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Transcript

2. L'energia nucleare, ma in piccolo

1. L'aria condizionata ci fa male?

riassunto e approfondimento di due argomenti trattati nel podcast

Podcast:ci vuole una scienza

Approfondimento
Torcicollo e occhi rossi
Il mal di testa
Il raffreddore

Negli ultimi anni l’aria condizionata è diventata quasi un “must have” nelle case delle persone e l’acquisto di condizionatori e climatizzatori è diventato sempre più comune. Spesso però, i condizionatori (e climatizzatori) vengono accusati di essere la causa di problemi di salute come raffreddore, mal di testa, mal di gola… Ma è veramente così?

L'aria condizionata ci fa male? -spore

Il raffreddore

Per quanto riguarda il raffreddore, a meno che non ci siano agenti patogeni (virus) nell’aria, è difficile che uno possa prenderlo e ammalarsi; l’aria condizionata può infatti essere un mezzo di trasmissione di virus o batteri nel caso in cui un individuo per esempio raffreddato sia nella stessa stanza con altre persone sane. E’ possibile però che se iniziano a venire sintomi come naso chiuso o mal di gola in un ambiente chiuso con aria condizionata, la “colpa” sia dell’aria fredda.

Il mal di testa potrebbe essere causato infine da qualche tipo di allergia, per esempio a funghi e muffe, che possono crescere all’interno di condizionatori e climatizzatori in caso non si esegua la manutenzione, e le cui spore vengono diffuse insieme all’aria.

C’è comunque un’altra possibile causa di mal di testa dovuta al condizionatore: l’aria fredda può infatti stimolare una reazione del trigemino, un importante nervo cranico. Questo tipo di mal di testa accade solitamente a chi soffre di nevralgia, specialmente negli ambienti freddi, come appunto una stanza condizionata.

Un altro sintomo più comune che si ha in ambienti condizionati è il mal di testa. In questo caso è veramente possibile che sia l’aria condizionata a causarlo: infatti i condizionatori oltre a emettere aria fresca, si occupano di rimuovere l’umidità presente nell’ambiente. Questo può però causare una maggiore disidratazione nelle persone presenti nella stanza, cosa che a sua volta può generare mal di testa.

Il mal di testa

Infine è presente chi dice che l’aria condizionata causi bruciore agli occhi. E’ probabile che questo accada quando il condizionatore deumidifica molto l’aria, e avviene così una disidratazione delle mucose.

In sintesi possiamo dire che, con i giusti accorgimenti, per esempio non usando solo aria condizionata e facendo frequentemente manutenzioni, l’aria condizionata può essere usata senza preoccupazioni.

Torcicollo e occhi rossi

Un altro problema ancora che le persone dicono di riscontrare proprio grazie all’aria condizionata è il torcicollo; cosa che però il condizionatore da solo difficilmente causa. L’aria condizionata può essere tuttavia un fattore aggiuntivo per cui possa venire il torcicollo, che solitamente si presenta in seguito a una contrazione prolungata del muscolo sternocleidomastoideo.

Come spiegato, l’aria condizionata in sé per sé difficilmente causa danni alla salute delle persone. Non è però la stessa cosa per quanto riguarda il clima e l'inquinamento; i condizionatori non hanno infatti un bell’impatto sull’ambiente ed è in parte “colpa” loro se la temperatura globale si sta alzando. Per fare in modo di raffreddare l’ambiente in cui sono posizionati, i condizionatori riscaldano ulteriormente l'ambiente esterno. Quello che i condizionatori fanno è infatti prelevare calore da un ambiente avente temperatura più bassa (la casa, l’ufficio, la stanza da raffreddare) e riversarlo verso una sorgente ancora più calda, l’ambiente esterno. I condizionatori però per fare ciò hanno bisogno di molta elettricità; dato che la domanda di condizionatori si è alzata notevolmente negli ultimi anni, anche la domanda globale di elettricità si alzerà fortemente, una maggior quantità di combustibili fossili verrà bruciata e le ondate di calore saranno sempre maggiori e più frequenti.

Approfondimento: L'aria condizionata sull'ambiente

I primi refrigeranti: i CFC

A pesare sull’ambiente però non sono solo l’elettricità usata e il processo di funzionamento dei condizionatori, ma anche i composti chimici all’interno dei macchinari domestici. Condizionatori, frigoriferi, freezer hanno al loro interno dei composti refrigeranti, che per rendere completi e salutari i servizi che queste applicazioni svolgono, devono avere alcune caratteristiche: devono essere stabili, non tossici, non infiammabili, miscibili con l’olio lubrificante, in grado di funzionare nei macchinari domestici senza scendere al di sotto della pressione atmosferica e devono essere buoni isolanti elettrici. Questo problema fu risolto intorno agli anni 30 del 1900, quando il primo gas clorofluorocarburo (CFC), il Freon(R-12) fu usato come refrigerante al posto dei primi fluidi usati considerati dannosi per la salute, come il biossido di zolfo, il cloruro di metile, il propano e l’isobutano. Nonostante i CFC non fossero direttamente dannosi per la salute, ci si accorse presto che lo erano decisamente per l’ambiente; questi furono addirittura individuati come i principali responsabili di un buco nella fascia d’ozono.

