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Scenari futuri della energia nucleare Giorgio Turchetti Il costo dell’energia Reattori di IV generazione Fusione magnetica Fusione inerziale.

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Presentazione sul tema: "Scenari futuri della energia nucleare Giorgio Turchetti Il costo dell’energia Reattori di IV generazione Fusione magnetica Fusione inerziale."— Transcript della presentazione:

1 Scenari futuri della energia nucleare Giorgio Turchetti Il costo dell’energia Reattori di IV generazione Fusione magnetica Fusione inerziale

2 Scenari futuri della energia nucleare 29 JANUARY 2010 VOL 327 SCIENCE

3 Scenari futuri della energia nucleare I COSTI DELL’ENERGIA I COSTI DELL’ENERGIA

4 Scenari futuri della energia nucleare I costi dell’energia sono difficili da valutare. Accanto ai prezzi di mercato vanno considerati i costi occulti da inquinamento (CO2 o scorie nucleari) e gli incentivi sui rinnovabili (1 € = 1.4 $) $/MWh €/MWh Fossili 30 (carbone) 70 (gas) 20 – 50 senza carbon tax Idro 30 (impianti esistenti) 100 (nuovi impianti) Eolico Fotovoltaico Nucleare Stime e fotovoltaico 300 Euro Nucleare 60 Euro al 2015

5 Scenari futuri della energia nucleare 20 € centrali idroelettriche e 20 € carbone 30 € nucleare 40 € gas 50 € biogas 70 € geotermico 70 € eolico 70 € nuove centrali idroelettriche 120 € celle a combustibile 570 € fotovoltaico Costi attuali stimati da ECOAGE o Costruzione €/KWh Carburante €/GJ Costo base €/MWh Carbon Tax Carbone Gas Nucleare €/MWh Wikipedia

6 Scenari futuri della energia nucleare Energia solare Energia solare La energia del sole è perpetua ma diluita e intermittente Costante solare: energia massima per secondo e metro quadro W= 1 KW/m 2 W= 1 KW/m 2 La efficienza di conversione dei pannelli è 10%. Costante solare media : giorno/notte, stagionalità e meteo danno una costante media di 0.12 KW/m 2 ~ 12% = 12 W/m 2 ~ 12% = 12 W/m 2 W picco

7 Scenari futuri della energia nucleareNucleare Costo impianto rilevante. Costo combustibile trascurabile 0.3% anno Costo impianto rilevante. Costo combustibile trascurabile 0.3% anno Centrale a gas 10% anno. Occupazione suolo bassa. Idoneo per paesi Centrale a gas 10% anno. Occupazione suolo bassa. Idoneo per paesi ad alto sviluppo industriale, zone temperate-fredde. ad alto sviluppo industriale, zone temperate-fredde.Fotovoltaico Costo impianto altissimo 10 volte il nucleare. Costo combustibile nullo. Occupazione suolo altissima. Idoneo per piccole comunità isolate e paesi fascia tropicale. Il mito delle centrali fotovoltaiche Centrale di Rovigo: 72 MW di picco costruita da Sun Edison. Potenza media MW. Occupazione 2 Km 2. Costo 600 M€ (RAI) 250 M€ (sito IDV). Centrale da 1GW potenza media, occupazione 100 Km 2. Costo 10 (4 volte) centrale Nucleare. Occupazione suolo da ben oltre 1000 volte.

8 Scenari futuri della energia nucleare Il picco dei fossili si ritiene venga raggiunto entro i prossimi anni. Con il calo della produzione aumenterà il sosto del KWh. Si avrà una crescita delle fornti rinnovabili e del nucleare. In entrambi i casi le nuove tecnologie sono cruciali. Rinnovabili : produzione di H con batteri geneticamente modificati Nucleare : reattori di IV generazione nel e fusione tra

9 Scenari futuri della energia nucleare REATTORI DI IV GENERAZIONE REATTORI DI IV GENERAZIONE

10 Scenari futuri della energia nucleare Reattori di IV generazione Elevata efficienza energetica (ciclo U chiuso, no Pu ) Drastica dimunzione di e scorie a lunga vita. Rischio di proliferazione quasi nullo (no Pu) Aumento di sicurezza degli impianti R&D necessaria per la realizzazione sodio gas piombo

11 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri Evoluzione dei reattori nucleari dal 1960 al 2060

12 Scenari futuri della energia nucleare LA FUSIONE TERMONUCLEARE LA FUSIONE TERMONUCLEARE

13 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri La fusione nucleare La fusione nucleare E’ il processo che avviene nel sole e nelle stelle. A temperature e pressioni molto elevate due nuclei leggeri come H, D, T si fondono in nuclei più pesanti He producdndo energia. Il sole 1.4 MKm La bomba H m-Km Microesplosioni mm-m

14 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri Nel processo di fissione un nuleo pesante si scinde in due nuclei la cui somma delle masse è minore. Nella fusione due nuclei leggeri si fondono in un nucleo la cui massa è inferiore alla somma. La differenza va in energia cinetica E=  m c 2

15 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri Vantaggi fusione Risorse inesauribili (Fissione migliaia, fusione miliardi di anni) No scorie a vita lunga No emissioni CO2 No proliferazione No incidenti nucleari Combustibile dal mare Un barile (159 l) d’acqua di mare contiene 6 g di deuterio e.015 di litio equivalente a 30 barili di petrolio per deuterio e 1/6 di barile per il trizio. Dopo la fusione DT si farà quella DD.

