Scherzosamente lo chiamo il “torio maremmano” sia per l’assonanza con il nome del maschio del comune bovino, sia perché sembra che sia diffuso in Maremma, nota tra l’altro per i butteri e gli armenti.
In realtà il “torio” è un elemento chimico, che può venire utilizzato come combustibile nucleare al posto dell’uranio (per questo ne trattiamo nell’articolo), scoperto nel 1828 dal chimico Jöns Jacob Berzelius in un campione di un minerale datogìi ad esaminare – quando si dice la Provvidenza! – dal reverendo Morten Thrane Esmark, che sospettava contenesse una sostanza sino ad allora sconosciuta.
II minerale di Esmark è ora classificato come torite (ThSiO4). Il suo nome deriva da Thor, il dio scandinavo della guerra.
Il torio, è un elemento che si trova in natura con un’abbondanza relativa simile a quella del piombo. Si trova, sia pure in piccole quantità, nella maggior parte delle rocce e dei terreni. Il granito contiene fino a 80 ppm (parti per milione) di torio. L’ossido di torio è altamente insolubile e questo ha come conseguenza che non si disperde nell’ambiente.
Il torio è presente in natura in minerali quali la torite, l’uranotorite, la torianite; è uno dei componenti principati della monazite, minerale che si trova in Italia nell’arco subabalpino, ed è presente in quantità significative nei minerali zircone, titanite, gadolinite e betafite. La produzione mondiale di torio supera le 30.000 tonnellate all’anno.
È una convinzione diffusa, avallata da studi che non valutano la consistenza effettiva delle riverse, ma esprimono giudizi qualitativi di primo approccio. Uno studio più approfondito esiste in relazione al sito di Piona sul Lago di Como, dove si trova della monazite particolarmente interessante per il suo contenuto in torio. Lo studio, pubblicato nel 1978 su “American Mineralogist”, volume 63, a firma di Carlo Maria Gramaccioli dell’Università di Milano e di Tom Victor Segalstad dell’Università di Oslo, è stato condotto dal punto di vista della mineralogia, senza finalità alcuna in relazione a possibili utilizzi del filone di materiale per produrre combustibile nucleare, quindi senza una valutazione delle potenzialità delle riserva a tali scopi.
Nonostante questa lacuna di fondo, la convinzione generale è che in Italia si abbia una notevole disponibilità di torio, in particolare in siti vulcanici quali l’Etna, le Isole Eolie ed altri siti vulcanici, che caratterizzano la Penisola. In particolare le attese si accentrano sulle zone vulcaniche dell’Alto Lazio, sulle cui potenzialità convergono molti autori. Queste valutazioni preliminari in genere fanno riferimento alla radioattività di fondo, da cui si deduce la consistenza della presenza di torio nel suolo. Mancano, o almeno non sono a nostra conoscenza, elementi quantitativi finalizzati all’utilizzo per fini energetici. Un dato che riportiamo, senza particolare significato, è quello di una valutazione a livello planetario che prendeva in considerazione aree in cui la concentrazione di torio si riteneva superiore ai 13 milligrammi al chilo. Tra queste, in riferimento all’Italia, le “province alcaline” dell’Alto Lazio, la Sicilia, le Eolie ed altri siti vulcanici.
Se queste valutazioni trovassero riscontro in campagna mineralogiche finalizzate, il futuro energetico del nostro Paese potrebbe divenire meno fosco, addirittura roseo nell’ipotesi di una ripartenza e di un rilancio del nucleare con tecnologie innovative e avanzate. Non è necessario alcun commento per comprendere l’importanza di potere in questo scenario disporre di un combustibile nucleare che non debba venire acquistato all’Estero.
Il torio non è un elemento fissile (bombardato non si spacca) ma è un elemento fertile (bombardato trasmuta in uranio “233”, che invece è fissile e può quindi venire usato come combustile nucleare).