Fonti: Zanichelli

Per questo motivo i CFC furono presto rimpiazzati prima dagli idroclorofluorocarburi (HCFC) e infine definitivamente dagli idrofluorocarburi (HFC), utilizzati ancora adesso. Nonostante questi non contribuiscono all’assottigliamento della fascia d’ozono, sono considerati dei pericolosi gas serra, molto più potenti dell’anidride carbonica e del metano. I condizionatori e gli altri elettrodomestici che usano HFC non dovrebbero, almeno in teoria, rilasciare gas nell’atmosfera. Se però ci sono perdite nel condizionatore, se la manutenzione viene fatta scorrettamente o non viene effettuata, o se i vecchi condizionatori non vengono smaltiti in maniera adeguata, le cose cambiano. Per questo le emissioni di HFC da parte di elettrodomestici e di altri macchinari che usano composti refrigeranti, sono ancora troppo frequenti e ammontano ora (in Europa) al 2,5% delle emissioni totali dei gas ad effetto serra.

Gli HFC

Fonti: Zanichelli

Per questo motivo i CFC furono presto rimpiazzati prima dagli idroclorofluorocarburi (HCFC) e infine definitivamente dagli idrofluorocarburi (HFC), utilizzati ancora adesso. Nonostante questi non contribuiscono all’assottigliamento della fascia d’ozono, sono considerati dei pericolosi gas serra, molto più potenti dell’anidride carbonica e del metano. I condizionatori e gli altri elettrodomestici che usano HFC non dovrebbero, almeno in teoria, rilasciare gas nell’atmosfera. Se però ci sono perdite nel condizionatore, se la manutenzione viene fatta scorrettamente o non viene effettuata, o se i vecchi condizionatori non vengono smaltiti in maniera adeguata, le cose cambiano. Per questo le emissioni di HFC da parte di elettrodomestici e di altri macchinari che usano composti refrigeranti, sono ancora troppo frequenti e ammontano ora (in Europa) al 2,5% delle emissioni totali dei gas ad effetto serra.

Gli HFC

Approfondimento
Le problematiche di Natrium
Natrium
TerraPower
L'energia nucleare

L’energia nucleare è ormai da tempo adottata per diversi usi. Tra questi uno dei più importanti è sicuramente quello di produrre energia elettrica, attraverso la fissione nucleare, una reazione in cui i nuclei di atomi pesanti come gli isotopi uranio-235 e plutonio-239 vengono indotti a spezzarsi con la seguente produzione di atomi aventi numero atomico inferiore. Da questo processo si produce una grande quantità di calore, che viene sfruttata per trasformare l’acqua in vapore, che a sua volta viene usato per far girare delle turbine a cui sono collegati degli alternatori usati infine per produrre energia elettrica

L'energia nucleare, ma in piccolo

L'energia nucleare

La fissione permette di produrre energia senza emissioni di gas serra nell’atmosfera, fattore vantaggioso per la “lotta” contro l’inquinamento. Il processo prevede però la formazione di residui pericolosi per la salute e soprattutto per l’ambiente, causando in esso contaminazioni. Per questo molti paesi hanno rinunciato ormai da tempo alla produzione di energia nucleare. E’ noto comunque che difficilmente in futuro potremmo fare a meno delle centrali nucleari se l’obiettivo è quello di ridurre la produzione di gas serra. Inoltre gli impianti di produzione di energia elettrica grazie al solare e all’eolico non possono offrire istantaneamente, da sole, energia di fronte ai picchi di richiesta della rete elettrica; hanno bisogno di un aiuto, proveniente solitamente da centrali che bruciano gas, carbone e altri combustibili fossili o in minor parte dal nucleare.

Negli ultimi anni Bill Gates ha finanziato con oltre un miliardo di dollari TerraPower, una start up che lavora alla costruzione di reattori di ultima generazione. Gates è convinto dell’efficacia e dell’importanza dell’energia nucleare ed è quindi sua intenzione quella di puntare su questa per il futuro. Il progetto TerraPower sta quindi provando a produrre energia nucleare prestando maggiore attenzione all’effetto che ha sull’ambiente e più in generale sull’esterno, sperimentando o modificando negli ultimi anni alcuni metodi. Uno dei metodi più diffusi ultimamente è sicuramente quello del reattore ad acqua leggera, nel quale l’acqua liquida viene messa nel reattore stesso in modo che si scaldi, così che crei vapore, che a sua volta viene impiegato nella produzione di energia elettrica.