16 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri PROBLEMI PROBLEMI Estrema difficoltà nel realizzare la fusione controllata Estrema difficoltà nel realizzare la fusione controllata Alti costi per capire la fisica e sviluppare la tecnologia Alti costi per capire la fisica e sviluppare la tecnologia Ricerca iniziata negli anni 50 non ancora conclusa Ricerca iniziata negli anni 50 non ancora conclusa Due vie possibili Due vie possibili Confinamento magnetico Confinamento inerziale

17 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri

18 Scenari futuri della energia nucleare LA FUSIONE MAGNETICA LA FUSIONE MAGNETICA

19 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri Enormi progressi sono stati realizzati. L’aumento di potenza da reazioni di fusione segue la legge di Moore (esponenziale). Esperimento al JET con trizio prossimo al break-even

20 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri La fusione richiede temperature elevate di almeno 10 KeV pari a 1.2x10 8 gradi. Le condizioni per la fusione sono fissate dal criterio di Lawson  > c  > c dove  è la densità e  il tempo di confinamento. Confinamento magnetico: densità basse, tempi lunghi (minuti) Confinamento inerziale : densità alte, tempi corti (nanosecondi) 

21 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri  JET Esperimento Europeo concluso. Il toro con raggi di 2 e 3 m ha raggiunto un guadagno Q=0.7 ITER Nuovo esperimento mondiale. Il toro di raggi 2 e 6.3 m Dovrebbe raggiungere un guadagno Q=10. DEMO Dimostratore di una centrale a fusione dopo ITER

22 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri  Avvicinamento al break even Struttura di ITER

23 Cont Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri Contribution : (50% + 8%:EU)+(10%+8%:JA)+10%x4(US,RF,KO,CN) 100%(ITER) +16%(Broader Approach) Remote Center Simulation DEMO Design IFMIF- EVEDA Arrangement between EU&JA 50%+8% 10% 10%+8% ITERContribution50%staff40% procurement40% Satellite TokamakContribution10%staff20% procurement20% EUJA

24 Scenari energetici futuri TFTRUSA JETEU83-now ITERINT IFNIFINT DEMOINT PROTO?050-? Device Paese Anno Potenza MW Guadagno Road map to the reactor

25 Scenari futuri della energia nucleare LA FUSIONE INERZIALE LA FUSIONE INERZIALE

26 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri La fusione inerziale è una microesplosione simile a quella di una bomba termonucleare o di una supernova. La quantità di combustibile è minuscola, pochi mg di DT, e quindi l’energia rilasciata può essere controllata. La energia di una bomba di decine di Mtons viene rilasciata in qualche decennio con una frequenza di 10 Hz. Nif hohlraum NIF camera interazione

27 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri Dal diesel al motore a scoppio trermonucleare Dal diesel al motore a scoppio trermonucleare Negli esperimenti in corso le reazioni di fusione avvengono per compressione. La temperatura al centro consente le prime reazioni di fusione che si propagano come nel motore diesel. La fusione veloce si basa sul deposito di energia concentrata Tramite fascetti di elettroni o protoni prodotti da impulsi laser ultracorti (decine di fs). Questi fasci sono la scintilla che accende la reazione di fusione. Elettroni veloci Impulsi Laser per la compressione Impulso laser ultracorto

28 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri I Dispositivi per la fusione inerziale sono basati su laser Ne-vetro che hanno energie di 10 KJ ma tasso di ripetizione molto basso (1 tiro ogni qualche ora). NIF ha 180 di questi lasers e deposita 1.8 MJ sul bersaglio. Entro la estate esperimenti a piena potenza da cui si attende la ignizione Si stanno sviluppando laser pompati a diodi che hanno frequenza elevata. Operativi per fusione tra 15 anni circa. Laser Ne per NIF

29 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri Roadmap per LIFE (laser inertial fusion energy) Roadmap per LIFE (laser inertial fusion energy) Esperimenti di ignizione a NIF Prototipo di LIFE Prototipo di impianto commerciale Problemi: A efficienza e rep. rate dei laser (diode pump) B estrazione energia B estrazione energia C tecnologia reattore C tecnologia reattore

30 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri Esperimenti in Europa Esperimenti in Europa LMJ Laser Megajoule esperimento militare francese, come NIF PETAL Esperimento civile francese per la fast ignition HIPER Progetto di esperimento UE per fast ignition PETAL HIPER

31 Scenari energetici futuri Energia Chimica / Energia nucleare = 1/

32 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri Italia Italia Non partecipa ai progetti generation IV per fissione Partecipa ad ITER e parteciperà ad HIPER Per la fusione magnetica ci sono due macchine toroidali a Frascati e Padova Alcuni studi di interesse per la fast ignition saranno condotti con il laser FLAME in corso di istallazione a Frascati. L’impegno del nostro paese non è comunque confrontabile con quello di Francia, Germania e UK. La ricerca in Italia è un optional.

33 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri Bologna Bologna E’ in fase di sviluppo il progetto PROMETHEUS Infrastruttura di ricerca basata su Laser di potenza 200 TW Obiettivo produrre fasci di protoni (eletttroni e X) per la biomedicina Idoneo per esperimenti sulla Fast Ignition (HIPER) Collocazione: laboratorio di Montecuccolino ove era collocato reattore RB3 di ENEA per prova Elementi combustibile

34 Scenari energetici futuri Scenari energetici futuri AD ASTRA AD ASTRA Energia abbondante e pulita è condizione per la democrazia evitando il ritorno ad antiche schiavitù. Apre anche le porte verso nuovi mondi altra condizione per il progresso dell’umanità

35 Scenari energetici futuri FINE FINE Grazie per l’attenzione Grazie per l’attenzione

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