Risorse dagli oceani: possiamo estrarre minerali dall'acqua di mare?

Questo articolo è stato pubblicato da Ugo Bardi il 22.09.2008 su The Oil Drum: Europe

Viene riproposto su http://www.aspoitalia.it/ in una traduzione di Massimiliano Rupalti.

Nella foto: ricercatori giapponesi che sperimentano l'estrazione dell'uranio dall'acqua di mare usando una fibra assorbente intrecciata (JAEA 2006). E' questa la tecnologia di estrazione del futuro?

Dopo un paio di secoli di estrazioni, i depositi minerari migliori e più concentrati sono sul punto di scomparire. In futuro, dovremo estrarre da depositi a minor concentrazione e ciò sarà più costoso. Non è una mera questione di soldi, estrarre da depositi a minor concentrazione costa più energia e, con il rapido declino dei combustibili fossili, questo è un problema serio. La nostra società non può sopravvivere senza una fornitura di minerali a buon mercato, quindi potrebbe non essere troppo presto per cercare nuove fonti.

Se le miniere sulla terraferma si stanno gradualmente esaurendo, possono gli oceani diventare le nostre nuove miniere? Ci sono state diverse proposte per scavare sul fondo degli oceani, ma questa è solo un'estensione dell'estrazione convenzionale e, inoltre, l'impresa è risultata complessa e costosa. Il vero cambio di paradigma, invece, è quello di estrarre ioni disciolti nell'acqua di mare.

Gli oceani sono vasti e contengono immense quantità di minerali che, in linea di principio, potrebbero essere recuperati senza bisogno di scavare, spaccare, processare e tutte le altre complesse ed energivore procedure di cui abbiamo bisogno per estrarre sulla terraferma. In effetti, l'estrazione di minerali dall'acqua di mare è un concetto che riappare periodicamente in tempi di crisi energetica. Era diventata popolare con la prima crisi petrolifera degli anni 70, per scomparire poi durante la fase dei prezzi petroliferi relativamente bassi che seguirono. Oggigiorno, con la nuova crisi in corso, recuperare minerali dall'acqua di mare sta tornando ad essere attraente. Per esempio, sul web viene spesso affermato come un fatto ovvio che ogni problema di fornitura di uranio che potrebbe avvenire in futuro sarà facilmente risolta estraendo uranio dall'acqua di mare. Occasionalmente possiamo leggere che lo stesso metodo potrebbe essere usato per risolvere ogni carenza di minerali.

In ogni caso, le cose non sono così semplici e vedremo, in ciò che segue, che estrarre minerali a bassa concentrazione dal mare è un'impresa enorme, costosa e complessa. Non vedremo minerali prodotti dall'acqua di mare entrare nel mercato in tempi brevi ed il sogno di “pescare” uranio dal mare è destinato a rimanere tale: un sogno. Ma entriamo nei dettagli.

1. Minerali nell'acqua di mare

L'acqua in oceano aperto contiene sali disciolti in un range da 33 a 37 grammi per litro, che corrispondono ad una massa di circa 5E+16 tonnellate ( nella “notazione-E” E+16 significa 10 elevato alla 16). In altre parole gli oceani contengono circa 50 quadrilioni di tonnellate di materiale disciolto. E' un quantitativo enorme confrontato con la massa totale di minerali estratti oggi nel mondo, che sono misurabili nell'ordine di “soltanto” un centinaio di miliardi di tonnellate all'anno (OPOCE 2000). Comunque, la maggior parte della massa disciolta negli oceani è sotto forma di pochi ioni e questi non sono i più importanti per l'industria.

I 4 ioni metallici più concentrati , Na+, Mg+, Ca+ e K+, sono i soli commercialmente estraibili oggi, con il meno concentrato dei 4 che è il potassio (K) a 400 parti per milione (ppm). Sotto al potassio, scendiamo verso il litio, che non è mai stato estratto in quantità commerciali dall'acqua marina, con una concentrazione di 0.17 ppm. Altri ioni metallici disciolti esistono in concentrazioni minori, a volte inferiori di diversi ordini di grandezza. Nessuno è mai stato estratto per scopi commerciali.

Ma vediamo dove ci troviamo esattamente. Nella tavola sottostante ho elencato le concentrazioni in acqua di mare e la quantità totale di alcuni ioni metallici. La tabella esclude quelli che già vengono estratti commercialmente (Na, Mg, Ca e K) e quelli che esistono solo in tracce così minime che l'estrazione è semplicemente impensabile. Le quantità disponibili nell'acqua marina sono confrontate con le riserve elencate dall' United States Geological Survey (USGS). Il concetto di “riserve” potrebbe essere prudente, ma il risultato di un lavoro recente (Bardi e Pagani 2007) mostra che potrebbe essere una stima più realistica di ciò che possiamo veramente estrarre dalle miniere sulla terraferma.

Per le fonti dei dati, vedere la nota (1) alla fine del testo.

Come vediamo, ci sono enormi risorse di metalli nel mare. La problema è come estrarli. Il metodo più generale consiste nel far passare l'acqua di mare attraverso una membrana che contiene gruppi funzionali che legano alle specie di interesse. Nessuna membrana conosciuta è selettiva al 100% per una singola specie, ma è possibile creare membrane che possono trattenere un piccolo numero di specie a bassa concentrazione selezionate. Gli adsorbati possono essere estratti dalla membrana lavandoli con sostanze chimiche appropriate; un processo chiamato “eluizione”. Dopo questo stadio, gli ioni metallici possono essere separati e recuperati per precipitazione o elettrodeposizione.

In pratica, è molto difficile estrarre ioni a bassa concentrazione a costi ragionevoli. L'estrazione del litio è stata provata durante gli anni 70 (Schwochau 1984) ma i test furono abbandonati rapidamente. L'idea di estrarre uranio ha aleggiato per lungo tempo, almeno dagli anni 60 (vedere Nebbia 2007 per una panoramica). Ma solo pochi grammi sono stati estratti in Giappone nei tardi anni 90 (Seko 2003). Poi, c'è il vecchio sogno di ottenere oro dal mare. Il chimico tedesco Fritz Haber ci ha provato negli anni 20, ma l'impresa di estrarre ioni d'oro a concentrazioni di poche parti per trilione (ppt) era praticamente disperata e, infatti, il tentativo è stato un completo fallimento.

Evidentemente ci sono dei problemi seri. Ciò non è sorprendente: c'è molta acqua nell'oceano e, in confronto, quantità molto piccole di metalli utili. Quindi dobbiamo processare enormi quantità di acqua. Enormi, in questo contesto, significa realmente enormi, come potete vedere dalla tabella che segue. Considerate, come confronto, che il volume totale di acqua desalinizzata oggi è di 1,6E+10 tonnellate.

Tavola 2. Gli elementi sono ordinati come funzione della massa di acqua di mare che sarebbe necessario filtrare in modo da ottenere lo stesso quantitativo di materiali che otteniamo dall'estrazione tradizionale. Questo valore è calcolato in base all'assunto ottimistico di un'efficienza della membrana di filtraggio del 100%. Per le fonti dei dati, vedi (1) alla fine del testo.

La tavola mostra che, anche per il miglior caso elencato, il litio, per recuperare la stessa quantità che otteniamo oggi dall'estrazione convenzionale, avremmo bisogno di approntare strutture gigantesche. Avremmo bisogno di trattare almeno 10 volte più acqua di quella che viene trattata oggi negli impianti di desalinizzazione. Tutti gli altri metalli richiederebbero quantità di acqua ancora maggiori.