TerraPower

Natrium

TerraPower ha provato invece un nuovo metodo, da loro chiamato “Natrium”, che consiste nell’utilizzare il sodio al posto dell’acqua,un metallo portato al suo punto di fusione in modo che sia liquido. Visto che il sodio fonde a circa 90°C e ha un punto di ebollizione fissato a più di 800°C può essere utilizzato in forma liquida nel sistema ad una pressione inferiore a quella dell’acqua. Secondo TerraPower, in questo modo è possibile utilizzare tubature meno spesse di quelle usate invece per trasportare l’acqua; e in casi di emergenza le attività di raffreddamento sono più semplici rispetto a quelle di un reattore convenzionale che ha bisogno di più acqua. Il sodio scaldato viene poi fatto fluire in un grande serbatoio e impiegato per produrre vapore acqueo utilizzato per l’energia elettrica. Una volta raffreddato il sodio finisce in un serbatoio nel quale poi potrà tornare al reattore per essere scaldato nuovamente. Questo tipo di impianto è definito “a due isole”, una dove avviene la fissione e un’altra dove si produce l’energia elettrica, collegate da un sistema di serbatoi, che rende possibile l’impiego istantaneo dell’energia termica per produrre vapore ed energia.

Grazie a questo metodo TerraPower è convinta di riuscire a produrre reattori di dimensioni minori rispetto a quelli attuali, riducendo gli enormi costi necessari per costruire una centrale nucleare. Essendo poi più piccolo, produrrà una minore quantità di scorie nucleari. La realizzazione del progetto di Natrium prevede comunque alcune problematiche da risolvere. Innanzitutto il capo di TerraPower, Chris Levesque, aveva dichiarato anni fa, all’inizio della costruzione della centrale, che questa avrebbe prodotto elettricità alla metà del costo delle altre centrali nucleari, perché il sistema è più semplice e richiede una minore manutenzione. Attualmente però l’iniziale prezzo fissato a 4 miliardi di dollari non sembrerebbe bastare. Natrium inoltre per poter essere completato dovrà ricevere un’autorizzazione dalla commissione che supervisiona le attività legate all’energia nucleare negli Stati Uniti; cioè deve essere ancora regolarizzata ufficialmente prima di venire attivata, cosa che potrebbe voler dire un aumento dei costi in caso di ulteriori interventi di sicurezza.

Le problematiche di Natrium

Approfondimento: La fusione nucleare sulla Terra

Nel podcast si è parlato soltanto di una reazione nucleare, la fissione, che non è però l’unica conosciuta: esse comprendono anche la fusione nucleare, il decadimento radioattivo e l’annichilazione particella-antiparticella. Tutte e tre le reazioni forniscono energia e sono inoltre spontanee: la fusione avviene nel sole e nelle stelle; il decadimento consiste nella perdita di energia in un nucleo atomico attraverso l’emissione di radiazioni; nell’annichilazione infine le masse di una particella e della sua antiparticella le masse vengono annullate e trasformate in energia. Le tre reazioni producono in maniera diversa energia, ma sono accomunate dal fatto che nessuna delle tre fino a poco tempo fa poteva essere controllata o sfruttata per produrre energia a nostro favore. Negli ultimi anni però, con ulteriori studi e prove scientifiche, i chimici si sono resi conto che era possibile replicare la fusione nucleare che avviene nelle stelle per provare a produrre con un modo alternativo, rispetto alla fissione, una maggior quantità di energia.

La fusione nucleare è una reazione in cui due o più nuclei di atomi leggeri, come il deuterio e il trizio,vengono combinati tra loro per formarne uno più pesante, come l’elio, con emissione di grandi quantità di energia. I due nuclei devono fondersi solo a distanza molto breve, perciò la velocità con cui questi urtano tra di loro, e di conseguenza la loro energia cinetica, devono essere molto alte. Per ottenere in laboratorio reazioni di fusione è necessario portare una miscela di deuterio e trizio a temperature elevatissime (100 milioni di gradi) per tempi sufficientemente lunghi, così che le singole particelle del gas formatosi si dissocino negli elementi costitutivi (ioni ed elettroni) e il gas si trasformi in una miscela di particelle cariche, cioè in un plasma, che è il principale costituente delle stelle e del sole. Infine per ottenere la reazione, il plasma deve essere confinato in uno spazio limitato, cosa che nel sole si verifica ad opera delle enormi forze gravitazionali in gioco.

