Relazione del Prof. Vincenzo Naso all'evento Oltre il Giardino sul nucleare del 6 maggio 2011

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6. Prof. Vincenzo Naso FONTI PRIMARIE (Energia Chimica, Elettromagnetica, Meccanica, Nucleare, Termica) FONTI SECONDARIE (Energia Chimica o Nucleare) ENERGIA ELETTRICA Energia Meccanica, Termica, Elettrica per gli USI FINALI A G R I C O L I D O M E S T I C I E S E R V I Z I I N D U S T R I A L I T R A S P O R T I (Energia Elettrica, Meccanica, Termica) scarico energia inutilizzata effetto utile (f) (e) (b) (a) (d) (c) VETTORI

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8. Energie rinnovabili e non rinnovabili . Energie sostenibili. 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina Classificazione delle fonti energetiche primarie secondo il criterio della rinnovabilità

12. VELOCITA’ DI CRESCITA DEI CONSUMI 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina Consumi mondiali di energia per fonti primarie dal 1850 al 1987

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14. 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina Source Professeur Helmut Rott Universite d’ Innsbruck

15. 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina TRANSIZIONE: Che si può fare? uso delle fonti rinnovabili efficienza degli impianti trasporto sostenibile sviluppo nuove tecnologie consumo energetico

23. 2- GLI IMPIANTI ED I REATTORI NUCLEARI (ENERGIA SOSTENIBILE (?) , MA NON RINNOVABILE - Il Ciclo del combustibile e dell’impianto - I reattori ad acqua bollente (BWR) - I reattori ad acqua pressurizzata (PWR) - I reattori a gas ad alta temperatura (HTGR) - I reattori autofertilizzanti (FBR)

25. Numero annuo di avvio di costruzione di nuovi impianti

26. Nome Docente

27. Nome Docente

28. Combustibile

30. Sezione schematica dell'edificio reattore in un BWR (Soluzione Mark III della General Electric).

31. Schema di principio di un reattore PWR (Westinghouse)

32. 3. Reattori ad alta temperatura ( HTR ) e a gas ( HTGR ) I reattori ad alta temperatura (HTR, High Temperature Reactors, o HTGR, High Temperature Gas-cooled Reactors) hanno raggiunto uno stadio di sviluppo molto promettente, hanno acquisito un loro spazio commerciale, e rappresentano una delle filiere con prospettive per l'avvenire ( quarta generazione ). Essi sono caratterizzati da noccioli interamente in materiale ceramico e in genere dal gas elio come refrigerante, sia per l'ottima compatibilità chimica con i materiali strutturali, che per la buona conducibilità termica. L'assenza di assorbitori parassiti, come gli acciai, permette l'impiego di quasi ogni possibile combinazione dei tre isotopi fissili (233U, 235U, 239Pu) e dei due isotopi fertili (232Th, 238U).

33. Il nocciolo dei reattori HTR presenta diverse caratteristichefavorevoli ne ricordiamo le principali: elevata temperatura degli elementi di combustibile, che consente il raggiungimento di temperature dell'elio dell'ordine di 850÷1000 °C, con rendimenti del ciclo elevati (oltre 40 %) e una serie di interessanti prospettive; struttura di materiali ceramici, con assenza di assorbitori parassiti, che consente un'ottima economia neutronicaed il raggiungimento di «burn-up» elevatissimi; possibilità conseguente di produrre vapore secondario con elevate caratteristiche (190 atm, 540 °C); insensibilità del nocciolo ad eventuali escursioni di temperatura,grande capacità termica, assenza del pericolo di fusioni, nessun possibile cambiamento di fase del refrigerante o del moderatore, comportamento auto-stabilizzante della reattività dovuto ad un coefficiente di temperatura negativo; debole corrosione nel circuito primario; ricambio continuo del combustibile con reattore in potenza e quindi elevati fattori di utilizzazione.

34. Nome Docente

35. Nome Docente 5. Reattori veloci (FBR) 5.1. Soluzioni proposte I reattori veloci autofertilizzanti sono, come si è detto, fra i più promettenti reattori su cui si punta per una soluzione di lunghissima durata per i fabbisogni energetici. Con essi, partendo dal fertile 238U, si produce più fissile di quanto se ne consumi e si aumenta di 60  70 volte l'energia ricavabile dall'uranio. Le stime sull'energia ricavabile dall'uranio, con costi di estrazione commerciali, forniscono un valore di 5 Q per l'impiego nei reattori termici (1 Q = 0,25·1018 kcal) e di ben 350 Q per l'impiego nei reattori veloci autofertilizzanti. A prescindere dall'impiego di U molto più arricchito, una condizione critica per l'avvio industriale dei reattori veloci è la disponibilità iniziale di plutonio prodotto dai reattori termici.