Il passaggio da torio “232” ad uranio “233” non è diretto, ma i brevi tempi di decadenza dei prodotti intermedi rendono insignificante la questione. Se irradiato, il Th232 assorbe un neutrone e si trasforma in Th233, la cui vita media è di soli 22 minuti. Il prodotto di decadimento è il protattinio 233, che è un emettitore beta con vita media di 27 giorni. Il prodotto finale della catena di decadimento è l’U233 che a tal punto può essere separato ed utilizzato come combustibile nucleare alla stregua dell’isotopo U235, attualmente impiegato con arricchimento massimo di poco superiore al 3% nei reattori commerciali ad acqua leggera, nella percentuale naturale (con cui si trova mediamente in natura) dello 0,7%, nei reattori ad acqua pesante.
La tecnologia di utilizzo del torio che è stata a lungo oggetto di sperimentazioni in relazione a diverse tipologie di filiere e con diversa composizione del combustibile, comprese miscele di plutonio e torio nella prospettiva di trovare una soluzione allo smaltimento delle crescenti quantità di plutonio accumulatesi a seguito dei periodici riconfezionamenti delle testate nucleare, necessari per evitare il rischio di detonazione nucleare spontanea dovuta alla trasmigrazione del plutonio dall’isotopo 239, a bassa attività e per questo adatto a scopi militari, all’isotopo 241, ad elevata attività, la cui presenza in ordigni nucleari non è tollerata oltre un certo limite percentuale, raggiunto il quale si innesca una detonazione nucleare spontanea. La bomba scoppierebbe letteralmente in mano a chi l’ha confezionata.
L’argomento “torio” è trattato in due specifiche pubblicazioni edite dall’International Atomic Energy Agency (IAEA-TECDOC-1450 del maggio 2005; “Thorium fuel cycle. Potential benefits and challenges”) e (IAEA-TECDOC-412 del marzo 1987; “Thorium-based nuclear fuel: current status e perspectives”). Inoltre, a causa dell’elevata “sezione d’urto”, la trasmutazione del torio in uranio 233 avviene con grande efficienza in “reattori termici”, del tipo attualmente in uso, senza che sia necessario utilizzare reattori a neutroni veloci, come nel caso del ciclo uranio 238 - plutonio. Rimandiamo, al riguardo, allo studio “Thorium cycle in unmodified PWRs” di G.Gambier ed H. Schaeffer; Direction de études e recherches de Electricité de France. Clamart - France.
Il potere utilizzare il torio per alimentare i reattori attualmente in esercizio è un vantaggio non da poco perché la transizione dalla tecnologia dell’uranio a quella del torio potrebbe avvenire per compenetrazione e senza gradini tecnologici, con tecnologie provate in pieno possesso della nostra industria, ad esempio Ansaldo, e dei nostri tecnici, ad esempio Sogin, che continuano a lavorare nel settore, sia pure per committenti esteri.
In Italia, proprio per la non quantificata, ma generalizzata, convinzione di grandi disponibilità indigene di torio, vi è stato in passato un interesse di studio e di ricerca applicata. A partire dal 1960 il Laboratorio di Trisaia in provincia di Matera, le cui specifiche attività nel settore sono state definitivamente sospese nel 1978, ha condotto studi d’avanguardia su un impianto pilota ed ha chiuso il ciclo del combustibile. Oggi Trisaia si occupa di solare fotovoltaico.
L’impennata del prezzo degli idrocarburi (petrolio e gas), di nuovo in salita dopo il crollo a seguito dell’esplodere della crisi economica, e la probabile conseguente lievitazione di prezzo dei combustibili ad essi alternativi più diffusamente utilizzati (carbone ed uranio) ha rilanciato l’interesse per la tecnologia del torio che, grazie proprio alla sua diffusione in natura e la relativa facilità di chiudere il ciclo di fertilizzazione e riprocessamento, può venire considerata, per la diffusione dell’elemento in natura, una fonte di energia “inesauribile” dal punto di vista della dimensione temporale umana.
L’India, che ha consistenti riserve accertate di torio, è all’avanguardia in questa tecnologia. Grande interesse, anche con autorevoli interventi sulla stampa d’opinione, in Australia, che ha le riserve di torio valutate come le più consistenti al mondo, superiori a quelle della stessa India.