Muovere queste gigantesche quantità di acqua non è solo un problema pratico: richiede energia. Questo è un parametro critico specialmente se consideriamo che due elementi vengono estratti per essere usati come fonte energetica: litio ed uranio. L'uranio, sotto forma dell'isotopo 235, è il combustibile della generazione attuale degli impianti a fissione nucleare, mentre il litio, sotto forma di isotopo 6-Li, potrebbe essere la fonte di trizio da usare come combustibile per l'eventuale futura generazione di impianti a fusione nucleare. In entrambi i casi, la fattibilità dell'estrazione è determinata dall'energia necessaria, secondo il ben conosciuto concetto di EROEI, energy returned on energy invested (Hall, 2008) (Energia ricavata rispetto all'energia investita).

Nella prossima sezione vedremo in dettaglio il caso dell'uranio, forse il più importante per applicazioni pratiche e quello di cui abbiamo i migliori dati disponibili. Ci servirà come riferimento per valutare la fattibilità dell'estrazione di tutti gli altri elementi.

2. Estrazione dell'uranio dall'acqua del mare

Al momento, l'industria mineraria può fornire solo circa il 60% dell'uranio necessario per reattori attualmente operanti e che producono il 16% dell'elettricità mondiale. La differenza è integrata con riserve immagazzinate, in gran parte ottenute dallo smantellamento di vecchie testate nucleari. Aumentare la produzione minerale al livello necessario a soddisfare la domanda è un'impresa enorme e costosa, ancor di più se avvenisse insieme alla costruzione di nuovi reattori. Si dibatte sul fatto che si potrebbe sviluppare una seria mancanza di uranio nel prossimo futuro, comunque la si veda, il problema non può essere ignorato (vedi EWG 2007).

Quindi, estrarre uranio dall'acqua di mare è un tema spesso discusso e, come abbiamo visto nella sezione precedente, le quantità teoricamente disponibili negli oceani sono più che sufficienti per allontanare tutte le preoccupazioni sulla carenza per lungo tempo. Infatti, già negli anni 60, l'idea ha cominciato ad essere valutata (Nebbia 2007). Lo sviluppo di una membrana capace di recuperare uranio dall'acqua di mare (Vernon e Shah, 1983) è stato un importante passo avanti ed ha portato a test sperimentali messi in opera negli anni 90 da ricercatori della Japanese Atomic Energy Agency (JAEA). In questi test, pochi grammi di ossido di uranio sono stati effettivamente recuperati dal mare. Da una pagina web datata 1998 (JAEA 1998), vediamo che questi test furono fatti nel 1996/97 ed i risultati sono riportati nei dettagli in un articolo in inglese di Seko ed altri (Seko 2003). Alcuni risultati ottenuti utilizzando una fibra intrecciata come assorbente sono riportati in un'altra pagina web (JAEA 2006).

Comunque, la JAEA sembra aver fermato ogni attività in questo campo, almeno da quanto possiamo comprendere dal loro sito in inglese (ora vi troverete prevalentemente notizie su Fukushima, ndt). Non ci sono rapporti su ulteriori esperimenti, dimostrazioni, impianti o di test di scala pianificati. Qualcosa deve non aver funzionato, chiaramente, ma cosa esattamente? Il tema è complesso, ma possiamo provare a rispondere con il concetto di energia ottenuta dall'energia investita, EROEI.

Dalla tavola 2 vediamo che dovremmo trattare 2E+12 tonnellate di acqua ogni anno per produrre produrre abbastanza combustibile per l'attuale parco di reattori nucleari. Considerato che l'attuale produzione mondiale di energia nucleare è di circa 2.5E+3 terawatt/h all'anno (WNA 2007), arriviamo a determinare che la “densità energetica” dell'acqua di mare sfruttabile dall'attuale tecnologia nucleare è di circa 1E-1 kWh/ton (un decimo di kWh per tonnellata). Non sembra granchè ma è ancora molto più grande dell'energia cinetica della stessa massa d'acqua mossa da correnti di media forza (vedi nota 2).

Ora, per estrarre questo uranio ci sono due possibili strategie: una è quella di pompare attivamente l'acqua attraverso la membrana, l'altra è di lanciare la membrana in mare ed aspettare la migrazione degli ioni di metallo ai siti attivi. In entrambi i casi, serve energia per una serie di operazioni: pompaggio, costruzione di infrastrutture, movimento delle membrane, la loro costruzione, ecc. Non abbiamo abbastanza dati per una valutazione passo-passo dell'energia necessaria, ma possiamo azzardare un ordine di grandezza stimata confrontandola con processi noti.

Cominciamo con la prima strategia: pompare attivamente l'acqua attraverso una membrana. Il processo richiede energia principalmente a causa della viscosità dell'acqua. Questo effetto è descritto dalla legge di Darcy che afferma che l'energia richiesta è inversamente proporzionale ad un parametro chiamato “permeabilità”. Una membrana più fine ha una permeabilità minore di una membrana a maglia più grande. La permeabilità di una membrana per l'estrazione dell'uranio non è riportata negli studi che abbiamo a disposizione e probabilmente non è nemmeno conosciuta al momento. Comunque, possiamo stimare l'energia coinvolta confrontando con un processo simile conosciuto: la desalinizzazione per osmosi inversa.

Nell'osmosi inversa, l'acqua di mare è pompata attraverso una membrana che ritiene gli ioni disciolti, proprio come dovrebbe essere fatto per l'estrazione dell'uranio. L'energia richiesta per la desalinizzazione con l'osmosi inversa è sull'ordine di 2-4 kWh/tonnellata; un valore che include tutta l'energia usata nell'impianto. Per l'uranio, useremmo membrane con una permeabilità maggiore, ma l'energia necessaria non può cambiare di molto. Se prendiamo un valore di 1kWh/tonnellata come un ragionevole “ordine di grandezza” stimata, vediamo immediatamente che non si può fare. Se quello che possiamo recuperare dell'uranio contenuto in una tonnellata d'acqua è circa 1E-1 kWh, non ha senso spendere 1 kWh/tonnellata per l'estrazione, nemmeno se potessimo farlo col 100% di efficienza. Questo risultato non è nulla di nuovo e ci sono altri tipi di calcolo che portano alle stesse conclusioni (Schwochau 1984). Pompare l'acqua attraverso le membrane è così energeticamente costoso che non può essere considerata come una strategia pratica per l'estrazione dell'uranio.

Così, ci rimane la seconda strategia: lanciare le membrane in mare ed aspettare che le correnti o la diffusione portino l'uranio nei siti di assorbimento. Questo metodo evita i costi energetici del pompaggio. Però è anche un modo meno efficiente di usare la membrana. Come conseguenza abbiamo bisogno di maggiori quantità di membrane, infrastrutture più grandi ed abbiamo bisogno di spostare le membrane dentro e fuori dal mare. Tutti questi sono costi energetici. Stiamo osservando un processo complesso e largamente sconosciuto che è difficile da analizzare in tutti i dettagli. Comunque, possiamo provarci.

