CO2 o no?

Negli articoli e nelle foto riguardanti il nucleare si vedono spesso delle grosse torri che emettono "fumi" nell'atmosfera, tanto che nell'immaginario collettivo sono diventate il simbolo associato alle centrali nucleari, anche se poi in realtà queste torri non sono esclusive di queste ultime.

La centrale di Cattenom: tipiche torri di raffreddamento

Frequentemente, si lascia anche intendere in maniera più o meno sottintesa che questi "fumi" contengano CO2. Bene, sfatiamo questo mito parlando di cosa sono e come funzionano le torri di raffreddamento di una centrale nucleare.
Una torre di raffreddamento è un dispositivo che permette la riduzione dell'inquinamento termico degli scarichi industriali in genere, non necessariamente quindi dell'industria nucleare. Nel seguito ci riferiremo comunque solo a queste.

Prima della loro introduzione, l'acqua di laghi, fiumi o del mare era utilizzata direttamente per raffreddare il vapore delle turbine. Questo modo di raffreddare provocava il rilascio nell'ambiente di acqua molto calda che perturbava l'habitat marino. Per ridurre l'impatto ambientale di questi scarichi si sono quindi messi in opera diversi meccanismi di raffreddamento, fra cui le famose torri.

Esistono due tipi di torri di raffreddamento, a circolazione forzata, più compatte e meno vistose, e quelle a circolazione naturale, che sono quelle mostrate nella foto sopra, con la forma di un iperboloide e molto alte. Noi parleremo qui di questo secondo tipo: la differenza con quella a circolazione forzata è essenzialmente di tipo costruttivo e non di impiego o di funzionamento.

L'impianto di raffreddamento di cui fa parte la torre è quella parte che serve a far condensare il vapore uscente dalle turbine, si tratta quindi del ramo freddo dei condensatori a valle delle turbine. Come in ogni scambiatore di calore questi due impianti sono fisicamente separati, e quindi non c'è alcuna miscelazione di acqua fra il ramo vapore delle turbine e quello che va alla torre di raffreddamento, e quindi neanche contatto con parti potenzialmente radioattive della centrale. Il calore ceduto dalla condensazione del vapore delle turbine è quello che in definitiva deve essere smaltito dalla torre di raffreddamento. I due schemi di seguito dovrebbero chiarire il suo utilizzo.

L'acqua del bacino idrico è inviata ad un serbatorio alla base della torre di raffreddamento, da cui viene prelevata e inviata al condensatore, dove riceve il calore dal vapore della turbina (il calore latente di evaporazione). L'acqua cosi' riscaldata è inviata ad uno spruzzatore nella torre di raffredamento, dove per convezione naturale si raffredda e ritorna nel serbatoio.

Vediamo ora come funziona la vera e propria torre di raffreddamento a convezione naturale.

Il raffreddamento è ottenuto tramite contatto diretto dell'aria con l'acqua calda, che è spruzzata da un anello circolare alla base della torre. Questo provoca l'evaporazione di una piccola quantità di acqua e lo scambio di una grossa quantità di calore con l'aria, che aumenta quindi di temperatura alla base della torre. L'aria calda, come è noto, tende a salire e a sfuggire dalla sommità della torre. La torre è aperta alla base, come si vede bene nella foto a destra:

Schema di una torre di raffreddamento

 per permettere all'aria fredda di entrare. A causa della depressione causata dall'aria calda che sale si genera infatti una sorta di risucchio che richiama aria fredda e produce una forte corrente d'aria, che facilita a sua volta il raffreddamento dell'acqua. Naturalmente la forza di questa corrente ascensionale dipende dalla lunghezza del camino, ed è per questo che le torri di raffreddamento a circolazione naturale sono molto alte. Queste torri superano spesso largamente i 100 metri di altezza.

L'efficacia di raffreddamento è notevole. In un giorno normale la temperatura di uscita dell'acqua si aggira intorno ai 22°C, mentre in una giornata calda e afosa puo' salire fino a 34°C.

Il "fumo" che si vede salire dalla torre di raffreddamento di una centrale nucleare è quindi costituito solo da aria calda e vapore acqueo, e nessun CO2 viene emesso nell'atmosfera in seguito al raffreddamento. E' anche appena il caso di notare che questo sistema non consuma acqua, in quanto si inserisce nel ciclo naturale di evaporazione/condensazione.