Ed ancora una volta per l’Italia, per la ricerca di base ed applicata italiana, per l’industria nazionale si presenta l’ennesima occasione per essere all’avanguardia, che non deve essere, come troppo spesso è avvenuto, sprecata. Diviene pertanto impellente valutare al più presto, con una finalizzata campagna di introspezione mineraria, la consistenza reale ed effettiva delle riserve nazionali di torio impiegabili a fine di elettrogenerazione, di conserva rimettere in funzione l’impianto pilota di Trisaia ed, eventualmente, avviare un reattore commerciale alimentato con combustibile ottenuto con il ciclo del torio. Si potrebbe pensare al riguardo di riavviare con queste finalità gli impianti dismessi di Caorso e di Trino Vercellese, che potrebbero venire ottimizzati per fungere da impianti commerciali sperimentali, su cui eventualmente sviluppare una filiera nazionale od una filiera sviluppata insieme ad altre nazioni interessate, espressamente progettata per funzionare al meglio sul ciclo del torio.
L’uranio, benché oggi sia il combustibile nucleare più diffuso, addirittura quasi esclusivo nelle applicazioni civili industriali, non è per nostra fortuna, in quanto così siamo al riparo dalle impennate del mercato, l’unica via per ottenere energia dall’atomo.
La fissione nucleare (rottura, spaccatura) dell’atomo di un qualunque elemento fissile (che con “bombardamento “ neutronico può essere spaccato in due o più pezzi), se nella tavola degli elementi occupa una casella superiore a quella del ferro, avviene con liberazione di energia; al contrario, nel caso di fusione nucleare di atomi, si libera energia se l’elemento occupa nella tavola degli elementi una casella al di sotto di quello del ferro. Il fenomeno, sia in caso di fissione che in caso di fusione, si amplifica con la lontananza dall’elemento ferro, che funge da separazione tra le due classi. Per questo nella fissione si impiegano gli elementi fissili più pesanti, mentre nella fusione si utilizzano gli isotopi dell’elemento più leggero, l’idrogeno.
L’importante per realizzare una macchina efficiente (reattore nucleare) è il potere disporre di un elemento fissile, quale l’uranio, collocato il più possibile nella parte alta della tavola degli elementi, sia esso esistente in natura che, o, come invece il plutonio, creato dall’uomo.
Molteplici sono state le cause che hanno spinto in maniera quasi esclusiva a privilegiare la tecnologia dell’uranio e, non da ultime, le implicazioni militari di tale tecnologia. Il plutonio, un elemento che non esiste in natura (sarebbe più esatto dire non esiste più, in quanto scomparso perché trasmutato per decadimento radioattivo nel corso delle ere geologiche) ma usato come “esplosivo” nucleare per eccellenza, viene appunto prodotto irradiando l’isotopo “238” dell’uranio, che non è fissile (non si spacca sotto bombardamento neutronico) ma fertile (ingloba una particella, porta il suo numero atomico da “238” a “239”, diviene un altro elemento, il plutonio).
Ora qualcosa si sta muovendo e l’interesse comincia a spostarsi verso, il torio, la cui disponibilità in natura – come abbiamo già detto – è notevole, simile a quella del piombo. Il torio – lo ribadiamo, richiamando a quanto detto sopra – non è un elemento fissile (bombardato non si spacca) ma è un elemento fertile (bombardato trasmuta in uranio “233”, che è fissile e può quindi venire usato come combustile nucleare). Il passaggio da torio “232” ad uranio “233” non è diretto, ma i brevi tempi di decadenza dei prodotti intermedi rendono insignificante la questione.
Il ciclo del combustibile torio-uranio “233” è apparentemente più complesso di quello commerciale attuale che impiega l’isotopo 235, il quale però richiede, qualora utilizzato come uranio “naturale” la produzione di acqua pesante (acqua la cui molecola è composta da un atomo di ossigeno e da due di deuterio, isotopo pesante dell’idrogeno che compone l’acqua normale), che è un processo costoso in quanto basato su processi di distillazione frazionata di prodotti idrogenati, ad esempio l’acqua naturale demineralizzata in cui la molecola “pesante” (D2O in luogo di H2O) è presente nel rapporto medio di uno su settemila, con variazioni del rapporto, a seconda dei luoghi di prelievo, sino al 30%; se invece si usa come combustibile uranio “arricchito”, la reazione di fissione può avvenire utilizzando come moderatore (rallentatore dei neutroni che devono collidere con l’atomo bersaglio, fissionandolo) la meno costosa acqua naturale demineralizzata. Tuttavia bisogna aumentare il contenuto di isotopo fissile nell’uranio naturale. Il processo, che si chiama di arricchimento, avviene in fase gassosa (dopo avere trasformato l’uranio in un composto gassoso) sfruttando la diversa velocità di diffusione in una cascata di setti porosi o la diversità di massa atomica in centrifughe ultraveloci. Per la confezione degli elementi di combustibile si ritorna alla fase solida, in genere ad ossidi di uranio.