Innanzitutto possiamo ottenere qualche idea sulla dimensione dell'impresa. Dittmar (2007) ha già osservato che l'impresa è enorme, ma quanto spazio occuperebbero esattamente le membrane assorbenti? Abbiamo visto (vedi tabella 2) che abbiamo bisogno di trattare almeno 2E+13 tonnellate di acqua all'anno. Abbiamo anche bisogno un'acqua relativamente poco profonda, così che le infrastrutture che sostengono le membrane possano essere ancorate al fondo del mare a costi ragionevoli. Ora, considerate il Mare del Nord come un'area adatta allo scopo. E' un mare poco profondo (profondità media inferiore ai 100 mt.) e contiene circa 5E+13 tonnellate d'acqua. Ipotizzando un'efficienza di recupero del 50% (che probabilmente è ottimistica), significa che dovremmo occupare l'intero Mare del Nord con strutture d'assorbimento per ottenere uranio sufficiente solo per il 16% dell'attuale produzione mondiale di elettricità. Per alimentare il mondo intero, avremmo bisogno dell'equivalente di almeno 6 Mari del Nord (solo per l'energia elettrica, trasporti e riscaldamento non sono inclusi – ndt -)

Ma è improbabile che il Mare del Nord abbia correnti sufficientemente forti per sostenere l'estrazione dell'uranio per lungo tempo. Questo è un problema che non è stato studiato nei dettagli: dove possiamo trovare correnti abbastanza forti per muovere le enormi masse d'acqua di cui abbiamo bisogno?

La forza delle correnti è misurata a volte in “Sverdrup”, un'unità che corrisponde ad un milione di tonnellate d'acqua al secondo, o 3E+13 tonnellate all'anno, Quindi, uno Sverdrup è quasi esattamente il flusso di acqua di mare che contiene abbastanza uranio per il fabbisogno attuale degli impianti nucleari. Alcune correnti sono riportate essere molto più forti di uno Sverdrup. Per esempio, forse la corrente più forte nel mondo è la Antarctic Circumpolar Current (ACC) che muove circa 135 Sverdrup. C'è abbondanza di uranio che viene trasportato in quella zona. Ma la media della profondità dell'oceano del Sud Antartico è intorno ai 3000-4000 metri e l'area è molto ostile per le attività umane. Ancorare lì milioni di tonnellate di membrane assorbenti, unitamente alle strutture di trattamento, è semplicemente impensabile.

Forse potremmo considerare lo Stretto di Gibilterra come un ambiente più amichevole dove trovare correnti forti. Costruire dighe sullo stretto per produrre energia è stato già proposto da Hermann Sorgel negli anni 20 col suo concetto della diga “Atlantropa”. Si supponeva che la diga potesse fornire 50 GW di energia idroelettrica, leggermente di più del 10% della potenza attualmente fornita dall'industria nucleare. La diga non fu mai costruita, naturalmente: sarebbe stata un disastro per il Mar Mediterraneo.

Oggi, sembriamo essere un po' più prudenti con questi mega progetti, ma la corrente dello stretto è ancora forte e ci potremmo appropriare di una sua parte per estrarre uranio. Il fluire dell'acqua di mare attraverso lo stretto è di circa 1 Sverdrup, abbastanza per soddisfare il nostro attuale fabbisogno di uranio. Diciamo che potremmo intercettarne il 10% (ed anche così potremmo avere enormi effetti negativi sull'ambiente del Mediterraneo). In questo caso avremmo bisogno di 10 stretti di Gibilterra solo per soddisfare l'attuale fabbisogno dell'industria della fissione nucleare e qualcosa come 60 stretti equivalenti per incrementare la produzione in modo che corrisponda all'attuale domanda mondiale di energia elettrica. Abbiamo l'equivalente di 60 stretti di Gibilterra nel mondo? Non possiamo affermare con certezza che non ci siano, ma una cosa possiamo invece affermare con certezza; l'impresa sarebbe colossale, devastante per l'ambiente e costosa oltre ogni immaginazione.

Tutto questo non significa che sia impossibile estrarre uranio dall'acqua di mare in quantità confrontabili ai nostri bisogni. Ma ci dà una certa prospettiva che possiamo valutare del parametro davvero critico del processo: l'EROEI. Le enormi aree che abbiamo calcolato essere necessarie ci porta a paragonare l'estrazione dell'uranio ad un'altra attività industriale dove grandi masse di materiali sono trasportate attraverso gli oceani: la pesca d'altura.

Abbiamo qualche dato circa la spesa energetica della pesca industriale (Mitchell e Cleveland 1993) e possiamo stimare che l'industria combustibile per un'energia di circa 7 kwh per ogni chilogrammo di pesce recuperato. Un'altra stima deriva dalla conoscenza che il totale della pesca oggi è intorno alle 90 milioni di tonnellate (9E+10 kg) all'anno (FAO 2005) mentre la quantità totale di combustibile usato dalla flotta mondiale di pescherecci nel 2005 è circa 14 milioni di tonnellate di diesel (FAO 2008) (2E+11 kWh, considerando che il contenuto energetico del diesel è di 43GJ/tonnellata). Il risultato è di circa 2 kWh di energia per chilogrammo di pesce portato a terra. Sono stime rozze che tengono in considerazione solo i costi del combustibile. Però sembra il combustibile sia la principale spesa energetica implicata nella pesca d'altura. Così, se prendiamo un valore intermedio di 5 kWh/kg, non possiamo essere troppo lontani in termini di costi energetici dell'estrazione di qualcosa dal mare aperto e riportarlo indietro sulla terraferma.

Ora, se vogliamo usare membrane per l'estrazione dell'uranio, significa che dobbiamo portare le membrane in mare, sommergerle per un po', risollevarle e riportarle a terra per il trattamento e poi ancora in mare e così via. Dal saggio di Seko (2003) vediamo che abbiamo bisogno di circa 300 kg di membrane per ogni kg di uranio estratto ogni anno. Nel saggio leggiamo anche che le membrane venivano “tirate fuori dall'acqua di mare con una nave-gru ogni 20-40 giorni”. In altre parole, le membrane devono essere portate indietro agli impianti di eluizione ogni mese o qualcosa del genere. Recuperare un chilogrammo di alluminio, quindi, potrebbe richiedere il trattamento almeno di 3 tonnellate di membrane ogni anno. Per l'attuale domanda mondiale di uranio (6.5E+4 tonnellate /anno) avremmo bisogno di muovere 2E+8 tonnellate di membrane ogni anno. Questo equivale a circa 10 volte tanto il peso del totale della pesca dell'industria ittica. Un'altra indicazione della misura colossale dell'impresa.

Ma il problema vero è l'energia implicata. Usando la proporzione di 5 kWh/kg che abbiamo calcolato prima per la pesca ed presupponendo le rese e le condizioni riportate da Seko (2003) possiamo calcolare una spesa totale di energia di circa 1E+3TWh/anno per gli attuali bisogni dell'industria nucleare. Ciò è circa lo stesso del totale prodotto, circa 2,5E+3 TWh/anno. Quindi la convenienza energetica (EROEI) è troppo bassa per essere interessante.

Naturalmente c'è un alto grado di incertezza in questo calcolo. Da un lato abbiamo bisogno di considerare che è possibile aumentare l'efficienza dei processi estrattivi usando membrane intrecciate e lavorare a temperature del mare più alte (JAEA 1998, 2008). Potremmo anche costruire impianti di trattamento galleggianti in modo da ridurre i costi di trasporto. Dall'altro lato, il calcolo si riferisce solo alle spese di carburante. A queste dobbiamo aggiungere tutti i costi per le infrastrutture, per le sostanze chimiche per l'eluizione, per l'energia necessaria per recuperare specie di interesse e così via. Dobbiamo anche considerare che le membrane sono sintetizzate dal petrolio greggio. Siccome non ci sono dati disponibili su quanto a lungo possa durare una membrana, non possiamo calcolare quanto petrolio sarebbe necessario, ma sicuramente non sarebbe trascurabile (vedi nota 3 per un tentativo di calcolare questo valore).

