminare gradualmente l'energia nucleare e molte altre nazioni stanno rivalutando le loro ambizioni nucleari. Nel giugno 2011, gli elettori italiani hanno respinto il programma nucleare del loro paese con un referendum.
Tuttavia, per un mondo sempre più affamato di energia, il nucleare rimane una fonte di energia incredibilmente affidabile, priva di carbonio e un modo attraente per diversificare le forniture energetiche e allontanarsi da fonti tra cui il carbone che contribuisce al cambiamento climatico. "Abbiamo bisogno di una rinascita di alcune tecnologie che possono prendere il posto del carbone", afferma Per Peterson, professore di ingegneria nucleare all'Università della California, Berkeley. Sia le centrali a carbone che quelle nucleari sono costose da costruire ma in grado di fornire energia affidabile tutto il giorno con costi di carburante relativamente bassi. "È difficile capire come si possa spostare il carbone se non si include il nucleare", afferma Peterson.
A livello globale, il futuro del nucleare risiede sempre più in Cina e in India. "Il rinascimento nucleare è attualmente in corso, ma soprattutto al di fuori degli Stati Uniti", afferma Dan Lipman, direttore esecutivo dei programmi di fornitura strategica per il Nuclear Energy Institute, un gruppo industriale. Sette dei 66 impianti attualmente in costruzione in tutto il mondo si trovano in India. E la Cina ha collegato il suo diciassettesimo reattore nucleare alla rete elettrica a febbraio.
La storia è più mista negli Stati Uniti, sebbene il paese sia leader mondiale nella produzione di elettricità nucleare. Fino a poco tempo fa, 104 reattori in 31 stati fornivano circa il 19 percento dell'elettricità della nazione. La US Energy Information Administration prevede che i nuovi reattori aggiungeranno circa 5, 5 gigawatt - paragonabili a quasi tre dighe Hoover - di capacità nucleare entro il 2025. Questa primavera, la costruzione di due nuovi reattori è iniziata per la prima volta in 30 anni.
Ma i bassi prezzi del gas naturale hanno tolto un morso ai ricavi per i proprietari di impianti. La flotta è scesa a 102 reattori questa primavera a causa di chiusure di impianti, l'esempio più recente è la stazione nucleare di Kewaunee nel Wisconsin, che ha visto i suoi profitti divorati dall'eccesso di gas naturale. L'arresto ha alimentato le previsioni secondo cui potrebbero esserci più chiusure mentre le vecchie centrali nucleari fanno fatica a competere. Duke Energy lasciò cadere i piani per due nuovi reattori nella Carolina del Nord e ritirò ufficialmente il suo reattore Crystal River - offline per due anni - in Florida dopo decenni di attività, avendo optato per lo spegnimento piuttosto che per la riparazione. Le previsioni VIA mostrano che il gas naturale e le energie rinnovabili assorbono una fetta maggiore di una torta energetica statunitense in crescita, a seconda dei prezzi e dei sussidi.
L'incidente nucleare del 1979 a Three Mile Island, nella Pennsylvania centrale, come Fukushima, arrivò in un momento simile di crescita nucleare. Al tempo del disastro di Chernobyl, tuttavia, quella crescita aveva iniziato a rallentare. Ha ristagnato non solo a causa delle maggiori preoccupazioni in termini di sicurezza, ma anche a causa di un calo dei prezzi dei combustibili fossili in combinazione con i lunghi ritardi, i budget per i voli in mongolfiera e gli elevati oneri finanziari che sono stati i segni distintivi della costruzione di nuovi impianti negli anni '80 e '90. Quindi, come ora, l'economia del nucleare si è rivelata scoraggiante.
L'interesse per il nucleare alla fine si è riacceso. Intorno al 2005, afferma Lipman, una confluenza di fattori ha dato il via alla costruzione. La crescita economica ha aumentato la domanda di elettricità e i prezzi del gas naturale storicamente instabili sono in ripresa. L'Energy Policy Act del 2005 ha fornito garanzie sui prestiti e altri incentivi per le nuove centrali nucleari e la domanda di elettricità residenziale negli stati sud-orientali - in particolare in Florida - "stava crescendo come un gangster", dice. Inoltre, per un momento, è sembrato possibile che la regolamentazione del clima potesse rendere il carbone più costoso.