Si tratta comunque di processi tecnologicamente avanzati, che hanno un costo rispetto al quale il processo di produzione dell’U233 a partire dal torio potrebbe rilevarsi competitivo, in particolare di fronte ad un prevedibile innalzamento del prezzo di mercato dell’uranio naturale a causa dell’incremento di domanda che si avrebbe in caso del rilancio di tale fonte nel campo dell’elettrogenerazione.
Lo svantaggio del ciclo del combustibile torio-uranio è che si deve operare a distanza su materiale emettitore gamma; il vantaggio è che la loro separazione, trattandosi di elementi diversi e non di isotopi dello stesso elemento, può avvenire per via chimica, più semplice e meno costosa di quella fisica, quali appunto la diffusione o la centrifugazione.
Ora la speranza che l’opinione pubblica maturi e non si faccia influenzare, come ai tempi del referendum sul nucleare, da luoghi comuni disseminati ad arte da chi ha interessi contrari e tenta di far leva su facili emotività, se non da incompetenti che non fanno affatto ridere – almeno fanno ridere gli esperti – quando dissertano di cose che forse non sono neppure in grado di capire.
L’opinione pubblica deve comprendere che un combustibile nucleare che non debba venire acquistato all’Estero significherebbe non solo energia a basso costo, ma soprattutto cessazione della dipendenza dai paesi produttori di petrolio.
Purtroppo a noi tecnici non viene dato spazio nei giornali, nelle televisioni e nelle radio per illustrare correttamente il problema. Nei dibattiti vengono invitati solo “esperti” di comodo e addirittura incompetenti. Vengono fatti pontificare personaggi divenuti noti per lo spettacolo o il cabaret, ma non tecnici che conoscano l’argomento e sostengano la “sgradita e non politicamente corretta” necessità di tornare al nucleare.
È solo ignoranza o c’è anche malafede? Quale delle due è socialmente più pericolosa?
La certezza è che la combinazione dei due fattori sarebbe, ed in qualche caso è, quanto di più disastroso si possa immaginare.
SODDISFACIMENTO DEI FABBISOGNI FUTURI CON LA FONTE NUCLEARE
Reattori provati
Con le attuali tecnologie che utilizzano l’isotopo fissile 235 dell’uranio, che rappresenta in media lo 0,7% dell’elemento presente in natura, la fonte nucleare è in grado di soddisfare gli attuali ritmi di domanda per alcune decine di anni, con una durata omologa a quella prevista per gli idrocarburi.
Reattori veloci autofertilizzanti
Utilizzando anche la rimanente aliquota dell’uranio, l’isotopo fertile 238 che nei reattori surgeneratori si trasforma in plutonio fissile per cattura neutronica, sarebbe possibile soddisfare gli attuali ritmi della domanda energetica per un periodo valutato in ventimila anni. Vi sono già potenziali riserve di plutonio derivanti dal riconfezionamento delle testate nucleari in grado di soddisfare, se destinate ad usi civili di elettrogenerazione, i fabbisogni di alcuni secoli.
Tecnologia del Torio
Utilizzando come combustibile nucleare il “torio”, un elemento fertile che per cattura neutronica si trasforma nell’isotopo fissile “233” dell’uranio la domanda energetica potrebbe venire soddisfatta per un tempo classificabile come infinito nella dimensione umana. Il torio si trova infatti in natura con un’abbondanza relativa simile a quella del piombo.
Giorgio Prinzi
Roma, 15 Giugno 2009