Possiamo concludere che c'è un alto rischio che l'estrazione dell'uranio dall'acqua di mare in queste condizioni potrebbe avere un EROEI inferiore a 1. Molto probabilmente sarebbe troppo basso per essere interessante. In pratica nessuno fornirà le enormi risorse finanziarie necessarie per imbarcarsi in un'impresa tale mentre rimane l'incertezza. Inoltre, gli investitori probabilmente non appariranno quando non possono ignorare che, in qualsiasi momento, lo sviluppo di un efficiente reattore autofertilizzante renderebbe i loro enormi investimenti senza valore. Quindi, non sappiamo con certezza se l'industria nucleare dovrà affrontare una carenza di combustibile nel prossimo futuro, ma se dovesse farlo, è meglio scommettere sull'estrazione in miniera convenzionale e sullo sviluppo di reattori più efficienti. Estrarre uranio dal mare non è una soluzione pratica.

4. Il litio e gli altri

Il caso dell'uranio ci ha dato gli strumenti di cui abbiamo bisogno per la valutazione delle prospettive di estrazione di tutti gli altri elementi. Prima di tutto, dobbiamo considerare il litio, che è più abbondante dell'uranio in mare e potrebbe anch'esso essere usato come fonte energetica. L'isotopo 6-Li può essere trasformato in un isotopo di idrogeno, il trizio, che potrebbe essere il combustibile per una futura generazione di reattori a fusione.

Fasel e Tran (2005) stimano che un reattore coperto al litio-piombo raffreddato ad acqua di un GWe di potenza necessiterà di 787 tonnellate di litio all'anno. Questo reattore può produrre 12twh d'energia all'anno. Dai dati della tabella 2, vediamo che per produrre 800 tonnellate di litio abbiamo bisogno di trattare 4E+9 tonnellate di acqua di mare. In altre parole la “densità energetica” dell'acqua di mare in termini di impianti a fusione, sarebbe di circa 3KWh/tonnellata, più di un ordine di grandezza maggiore dell'uranio (1E-1 kWh/tonnellata).

Se membrane efficienti e selettive per il litio possono essere sviluppate, le energie coinvolte nell'estrazione sarebbero probabilmente le stesse che per l'uranio, ma potremmo aver bisogno di dieci volte meno acqua per la stessa quantità di litio, quindi dieci volte meno energia. L'estrazione da pompaggio forzato sarebbe ancora molto incerto in termini di EROEI, ma con le membrane sommerse l'impresa appare possibile senza distruggere il Mare del Nord o costruire dighe per l'equivalente di dozzine di stretti di Gibilterra. Però, sarebbe comunque un'impresa enorme e la sua fattibilità rimane incerta. Comunque, Fasel e Tran (2005) menzionano anche la possibilità di modi più efficienti per usare il litio nei reattori. Così, possiamo concludere che l'estrazione del litio come combustibile nucleare dall'acqua di mare non può essere provata come fattibile in termini di ritorno energetico, ma è comunque un processo che vale la pena studiare.

Il litio è anche un elemento essenziale per le nuove generazioni di batterie usate per i veicoli stradali. Tahil (2006) ha studiato la disponibilità del litio minerale se dovessimo sostituire l'attuale parco macchine con veicoli basati sulle batterie al litio. Ha concluso che andremmo incontro ad una carenza di litio. Questo non è un problema a breve termine, ma potrebbe diventare serio un giorno. Da uno sguardo alla tabella 2 vediamo che se dovessimo ottenere l'attuale produzione minerale di litio filtrando l'acqua degli oceani attraverso delle membrane, avremmo bisogno di 1,5E+3 TWh che è il 10% della produzione mondiale di energia elettrica attuale. E' una quantità molto grande, ma non inconcepibile. Usando membrane sommerse saremmo capaci di ridurre sostanzialmente quella quantità di energia, forse di un ordine di grandezza. Comunque, secondo Tahil (2006), avremmo bisogno di incrementare la produzione di litio circa di un fattore 10, se volessimo tenere il passo dell'attuale tendenza di crescita. Questo è chiaramente impossibile usando litio estratto dall'acqua di mare, almeno finché ci affidiamo alle attuali fonti energetiche. Tuttavia non è impossibile che l'acqua di mare un giorno possa diventare una significativa fonte di litio per veicoli a batteria, sempre che il litio venga riciclato ed i veicoli costruiti in modo tale da essere più leggeri ed efficienti.

Per tutti gli altri elementi elencati nella tabella 1, l'estrazione dal mare sembra essere impossibile o, almeno, estremamente difficile. Considerate il rame come esempio. La quantità totale presente negli oceani è circa 50 volte l'attuale produzione annuale (vedi tabella 2). Così, in 50 anni esauriremmo il rame dall'acqua di mare, anche se fossimo capaci di filtrare tutta l'acqua degli oceani del pianeta. Ma ciò è impensabile, naturalmente. Considerazioni simili valgono per la maggior parte dei metalli di interesse tecnologico. Il vecchio sogno di pescare oro dal mare rimane tale: un sogno.

5. Conclusione

Forse, un giorno, potremmo sviluppare futuristici impianti robotizzati ancorati al fondo del mare. Queste macchine sarebbero alimentate dall'uranio estratto dall'acqua di mare e potrebbero usare il plancton marino per produrre “tentacoli” organici per assorbire ioni minerali. Il trattamento potrebbe essere fatto sul posto e i metalli recuperati potrebbero spediti in superficie belli e impacchettati. Ma ciò sembra un sogno degli anni 50, alla stregua degli aerei atomici e dei week end sulla luna per tutta la famiglia. Con la possibile eccezione del litio, il meglio che possiamo concepire oggi è che estrarre dagli oceani potrebbe produrre realmente solo quantità “omeopatiche” di minerali, migliaia di volte inferiori delle quantità prodotte oggi. Nel sistema industriale di oggi quantità del genere sarebbero inutili. Questo risultato è vero anche per l'uranio, per cui l'estrazione dall'acqua di mare non può essere considerata come soluzione alle carenze attuali dell'uranio minerale.

Mettere insieme volumi molto grandi di risorse minerali a bassa concentrazione porta facilmente a stime ottimistiche di disponibilità “ quando il prezzo di mercato sarà giusto”. Ma questo ottimismo è mal riposto. Alla fine, è il paradigma della “macchina mineraria universale” (Bardi 2008) che domina. Non è la quantità assoluta di una risorsa minerale che conta ma, piuttosto, la sua concentrazione. Estrarre da risorse a bassa concentrazione, non importa se disciolte nell'acqua di mare o nella crosta terrestre, è così costoso in termini di energia necessaria che è oltre le nostre possibilità sia nel presente sia in un prevedibile futuro. _______________________________________________________________

Riconoscimento: vorrei ringraziare Pietro Cambi e Joe Doves per i loro commenti e consigli circa l'energia impiegata per la desalinizzazione.