Il tempismo è stato perfetto. "Una generazione più giovane [aveva] dimenticato o non vissuto attraverso Three Mile Island e Chernobyl", afferma Edwin Lyman, uno scienziato senior del Global Security Program presso la Union of Concerned Scientists di Washington, DC
Mentre alcuni americani si sono scaldati all'idea di aumentare l'energia nucleare, il pubblico rimane diviso sulla questione. Cinque mesi prima del disastro di Fukushima, il 47 percento degli americani intervistati dal Pew Research Center ha favorito un crescente utilizzo dell'energia nucleare. Immediatamente dopo la crisi, il supporto è sceso al 39 percento, ma da allora le opinioni si sono leggermente attenuate.
Un pubblico più ricettivo può aprire le porte solo finora al nucleare. "Non potevano aggirare le questioni economiche dell'energia nucleare, anche prima che accadesse Fukushima", afferma Lyman. La crisi del 2011 in Giappone "ha lanciato un'altra chiave inglese".
Il nucleare è stato talvolta promosso come un'arma importante nella lotta contro i cambiamenti climatici, ma "il livello di dispiegamento dell'energia nucleare di cui avresti bisogno nei prossimi due decenni per intaccare le emissioni del riscaldamento globale sarebbe così enorme, non è fattibile ", Dice Lyman.
E dopo Fukushima, la sicurezza è di nuovo una preoccupazione. Tra le lezioni che emergono dal disastro c'è la necessità di prepararsi a sequenze improbabili di eventi, afferma Peterson di Berkeley. Dopo l'11 settembre, la Commissione di regolamentazione nucleare, responsabile della regolamentazione dell'industria nucleare statunitense, iniziò a esaminare minacce trascurate, se non improbabili, di danni diffusi - problemi, come "cosa faremmo se i terroristi dirottassero un aereo e decidessero di pilotarlo in una centrale nucleare degli Stati Uniti ", afferma Peterson. Il NRC ha esaminato il danno che sarebbe accaduto ai sistemi di sicurezza di una pianta in un tale scenario, dice, e ora richiede che le piante acquisiscano apparecchiature di emergenza portatili come backup.
Ciò che non è stato preso in considerazione è stata la possibilità di un evento o una combinazione di pericoli naturali che hanno causato la caduta di più reattori in un impianto, ognuno dei quali ha richiesto una risposta di emergenza e gli sforzi del personale addestrato. Oltre un terzo delle centrali nucleari negli Stati Uniti ha attualmente due o più reattori. Eppure i piani di risposta alle emergenze hanno consentito un solo errore. "Negli Stati Uniti, la nostra preparazione era sempre quella che sarebbe successo a una delle unità", afferma Joe Pollock, vice presidente delle operazioni nucleari del Nuclear Energy Institute. "Dobbiamo essere in grado di gestire tutte le unità contemporaneamente in tutti i nostri piani e preparazioni".
Pollock afferma che le centrali nucleari negli Stati Uniti sono ora meglio attrezzate per le emergenze, ma i critici sostengono che le riforme non sono andate abbastanza lontano. L'Unione degli scienziati interessati ha avvertito che molti reattori negli Stati Uniti avrebbero potuto andare molto peggio di Fukushima Daiichi in caso di guasti al sistema di raffreddamento, perché le loro vasche di combustibile esaurito sono più densamente imballate e più difficili da mantenere fredde in caso di emergenza. Il gruppo sostiene che gli impianti dovrebbero essere in grado di resistere a un blackout di 24 ore senza ricorrere ad apparecchiature portatili, piuttosto che alle otto ore raccomandate, anche se non richieste, da una task force della NRC organizzata in risposta a Fukushima, e dovrebbero essere pronti a funziona per un'intera settimana senza supporto off-site, invece di soli tre giorni.