La fusione nuclare in laboratorio

Il LLNL e la fusione nucleare

Per ottenere in laboratorio la fusione controllata, con un bilancio energetico positivo, è necessario riscaldare un plasma di deuterio-trizio a temperature molto più alte (100 milioni di gradi), mantenendolo confinato in uno spazio limitato per un tempo sufficiente a che l'energia liberata dalle reazioni di fusione possa compensare sia le perdite, sia l'energia usata per produrlo. Questo è quello che hanno provato a fare gli scienziati del centro di ricerca e sviluppo Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Nel 2022 gli scienziati statunitensi hanno testato un sistema di fusione nucleare che per la prima volta dopo decenni di studi e false partenze è riuscito a produrre in un esperimento più energia di quella che ha consumato per compiere la reazione. La reazione di fusione presso il centro di ricerca di Livermore avrebbe prodotto circa 2,5 megajoule (0,7 kWh) di energia utilizzando un processo di fusione a confinamento inerziale alimentato da soli 2,1 megajoule (0,6 kWh) di energia, ottenendo quindi circa il 19% di energia in eccesso.

Il risultato è stato ottenuto riscaldando il mix di deuterio e trizio, posizionati al centro del reattore in una capsula d’oro, attraverso il sistema di raggi laser più potente al mondo. Al centro della capsula i raggi X, emessi dalla materia ionizzata, riscaldano a loro volta la superficie di una sfera di circa 3 mm di diametro che contiene il combustibile della fusione, deuterio e trizio: nel volume compresso si innescano reazioni di fusione fino all’esaurimento del combustibile. Si tratta in sostanza di un'esplosione termonucleare ridotta della potenza di pochi chilogrammi di tritolo, senza l’innesco di una bomba atomica. Praticamente gli scienziati statunitensi sono riusciti a riprodurre il processo della bomba H senza doverla innescare utilizzando una bomba atomica, quindi una reazione di fissione nucleare. Questo è infatti l’uso principale che il processo di fusione ha e avrebbe dovuto avere fin dall’inizio, dato che è ancora troppo complicato applicarlo a usi civili.

Il vero utilizzo della fusione sulla terra

Fonti: m.a.s.e, qualEnergia

L'utilizzo civile della fusione

Per poter utilizzare questo sistema per la produzione di energia elettrica manca ancora una lunga serie di passaggi fondamentali. Il fisico Giuseppe Cima a riguardo ha detto: “Dai neutroni bisogna passare al calore, dal calore bisogna passare al vapore che deve azionare una turbina, dalla turbina al generatore elettrico e dall’alimentazione elettrica alla luce laser”, sottolineando le perdite termodinamiche che si registrano lungo tutto il processo e “per superare tutti questi ostacoli termodinamici e chiudere il cerchio energetico anche con un bilancio solo in pari, la fusione dovrebbe fornire un guadagno di almeno altri tre ordini di grandezza” (cioè moltiplicare l’energia per un altro fattore 1.000). I problemi, oltre i numerosi nominati da Cima, sono molti altri, quali il ritmo di riproduzione delle microesplosioni e la difficoltà nel reperire il trizio. Per questo la fusione laser è attualmente molto lontana se non irraggiungibile da qualsiasi applicazione pratica in ambito civile; nonostante questo però, nel bene o nel male, la reazione di fusione nucleare è stata riprodotta artificialmente sulla terra, e potrà essere utilizzata.

La pulizia dei condizionatori

La pulizia e la sterilizzazione frequente delle macchine termiche è inoltre utile a evitare che vengano contaminate da batteri come la legionella (causa di infezioni polmonari nelle persone a rischio), cose che succedono specialmente nei grandi impianti dove vengono usati sistemi di gestione di ricircolo dell’aria.

Retroazione positiva

Questo processo, tutto tranne che positivo, è chiamato retroazione (o feedback) positiva(/o). In poche parole, l’elettricità usata per mettere in moto i condizionatori l’elettricità viene prodotta con gli stessi mezzi che inquinano e fanno alzare le temperature del Pianeta. Di conseguenza un processo che punta a risolvere il problema del caldo, provoca effetti che inducono un ulteriore riscaldamento.

L'energia elettrica in futuro

La produzione di energia elettrica da centrali nucleari continuerà ad essere importante nel mix energetico che comprende la produzione tramite energie solare ed eolica. Ad oggi le fonti fossili sono predominanti, con più del 60% della produzione di energia; poi ci sono l’energia solare ed eolica con il 30%; e infine c’è l’energia nucleare con un utilizzo del 10% circa. L’ agenzia internazionale dell’energia prevede e spera in un ribaltamento con l’abbattimento quasi totale delle fonti fossili e il raggiungimento del 90% nel 2050 di fonti di energia rinnovabili, mantenendo il nucleare un pò sotto del 10%.