- Note

(1) Fonte dei dati per le tavole: concentrazione degli elementi in acqua di mare J Floor Anthoni (2000, 2006) www.seafriends.org.nz/oceano/seawater.htm. Abbondanza oceanica calcolata presupponendo un volume totale dell'oceano di 1,3E9 chilometri cubici. Riserve minerali dall'USGS sommario dei beni minerari del 2007 (http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/mcs/) gli estratti sulle riserve di uranio sono dell'Energy Watch Group (http://www.lbst.de/publications/studies__e/2006/EWG-paper_1-06_Uranium-Resources-Nuclear-Energy_03DEC2006.pdf). Tutte le riserve sono in termini di elemento puro, tranne per alluminio, ferro, e titanio, forniti in termini di ossidi.

(2) Confronto della densità di energia dell'acqua di mare in termini di uranio fissile e come fonte di energia per turbine sottomarine. Una forte corrente marina potrebbe muoversi ad una velocità di pochi metri al secondo. Consideriamo una velocità rappresentativa di 4 metri al secondo e calcoliamo l'energia come ½ mv^2. In questo caso una tonnellata di acqua potrebbe trasportare circa 2E-3kWh, molto di meno del valore calcolato precedentemente in termini di contenuto di uranio (circa 1E-1 kWh/tonnellata). Comunque, una turbina subacquea potrebbe ben avere un miglior EROEI del complesso processo di estrazione dell'uranio dall'acqua di mare e della sua utilizzazione in un impianto a fissione.

(3) Energia necessaria per costruire le membrane per l'estrazione di uranio. Dal solo lavoro pubblicato nella letterature scientifica internazionale (Seko 2003) possiamo dedurre che abbiamo bisogno di circa 300 chilogrammi di membrana per ogni chilogrammo di uranio per anno. Tentando un'ipotesi sulla base del saggio di Vernon e Shah (1983) dovremmo presumere che le ripetute immersioni della membrana degraderebbe le sue prestazioni e genererebbe il bisogno di sostituirla approssimativamente ogni anno. Un sito russo, http://npc.sarov.ru/english/digest/132004/appendix8.html dice che la membrana può essere considerata utilizzabile 20 volte prima di essere sostituita. Se questo è il caso, può essere usata per circa un anno e mezzo. Considerando in un anno la durata della membrana, avremmo bisogno di sintetizzare circa 300 kg di fibra attiva ogni anno. Siccome il petrolio greggio ha un contenuto energetico di 12kWh/kg, potremmo usare circa 12 MWh che, usati in una turbina a gas a ciclo combinato ad alta efficienza, produrrebbero circa 6mwh di potenza elettrica. Un chilogrammo di uranio in un impianto a fissione nucleare può generare 40 MWh di potenza elettrica e, perciò, il processo potrebbe avere un ragionevole EROEI di circa 7. Comunque, notate anche che, per ottenere fibra sufficiente per fornire abbastanza uranio per la produzione del totale dell'energia elettrica oggi, avremmo bisogno di 2-3 miliardi di barili di petrolio all'anno. E' una piccola quantità confrontata all'attuale produzione (più di 30 miliardi di barili all'anno) ma non trascurabile e potrebbe diventare sempre più importante visto che il petrolio diminuisce a causa del suo progressivo esaurimento.

Riferimenti

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Dittmar M., 2007, "The Nuclear Energy Option facts and fantasies", Proceedings of the ASPO-6 conference, Cork, Ireland.
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Nebbia, G., 1970, "L'estrazione di Uranio dall'acqua di mare"
http://www.aspoitalia.net/index.php?option=com_content&task=view&id=192&Itemid=38

OPOCE (Office for official publications of the european communities) 2000. Environmental signals, http://reports.eea.europa.eu/signals-2000/en/page017.html

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Seko N., Katakai A., Hasegawa H., Tamada M., Kasai N., Takeda H., Sugo T., Saito K. 2003, "Aquaculture of Uranium in Seawater by a Fabric-Adsorbent Submerged System" Nuclear Energy
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Tamada, M.; Seko, N.; Kasai, N.; Shimizu, T., 2005
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Tahil, W, 2006, "The Trouble with Lithium Implications of Future PHEV Production for Lithium demand" http://tyler.blogware.com/lithium_shortage.pdf

Vernon, F., and Shah T., 1983, "The extraction of uranium from seawater by poly(amidoxime)/poly(hydroxamic acid) resins and fibre Reactive Polymers, Ion Exchangers, Sorbents Volume 1, Issue 4, October 1983, Pages 301-308

WNA, World Nuclear Association, 2007, http://www.world-nuclear.org/info/inf16.html.

Le quattro sorelle dell'arricchimento

Qualche giorno fa ho letto qui una stimolante, divertente e istruttiva intervista al noto fisico Luigi Sertorio sulla questione del nucleare, ritrovando sintetizzate tutte le perplessità sul piano industriale di questa tecnologia, che più volte abbiamo analizzato sulle pagine del blog, dalla disponibilità di risorse uranifere mondiali, alla dipendenza dai produttori di uranio, dal rischio di incidente nucleare ai costi ecc.

Non avevamo però finora affrontato il problema ricordato da Sertorio della dipendenza totale dalle aziende che operano nelle varie fasi di confezionamento del combustibile nucleare, in primis il processo di arricchimento dell’uranio.
Le informazioni su questo aspetto cruciale dell’avventura nucleare italiana le troviamo nel Rapporto annuale 2009 dell’Euratom Supply Agency della Commissione Europea.
Come si può vedere nella tabella allegata tratta dal rapporto citato (cliccare sopra per ingrandire), le principali aziende che operano il processo di arricchimento dell’uranio che detengono quasi il 98% del mercato sono appena quattro.

Inoltre, quelle che producono le barre di combustibile di più grande capacità sono in Francia, Germania, Federazione Russa e Stati Uniti, ma ce ne sono anche in altri paesi, spesso sotto la licenza di uno dei fornitori principali. Le informazioni fornite alle AIEA hanno consentito di identificare 40 impianti di fabbricazione del combustibile su scala commerciale, in funzione in Argentina, Belgio, Brasile, Canada, Cina, Francia, Germania, India, Giappone, Kazakistan, Corea, Pakistan, Romania, Federazione Russa, Spagna, Svezia, Regno Unito e Stati Uniti.

Eppure continuano a dire senza ritegno che il programma nucleare italiano servirebbe anche a ridurre la dipendenza energetica italiana dall’estero.

La metà dei reattori operativi nel mondo sono negli Stati Uniti, in Francia, in Giappone e in Russia, che hanno tutti aziende di arricchimento dell'uranio, tranne il Giappone. Sarà un caso che alcuni dei paesi che stanno progettando l'uscita dal nucleare, non hanno impianti di arricchimento?

La censura del Forum Nucleare

Mi avevano avvisato di non fidarmi dell'iniziativa che ha dato vita al sito "Forum Nucleare", avviata con grande dispiegamento di mezzi e di annunci per, a detta degli organizzatori, mettere a confronto posizioni diverse in merito all'ipotesi di costruzione di nuove centrali nucleari in Italia.
Ma io parto sempre da una presunzione di buona fede nei miei interlocutori, così, leggendo sul sito in questione un commento molto poco condivisibile di Chicco Testa sull'abbondanza delle risorse uranifere mondiali, ho inviato come rappresentante del Comitato Scientifico Aspoitalia, un parere contrario.