36. Nome Docente Fig. 12: a) Schema del reattore veloce Superphénix, da 1200 MWe: il recipiente principale è appeso ad una struttura metallica di tipo scatolare che rappresenta il « tetto» del reattore. Esso è circondato da un secondo recipiente, detto «di sicurezza», destinato a contenere eventuali fughe di sodio, pure appeso al tetto del reattore. Al di sopra del tetto un involucro metallico (duomo), accessibile senza restrizioni in esercizio, assicura una funzione di contenimento di eventuali fughe di prodotti radioattivi. L'insieme del recipiente di sicurezza e del duomo costituisce il contenimento primario.

37. I PREGI ED I VANTAGGI DEGLI IMPIANTI NUCLEARI

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54. Schematizzazione di un SE a ciclo aperto 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina USI FINALI RIFIUTI FLUSSO DI ENERGIA Risorse energetiche Effetto Utile INTERAZIONI CON L’AMBIENTE

56. Schematizzazione di un SE a ciclo chiuso 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina USI FINALI VETTORI “ PULITI” Risorse Energetiche Rinnovabili Effetto Utile INTERAZIONI CON L’AMBIENTE Occorre tendere all'individuazione di cicli che, partendo da risorse rinnovabili, siano in grado di " chiudersi completamente ”

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62. Non rinnovabili (Combustibili fossili) Produzione di idrogeno Rinnovabili PROCESSI DI PRODUZIONE dell’IDROGENO 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina

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65. Thermal, Elettrolytic & Biologic Processes H 2 O 2 H 2 O Sun Wind Geothermal Biomass Hydro Combustion or Fuel Cells L’IDROGENO PUO’ ESSERE CONSIDERATO “PULITO” ED ECOCOMPATIBILE SOLO SE PRODOTTO CON ENERGIE RINOVABILI E A CICLO CHIUSO 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina

66. SCHEMA DEL CICLO DI PRODUZIONE E UTILIZZO DELL’ IDROGENO 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina

67. TRASPORTO e DISTRIBUZIONE di IDROGENO Il trasporto dell’idrogeno può essere considerato similare al trasporto del gas naturale (in forma gassosa), o al trasporto di oli combustibili (se in fase liquida, quindi con tutte le condizioni già viste nell’esempio del serbatoio BMW). 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina

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70. SISTEMI ENERGETICI “AD IDROGENO” Essenzialmente l’idrogeno in campo energetico può essere utilizzato o in pile a combustibile (fuel cell) per la produzione di energia elettrica o in motori a combustione interna (MCI) con produzione di energia meccanica (in ambo i casi ovviamente trasformabili in seguito in diverse forme energetiche). FUEL CELL MCI 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina

72. Combustibile Energia Elettrica Funzionamento di una cella a combustibile 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina Acqua Calore

73. Economia dell’Idrogeno Sorgenti di energia primaria: H 2 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina Produzione di idrogeno con sistemi catalitici Reforming- ossidazione parziale, etc . CO 2 E.E Gassificazione E.

74. FUTURO: IDROGENO E FUEL CELL 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina

75. APPLICAZIONI FC 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina Stazionario Trasporti Portatili

76. Combustibile Energia Elettrica 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina Acqua Calore - + - + electric motor Idrogeno Metanolo Idrogeno Serbatoio di idrogeno Auto con cella a combustibile

77. AUTO 2006 -2009 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina Clarity (430 km—160 km/h) FC 100 kW , St 350 bar Provoq (500km—145 km/h) FC 70kW + Battery St 670 bar Kluger V (560km—175 km/h) FC 90 kw + Battery ST 700 bar Class B F-Cell (400km—180 km/h) FC 100 kW St 700 bar

78. 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina Stazioni di rifornimento di Idrogeno Irvine (CA-USA) Valdaro (I) Norvegia Tokyo

79. 05/11/11 Prof. Vincenzo Naso Pagina Autostrade per Idrogeno B. C. Canada Hydrogen Highway California (USA) Giappone Norvegia