La produzione di idrogeno per via nucleare: proposta di un possibile scenario energetico per il settore dei trasporti

Prefazione II PREFAZIONE Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo l’individuazione e l’analisi di un possibile scenario energetico per il settore dei trasporti che sia alternativo all’attuale basato principalmente sull’utilizzo di gasolio e benzina in motori a combustione interna. L’idea di studiare una possibile sostituzione dei combustibili fossili nasce a seguito di un dettagliato esame delle proiezioni future relative ai consumi energetici per il settore dei trasporti fino al 2050, dati forniti dalla IEA (ETP, 2008), delle valutazioni di impatto ambientale fornite dall’IPCC (SRES 2000 e 2007) e sulle stime di riserve fossili messe in evidenza dal report della British Petroleum (BP Statistical Review of World Energy, 2009). Fra le possibili alternative, l’attenzione è stata diretta all’utilizzo di idrogeno per il trasporto terrestre su gomma, e alla fonte nucleare per la sua produzione. Infatti, l’energia nucleare sembra essere al momento l’unica fonte disponibile su scala industriale che possieda i requisiti necessari ai processi termochimici di produzione di idrogeno senza emissioni di gas termo-alteranti. Il processo termochimico di riferimento analizzato è stato il cosiddetto Iodio-Zolfo, proposto dalla General Atomics ed analizzato in numerosi progetti a livello internazionale (fra gli altri i progetti RAPHAEL e HYTHEC). Per fornire il calore necessario al processo I-S, l’utilizzo di reattori ad alta temperatura refrigerati a gas è una scelta sostanzialmente obbligata. Infatti, il gas He, in uscita dal reattore ha temperature tali (900÷950 °C) da permettere la catalizzazione delle reazioni chimiche considerate. Come ogni nuova tecnologia nucleare, un’analisi del ciclo del combustibile può supportarne l’applicabilità, indicando i possibili vantaggi e svantaggi in termini di risorse, facility richieste e rifiuti prodotti. Per questo motivo, un’analisi (in termini globali) del ciclo del combustibile per i reattori HTR è stata svolta anche nel presente lavoro di tesi. In particolare, sulla base anche di studi pregressi in ambito Europeo, la scelta fatta è stata lo studio del ciclo simbiotico LWR-HTR. Infatti l’accoppiamento di un reattore ad acqua leggera (impianto upper) con un reattore a gas (impianto bottomer) permette di ottimizzare il ciclo trattando contemporaneamente produzione elettrica e produzione termica in maniera “realistica” (cioè congruente con la situazione esistente). La produzione termica del reattore HTR, come risultato finale, è stata poi considerata come input per i processi industriali, come l’I-S. Sulla base di quanto sopra indicato, lo scenario studiato nel dettaglio nel presente lavoro di tesi consiste in un ciclo simbiotico EPR-PBMR. Per contestualizzare il lavoro si è scelto l’EPR (European Pressurized Reactor) come esempio di reattore ad acqua (LWR) perché attualmente è in costruzione in Europa e il Pebble Bed Modular Reactor (PBMR) perché è relativamente prossima la sua costruzione in Sud-Africa. Entrambi i reattori sono stati caratterizzati (combustibile in ingresso ed in uscita, potenza termica, fattori di carico, etc.) e studiati attraverso il codice di fuel cycle Nuclear Fuel Cycle Simulation System (NFCSS) rilasciato dalla IAEA. Il presente lavoro di tesi è stato suddiviso in due parti principali. Una prima parte (composta dai primi quattro capitoli) si riferisce ad una panoramica generale circa lo stato delle fonti energetiche e dei consumi a livello mondiale, lo stato del settore dei trasporti (con particolare attenzione ai trasporti su gomma), l’idrogeno ed i suoi