Ebbene, i nostri amici nuclearisti censurano eccome, quando le argomentazioni contro il nucleare sono solide e non sanno cosa replicare. Così non hanno pubblicato il mio commento e ho avuto un'ulteriore conferma della natura di parte dell'iniziativa.
Comunque, il nostro blog è realmente aperto alla discussione anche sulla tematica del nucleare, quindi pubblichiamo di seguito sia le argomentazioni di Chicco Testa che le mie, così potrete metterle a confronto.

CHICCO TESTA:

Diversi commenti contrari al nucleare sono motivati dalla scarsità di uranio, dalle sue eventuali oscillazioni di prezzo e dalla dipendenza dell’Italia, priva di tali giacimenti minerali, da produttori esteri. La perplessità è legittima ma infondata per diverse ragioni.

1. Il costo dell’uranio incide appena per circa il 3% sul prezzo finale dell’energia elettrica. Quindi le oscillazioni di prezzo dell’uranio hanno un’influenza marginale sul prezzo del chilowattora (a differenza di quanto accade con il gas).

2. I giacimenti economicamente interessanti di uranio sono piuttosto comuni, equamente distribuiti nel globo. L’offerta è frammentata tra numerosi produttori la maggior parte dei quali si trova in paesi con basso rischio geopolitico. I principali produttori sono: Australia (che detiene circa un terzo delle riserve mondiali), Kazakistan, Canada e Russia (che si suddividono quasi equamente l altro terzo). Il resto è distribuito tra Sudafrica, Namibia, Brasile, Niger, Usa,Cina, Giordania e Uzbekistan.

3. Le riserve di uranio sono in continuo aumento e sono arrivate a 6,3 milioni di tonnellate secondo l ultima versione (2009) del Red Book, il rapporto OCSE considerato la bibbia del combustibile nucleare. Solo con le quantità accertate e commercializzabili a prezzi di mercato, tenuto conto dei consumi attuali (68mila tonnellate anno) si coprono i prossimi 80 anni: una sicurezza di approvvigionamento superiore a quella normalmente garantita per qualsiasi altro minerale. Tuttavia le risorse mondiali di uranio sono assai maggiori. I giacimenti conosciuti ma non sfruttati perché oggi non abbastanza remunerativi aumenterebbero le scorte di ulteriori 5,5 milioni di tonnellate. Questo porterebbe la sicurezza di approvvigionamento a 160 anni, ampiamente sufficiente anche nello scenario OCSE di massimo sviluppo del nucleare civile (che prevede un abbondante raddoppio dei reattori attivientro il 2035). Oltre a ci bisogna considerare i giacimenti non convenzionali (per esempio i depositi di fosfati e fosforite) i quali – secondo il Red Book aggiungerebbero altri 22 milioni di tonnellate disponibili per lo sfruttamento, triplicando così le riserve accertate.

4. Lo scenario futuro del fabbisogno mondiale di combustibile nucleare potrebbe modificarsi in modo sostanziale nei prossimi decenni. Nel 2009 la domanda era coperta per il 76% da risorse minerarie, per il resto da uranio di riciclo (combustibile MOX da riprocessamento) o dalla dismissione degli ordigni nucleari degli arsenali sovietici e americani. In prospettiva, la diffusione di reattori autofertilizzanti e l’avanzamento delle tecnologie di riprocessamento, potrebbe portare a un minor sfruttamento delle risorse minerarie.

TERENZIO LONGOBARDI:

Al FORUM NUCLEARE

Gentile redazione,

apprezziamo il vostro tentativo di mettere a confronto varie posizioni in merito al rilancio sul territorio nazionale dell’uso dell’energia nucleare. A parere della nostra associazione si tratta di una scelta molto rischiosa sul piano industriale per vari motivi, ma il principale appare la disponibilità di uranio minerale.

A tale proposito, sul vostro Forum, in poche righe rassicuranti rispondete alla domanda: “Le scorte di uranio si esauriranno rapidamente? Inoltre, Chicco Testa ha scritto un articolo dal titolo “L’uranio ha davvero i giorni contati?” abbastanza generico e superficiale sull’argomento, per questo ritengo di dovervi inviare le seguenti sintetiche considerazioni.

Anche prendendo a riferimento i dati sulle risorse globali di uranio certificati dal NEA (Agenzia per l’Energia Nucleare), molto discutibili per le modalità di rendicontazione e verifica piuttosto approssimative (vedi articoli di Michael Dittmar in bibliografia), le prospettive di durata del combustibile fissile destinato ad alimentare le centrali attualmente attive nonchè quelle di terza generazione in costruzione e, eventualmente, in futuro quelle di quarta generazione, appaiono molto limitate.

Come dimostra il seguente grafico prodotto da EWG (Energy Watch Group), elaborato a partire proprio dai dati NEA, che prevede un “picco” della produzione seguito da un declino graduale dell’uranio, è possibile giungere alle seguenti conclusioni:

1) Attualmente, la domanda mondiale di uranio di 67.000 tonnellate all’anno, viene soddisfatta solo per 42.000 tonnellate (circa il 63%) da nuova produzione mineraria, le altre 25.000 tonnellate (circa il 37%), sono ricavate dagli stoccaggi accumulati prima del 1980 resisi disponibili in parte con il processo di disarmo nucleare. Questi stoccaggi, secondo EWG, dureranno ancora appena dieci anni. Periodo che potrà allungarsi solo di qualche anno per merito delle nuove disponibilità derivanti dallo smantellamento di ulteriori 7.500 testate nucleari previsto dal recente accordo Salt 2, firmato tra USA e Russia. Tuttavia se nel frattempo la produzione mineraria non verrà sensibilmente incrementata, ci saranno seri problemi ad alimentare per poco più di un decennio le centrali nucleari esistenti. Figurarsi quelle non ancora costruite.

2) Mettendo a confronto poi gli scenari estrattivi del NEA e quelli energetici dell’ Agenzia Energetica Internazionale, si individua un picco della produzione intorno al 2015 per le Risorse ragionevolmente accertate con costi di estrazione sotto i 40 $/kg, intorno al 2025 per quelle sotto i 130 $/kg, intorno al 2035 per l’ipotesi ultra ottimistica di Risorse ragionevolmente accertate più le Risorse stimate con basso grado di attendibilità (con costi di estrazione sotto i 130 $/kg). In questo quadro, lo scenario di espansione produttiva di energia nucleare “minimo” prospettato dall’IEA nel suo WEO 2006 interseca la curva della produzione di uranio quasi in corrispondenza del picco dell’ipotesi estrattiva più ottimistica, mai nello scenario “massimo” che corrisponde alle prospettive di crescita ipotizzate nei programmi nucleari dei vari governi. In altre parole, lo sviluppo massimo previsto della fonte nucleare sarebbe in ogni caso incompatibile con la disponibilità di uranio, la crescita minima verrebbe irrimediabilmente bloccata in prossimità del picco della risorsa e lo stesso funzionamento dei soli impianti oggi esistenti sarebbe messo in crisi ben prima della metà del secolo.