I reattori più recenti con sistemi di raffreddamento passivo, come AP1000 di Westinghouse, mostrano i passi verso una maggiore sicurezza. Invece di pompe e generatori diesel, l'AP1000 utilizza convezione naturale, gravità ed evaporazione dell'acqua per prevenire il surriscaldamento e l'accumulo di pressione senza la necessità di alimentazione fuori sede o persino di azioni dell'operatore. È progettato per resistere a 72 ore di blackout completo della stazione. Quattro reattori AP1000 sono in costruzione in Cina e due unità sono previste per la centrale nucleare VC Summer nella Carolina del Sud.
Anche in questo modello avanzato, Westinghouse è stato in grado di identificare potenziali aree di miglioramento dopo l'incidente di Fukushima. Lipman afferma che la società "è tornata indietro ed ha esaminato il progetto in modo molto significativo per vedere che tipo di modifiche dovevano essere apportate", discutendo di cambiamenti di progettazione come posizionare le batterie più in alto o installare porte stagne per resistere alle inondazioni. Tuttavia, la società ha concluso che il AP1000 potrebbe sopportare un evento simile a quello che ha paralizzato Fukushima Daiichi.
I futuri reattori nucleari potrebbero eludere alcune delle sfide in termini di costi e sicurezza associate agli attuali giganti di oltre 1.000 megawatt mediante ridimensionamento. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha un obiettivo ambizioso di vedere la tecnologia per reattori più piccoli, autonomi e per lo più costruiti in fabbrica entro il prossimo decennio. Conosciuti come piccoli reattori modulari o SMR, questi mini impianti nucleari avrebbero una potenza elettrica equivalente a meno di 300 megawatt e sarebbero abbastanza compatti da spedire su rotaia o camion. I ricercatori stanno già lavorando su dozzine di concetti diversi in tutto il mondo.
Un tipo promettente è noto come reattore ad acqua pressurizzata integrale. Chiamato mPower, questo modello della società di apparecchiature nucleari Babcock & Wilcox richiede una coppia di moduli equivalenti a 180 megawatt che possono funzionare per quattro anni senza rifornimento di carburante, il doppio rispetto ai reattori di oggi. E sono abbastanza piccoli da utilizzare potenzialmente le infrastrutture esistenti nelle vecchie centrali a carbone, aumentando la possibilità di dare nuova vita alimentata a energia nucleare alle centrali a carbone degli anni '50 dopo il pensionamento. I costi stimati per distribuire SMR vanno da $ 800 milioni a $ 2 miliardi per unità, circa un quinto del costo dei grandi reattori.
"È davvero molto più semplice progettare reattori piccoli e sicuri", afferma Peterson. Con i grandi reattori, c'è il pericolo di sviluppare "punti caldi" nel carburante. "Una volta che il carburante è danneggiato, diventa più difficile da raffreddare e quindi il danno può propagarsi", spiega Peterson. Reattori più piccoli ben progettati che possono evitare questo problema e forse persino eliminare la necessità di apparecchiature esterne e fallibili processi decisionali umani in un momento di crisi, possono essere "intrinsecamente più sicuri", dice. Tuttavia, il grado in cui i piccoli reattori modulari potrebbero migliorare la sicurezza nell'uso nel mondo reale rimane incerto.
Anche i vantaggi in termini di costi non sono garantiti. "La storia dell'energia nucleare ha spinto i reattori a diventare sempre più grandi", per sfruttare le economie di scala, afferma Lyman. "Se vuoi rendere i piccoli reattori competitivi con i grandi reattori, devi ridurre i costi operativi", afferma. "Devi ridurre i costi del lavoro in modo irresponsabile. Non è dimostrato che sia sicuro ridurre il numero di operatori [e] personale di sicurezza e mantengono ancora la sicurezza ". È possibile rendere un piccolo reattore più sicuro di un reattore più grande, aggiunge, "ma non accadrà automaticamente".
Per ogni tecnologia innovativa che potrebbe sostituire o sostituire i reattori di oggi, ci aspetta una lunga strada. "Anche le piante meglio studiate hanno molti misteri", afferma Lyman. L'impulso post-Fukushima per esaminare quelle incognite ed eliminare i rischi inutili potrebbe essere troppo breve per fornire un cambiamento duraturo. Questa volta, dice Lyman, "sarebbe bello se si verificassero cambiamenti prima degli attacchi di catastrofe ".