Quindi, le ipotesi di durata centennale delle risorse minerarie uranifere prospettate da NEA e riprese in Italia da ENEA, sono da ritenersi illusorie e prive di fondamento per i seguenti motivi:

1) Il metodo di calcolo semplificato adottato per definire tale ipotesi, cioè dividendo la quantità di uranio ancora complessivamente disponibile per il consumo annuo non è assolutamente affidabile perché avulso dalla reale dinamica di esaurimento delle risorse minerarie e fossili descritta dal modello di Hubbert (picco e successivo declino), oggi considerato a livello scientifico internazionale il più accreditato a descrivere tali dinamiche.
2) Anche adoperando lo stesso metodo semplificato di NEA per calcolare la durata delle risorse minerarie, si ricavano circa 80 anni. Cioè, NEA ha approssimato di ben 20 anni la durata delle risorse da essa stesse definite.
3) Il calcolo di NEA ipotizza per i prossimi anni una produzione energetica da nucleare costante pari all'attuale, senza considerare quindi le ipotesi di espansione produttiva da essa auspicate.
4) Nel calcolo eseguito da NEA per determinare la durata delle risorse di uranio vengono inserite non solo quelle ragionevolmente provate, ma anche interamente quelle che essa stessa definisce scarsamente attendibili.
5) In conclusione, anche adottando il loro modello errato di esaurimento della risorsa e correggendo i banali errori precedentemente descritti, in realtà si ottiene una durata probabile delle risorse di circa 30 - 40 anni, come si può evincere dalla seguente tabella di sintesi (in rosso l’ipotesi più probabile, in verde le ipotesi NEA).

Le conclusioni relative alla durata delle risorse di uranio mondiali precedentemente sintetizzate, non verrebbero sostanzialmente modificate qualora si assumesse interamente la potenzialità produttiva di uranio arricchito ricavabile con la tecnologia in uso di recupero spinto di uranio fissile, estraibile tramite una difficile e costosa operazione dall’uranio “impoverito” disponibile.

In ogni caso, sia che si assuma il modello di esaurimento della risorsa uranio dello studio Energy Watch Group, sia il metodo molto impreciso di calcolo NEA, e considerando il tempo di realizzazione non certo breve di un programma di costruzione di centrali nucleari, con ogni probabilità i nuovi impianti comincerebbero ad avere seri problemi di approvvigionamento dell’uranio a circa metà del loro ciclo di vita.

Ci sono infine altri due motivi che rendono sconsigliabile sul piano industriale la scelta nucleare nel nostro paese.

Gli elevati costi di produzione di questa fonte energetica hanno negli ultimi decenni scoraggiato gli investimenti industriali privati, mentre le poche centrali in corso di realizzazione vedono lievitare notevolmente i costi di costruzione rispetto ai valori preventivati. Di fatto, sul piano della convenienza economica, gli investimenti sul nucleare starebbero oggi in piedi solo grazie a generose sovvenzioni pubbliche che inevitabilmente finirebbero per pesare su finanze pubbliche sempre più esangui o sulle bollette dei consumatori, generando una pesante distorsione della libera concorrenza rispetto alle altre fonti energetiche.

La potenza delle centrali elettriche italiane esistenti, e di quelle in costruzione o già autorizzate in Italia, è abbondantemente in grado di soddisfare il fabbisogno di energia elettrica italiana per i prossimi decenni, considerando che è molto improbabile che si determini in prospettiva una decisa inversione di tendenza rispetto al forte calo dei consumi elettrici causato dalla crisi economica (- 6,8% nel 2009). Infatti, la minore disponibilità di petrolio che si verificherà nei prossimi anni a seguito del superamento del picco di produzione (di recente ammesso anche dal Pentagono e dall’Agenzia Energetica americana), determinerà di nuovo tensioni sui prezzi del barile che avranno sicuramente effetti recessivi sull’economia e conseguenze depressive sui consumi energetici. Un forte impulso all’uso delle fonti rinnovabili, accoppiato alla scelta strategica del metano come fonte di transizione, in un quadro di diversificazione degli approvvigionamenti, consentirà invece di dare risposte più adeguate a uno scenario di consumi stazionari o moderatamente in crescita.

Auspichiamo pertanto che si rifletta attentamente sui limiti oggettivi di carattere industriale che ostacolano il programma di costruzione di nuove centrali nucleari nel nostro paese, destinando invece investimenti e risorse nello sviluppo e nella ricerca sulle fonti rinnovabili, le uniche in grado di garantire un approvvigionamento energetico sicuro e per tempi indefiniti.

Approfondimenti:

The Oil Drum - The Future of Nuclear Energy: Facts and Fiction - Part III: How (un)reliable are the Red Book Uranium Resource Data? http://europe.theoildrum.com/node/5744

Marco Pagani – La curiosa storia delle riserve di uranio francesi http://ecoalfabeta.blogosfere.it/2008/06/la-curiosa-storia-delle-riserve-di-uranio-francese.html

IEA – World Energy Outlook 2006 http://www.worldenergyoutlook.org/2006.asp

Energy Watch Group – Uranium Report
http://www.energywatchgroup.org/Reports.24+M5d637b1e38d.0.html

Terenzio Longobardi – Le risorse di uranio. Cronaca di una notte di mezza estate. http://www.aspoitalia.it/archivio-articoli/259-le-risorse-di-uranio-cronaca-di-una-notte-di-mezza-estate

Michael Dittmar - The Future of Nuclear Energy: Facts and Fiction Chapter I: Nuclear Fission Energy Today
http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0908/0908.0627v1.pdf

Michael Dittmar - The Future of Nuclear Energy: Facts and Fiction Chapter III: How (un)reliable are the Red Book Uranium Resource Data?
http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0909/0909.1421v1.pdf

Non si può estrarre uranio dall'acqua di mare

Questi ricercatori Giapponesi hanno provato a estrarre uranio dal mare; ma con scarsi risultati

Esce oggi su "The Oil Drum" un mio articolo che esamina in dettaglio la possibilità di estrarre minerali dall'acqua marina. La cosa risulta molto difficile: in pratica sarà impossibile rimpiazzare le miniere convenzionali con materiali estratti dal mare.

Purtroppo, molta gente si fa illudere dai calcoli che indicano la presenza di grandi quantità di minerali presenti nella crosta terrestre o negli oceani. Ma continua a valere il principio che ho espresso con il concetto della "macchina mineraria universale" (anche quello pubblicato su The Oil Drum); ovvero non è la quantità assoluta che conta: è la concentrazione. Risorse a concentrazione molto bassa, sia nella crosta terrestre come negli oceani, richiedono per l'estrazione quantità di energia superiori a quanto ci possiamo permettere oggi e che ci potremo permettere nel futuro.

Questa conclusione è valida in particolare per l'uranio, dove l'estrazione dal mare viene spesso descritta come la panacea che risolve tutti i problemi di scarsità di uranio minerale. In realtà, anche nella migliore delle ipotesi, l'energia necessaria per estrarre uranio dal mare è all'incirca pari a quella che poi si potrà ricavare dall'uranio stesso come combustibile nucleare. Quindi, l'acqua di mare non è una sorgente di uranio utilizzabile come combustibile.

Il picco dell'Uranio francese

La storia dell'estrazione dell'Uranio francese è di considerevole interesse per tutti i "picchisti". Il grafico qui sopra mostra la produzione annua nazionale dal 1956 al 2006 (dati ONU dal 1990 al 2006, The Oil Drum per il periodo precedente). Dopo un primo picco negli anni '60 la produzione ha avuto il suo picco principale nel 1988, con una produzione annua di 3300 t. Oggi, dopo aver estratto oltre 75000 t, la produzione è inferiore alle 10 tonnellate annue. Il fit logistico con due curve descrive abbastanza bene l'andamento della produzione, cosa degna di nota se si tiene conto che si tratta di un mercato piccolo (la produzione cumulativa francese rappresenta circa il 4% di quella mondiale) e sostanzialmente monopolistico.

In questo secondo grafico è invece rappresentata l'estrazione complessiva di Uranio; i punti blu rappresentano la stima di URR (Ultimately Recoverable Resource) determinata in base i valori delle riserve pubblicate dalle autorità francesi nel corso degli anni (per i dati ho fatto riferimento a quelli indicati da Hydraulics nel suo commento a questo post di Ecoalfabeta; i valori del 1985 e 2002 sono di questa fonte, quello del 1999 di quest'altra). La stima ufficiale dell'URR è variata in modo considerevole negli anni, aumentando da 120 kt a quasi 200, per poi diminuire fino a 80, che è poco più della quantità estratta fino ad oggi. Si tratta quindi di numeri del tutto inaffidabili.
Se un picchista hubbertiano avesse invece analizzato i dati nel 1988, al momento del massimo fulgore estrattivo, avrebbe potuto prevedere il picco più o meno per quell'anno, stimando una URR di 84 kt, un valore molto, molto più realistico delle 200 kt ufficiali.
Un ringraziamento a Francesco Aliprandi per i dati sulle riserve.
Vedi anche La curiosa storia delle riserve di Uranio francese.

Anniversario di Hiroshima

Oggi, 6 Agosto, è il 62esimo anniversario del bombardamento atomico di Hiroshima. 3 giorni dopo, una seconda bomba atomica cadeva su un'altra città giapponese, Nagasaki.

In un certo senso, è un miracolo che, dopo queste due, nessun altra arma atomica sia stata usata per 62 anni. In un altro, è piuttosto inquietante (per non dire altro) pensare che secondo alcune stime il numero di bombe atomiche accumulate nei vari arsenali è oggi di circa 20.000. D'altra parte, questo numero è calato da un massimo che pare sia stato di oltre 60.000 (!!). Se la tendenza continua, possiamo sperare che il numero di bombe diminuisca ancora.

Molte delle testate nucleari russe e americane sono state smantellate per farne combustibili per le centrali nucleari, in grave carenza di uranio. E' curioso pensare che l'energia nucleare pacifica è nata come uno spin-off (che, all'epoca, si chiamava "fall-out") della tecnologia nucleare militare. Se non ci fosse stata la grande corsa agli armamenti nucleari degli anni 1940 e 1950, è probabile che le risorse necessarie per sviluppare il nucleare civile non sarebbero mai state trovate. Oggi, la fame di uranio per il nucleare civile è diventato uno dei fattori principali per la riduzione degli armamenti. E quando saranno finite le bombe, dove troveremo abbastanza uranio per le centrali?



...

Uranio per 10.000 anni?

Nell'opinione dei fautori dell'energia nucleare, è un fatto assodato che le risorse di uranio sono abbondanti. Si fa notare come, se è vero che le "riserve provate" sono molto limitate, la quantità di uranio contenuta nella crosta terrestre è immensa e potrebbe bastare per molti millenni. Certo, costerà di più estrarre uranio da minerali a bassa concentrazione, ma che importa? Tanto il costo dell'uranio è soltanto una piccola frazione del costo dell'energia elettrica prodotta dalle centrali nucleari.

Qualche anno fa, quando l'uranio costava 7 dollari la libbra, una frase che si sentiva dire comunemente a questo proposito era "anche se il costo dell'uranio raddoppiasse...." per indicare una cosa vista come quasi assurda ma, che se veramente si fosse verificata, non avrebbe avuto nessun effetto sul costo del kWh nucleare e, anzi, avrebbe aperto alla sfruttabilità nuove e vaste riserve. Certo, ora che il costo dell'uranio è aumentato di oltre un fattore 10 - siamo a circa 100 dollari la libbra - quella vecchia frase suona quantomeno un po' strana. Ma a che punto veramente il costo dell'uranio comincerà a incidere pesantemente sul costo del kWh nucleare?

Su questo punto, c'è un commento interessante di Miguel Torres su "The Oil Drum". Torres si basa sui dati IEA per calcolare l'incidenza del costo dell'uranio sul kWh prodotto dalle centrali nucleari e trova che è - oggi - intorno al 3%. Da questo deduce correttamente che le riserve attuali, calcolate in ragione di prezzi intorno ai 100 dollari/libbra, sono sufficienti per mantenere in operazione l'attuale parco di centrali per tutto il presente secolo.

Le cose cambiano radicalmente se volessimo sostituire una frazione importante dell'attuale produzione di energia primaria dai fossili al nucleare. Questo implicherebbe un aumento (come minimo) di almeno un fattore 10 del numero di centrali attuali. Non sappiamo esattamente quale andamento dei prezzi possiamo aspettarci se dovessimo andare a espandere la produzione ai livelli necessari sfruttando riserve uranifere molto diluite. Comunque, secondo Torres, se i prezzi dell'uranio dovessero salire di un altro fattore 10, ovvero andare intorno ai 1000 dollari per libbra, questo renderebbe l'energia nucleare nettamente più costosa dell'eolico e dell'ordine del costo del fotovoltaico attuale (e - sicuramente - il fotovoltaico del futuro sarà molto meno costoso di quello attuale)

Ci sono delle grandi incertezze in questo tipo di considerazioni, incluso quelle relative alle nuove tecnologie nucleari. Pertanto, la nota di Torres non può certamente essere considerata come niente di definitivo. Tuttavia possiamo dire con sicurezza che la comune credenza che il prezzo dell'uranio è ininfluente sul prezzo dell'energia nucleare è sbagliata. Se veramente si decidesse nel futuro di puntare a un'espansione della produzione di energia nucleare, l'aumento dei prezzi dell'uranio potrebbe mandare rapidamente l'energia nucleare fuori mercato.

Ancora sul picco dell'uranio

Arriva una discussione interessantissima sul "picco dell'uranio" su "The Oil Drum". La figura qui sopra aggiorna alcuni dati che erano già stati presentati sul blog ASPOItalia da Pietro Cambi.

Come vedete, siamo in presenza di un deficit di uranio minerale che continuerà almeno fino al 2020 anche nelle ipotesi più ottimistiche. E anche se si riuscira a far pari con la domanda nel 2020, questo avrà in ogni caso breve durata. Il picco è previsto verso il 2040.

Notate anche come, con tutta la buona volontà, il "reference scenario" della IEA non mostra niente che potrebbe essere considerato come un'espansione della produzione di energia nucleare a livelli tali da avere un'effetto sulla probabile futura carenza di petrolio. Come si era già detto più volte su ASPO-Italia, le risorse di uranio estraibili consentono di mantenere l'attuale parco reattori, al meglio espanderlo leggermente. Si può considerare l'energia nucleare come una risorsa utile per passare li periodo di transizione, si può pensare che il picco si possa spostare in avanti con uno sfruttamento migliore delle risorse, ma non si può pensare di sostituire il petrolio con l'uranio. (o, perlomeno, non per dare energia a tutti ai livelli attuali)

E' istruttivo anche leggere i commenti sul sito di TOD: i nuclearisti hanno reagito molto male, nel senso di scortesia e insulti, alla presentazione di questi dati. Sembra che per molti sia un articolo di fede che le risorse di uranio siano "infinite" o comunque basteranno "per millenni". Apparentemente hanno un approccio calcistico al problema energetico; tifano per l'uranio come si potrebbe tifare per una squadra di calcio. C'è chi è di fede giallorossa, c'è chi di fede semplicemente gialla (come il colore dello "yellow cake", l'ossido di uranio).



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