venerdì 26 marzo 2010

nucleare e fotovoltaico: chi emette più gas serra?

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Nel grande confronto tra nucleare e fotovoltaico che pare svolgersi in questo periodo, non bisogna perdere di vista una considerazione fondamentale, e che pare nessuno si sia preoccupato di approfondire: produce più gas serra un kWh prodotto da una centrale nucleare o da un impianto fotovoltaico?

Due ricercatori statunitensi, Vasilis M. Fthenakisa e Hyung Chul Kima, hanno svolto una ricerca in tal senso, analizzando tutta la filiera sia del nucleare e del fotovoltaico.

I risultati?
Nonostante entrambi i sistemi si dichiarino "carbon free", ciò non è vero: sia il nucleare che il fotovoltaico producono quantità non irrisorie di gas serra.
La quantità di gas serra prodotti dal fotovoltaico dipende inoltre sensibilmente dall'insolazione dell'impianto (ovvero: gli impianti  che godono di insolazione migliore, producono ovviamente più energia, e quindi la quantità di gas serra prodotti per singolo kWh è inferiore). 
In ogni caso, il fotovoltaico produce sensibilmente meno gas serra che non il nucleare: precisamente,
  • il fotovoltaico produce da 22 a 49 g CO2-eq./kWh (insolazione media USA), che scendono a 17–39 g CO2-eq./kWh (per l'insolazione degli USA sudoccidentali)
  • il nucleare produce da 16 a 55 g CO2-eq./kWh
Il testo completo della ricerca: Greenhouse-gas emissions from solar electric- and nuclear power: A life-cycle study 
e l'abstract in inglese:
Solar- and nuclear-electricity-generation technologies often are deemed “carbon-free” because their operation does not generate any carbon dioxide. However, this is not so when considering their entire lifecycle of energy production; carbon dioxide and other gases are emitted during the extraction, processing, and disposal of associated materials. We determined the greenhouse gas (GHG) emissions, namely, CO2, CH4, N2O, and chlorofluorocarbons due to materials and energy flows throughout all stages of the life of commercial technologies for solar-electric- and nuclear-power generation, based on data from 12 photovoltaic (PV) companies, and reviews of nuclear-fuel life cycles in the United States, Europe, and Japan. Previous GHG estimates vary widely, from 40 to 180 CO2-eq./kWh for PV, and 3.5–100 CO2-eq./kWh for nuclear power. Country-specific parameters account for many of these differences, which are exacerbated by outdated information. We conclude, instead, that lifetime GHG emissions from solar- and nuclear-fuel cycles in the United States are comparable under actual production conditions and average solar irradiation, viz., 22–49 g CO2-eq./kWh (average US), 17–39 g CO2-eq./kWh (south west) for solar electric, and 16–55 g CO2-eq./kWh for nuclear energy. However, several factors may significantly change this picture within the next 5 years, and there are unanswered questions about the nuclear fuel cycle that warrant further analyses.

12 commenti:

  1. Il problema non è l’emissione di CO2; che comunque è insignificante rispetto al termoelettrico e all’autotrazione; Il confronto dev’essere effettuato sull’incostanza che richiese un difficile accumulo giornaliero ed ancor più complicato, se non impossibile, accumulo nei tempi lunghi. E nei costi, il fotovoltaico costa 6-7 volte il termoelettrico ed ancora di più rispetto il nucleare. Solo i sussidi versati dallo stato (dal contribuente) permette la sua concorrenzialità. E non mi si parli del futuro; il futuro è incerto e a noi in Italia urge il presente.

    Aggiungo che per l'eolico consiglio di consultare la mappa dei venti d'Europa http://www.sustainableenergyworld.eu/wp-content/uploads/2009/03/wind_map_of_western_europe.gif
    o per i marini http://www.pib.gr/usrimage/wind%20resources%20europe.jpg
    La velocità del vento deve essere posta al cubo per determinare la potenza prodotta ovvero i 3 m/sec di Milano o Bologna (fuori città) danno 30 w/mq; i 4.5 delle coste occidentali sarde o siciliane danno 100 w/mq; i 6 m/sec della Danimarca, Germania o Olanda danno 250 w/mq; i 7 del nord Danimarca o gli 8 scozzesi danno rispettivamente 400 w/mq e 600 w/mq. Siamo il paese con il clima più gradevole e meno ventilato d’Europa; togliamoci dalla testa l’eolico italiano. Anche perché i costi d’impianto (se non sono zone sismiche o impervie o montuose) sono identici. Il costo per Kwh dipende dal rendimento; per l’Italia diventa quindi più del doppio rispetto i paesi più ventilati.

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  2. Commento interessante e, soprattutto, circostanziato.
    Non mi pronuncio per l'eolico: ne so poco, e lo ammetto.
    Voglio però contraddirti e smentirti sul fotovoltaico:
    - l'incostanza della produzione è un fattore relativo; nel senso che è un'incostanza comunque prevista e, quindi, gestibile (a differenza del nucleare: un problema tecnico, che comporti lo stop del generatore, non è ovviamente previsto; ne capitano diversi all'anno; ed è un GROSSO problema da gestire, a livello di rete di distribuzione)
    - inoltre, il fotovoltaico produce di giorno, ovvero nel momento in cui il fabbisogno è effettivamente maggiore. Mentre il nucleare ha una produzione costante nell'arco della giornata: se quindi lo dimensioniamo sul fabbisogno diurno, di notte avremo un surplus (come già avviene in Francia, che di notte ci regala la sua energia per un tozzo di pane, affinchè noi ripompiamo l'acqua nei bacini)
    - la questione del nucleare più economico del fotovoltaico è una bufala: il nucleare già oggi è economicamente più costosodel fotovoltaico, ed in futuro lo sarà ancor di più
    - infine: il sole in Italia ce l'abbiamo, il silicio anche, e la testa per trasformare il silicio in pannelli anche. Quindi, basta volerlo. Uranio invece ne abbiamo proprio pochino, anzi, praticamente nulla. Quindi, dovremmo comunque acquistarlo all'estero... semprechè troviamo qualcuno disposto a vendercelo (il che non è detto: tutti i principali produttori di uranio hanno la propria produzione vincolata da contratti di ferro per molti anni a venire).

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  3. Il problema dell’accumulo dell’energia fotovoltaica, nell’arco della giornata è relativamente poco importante se la % nazionale dell’FV rimane limitata (serve, com’hai giustamente detto per il sovra consumo diurno); comunque l’insolazione tocca un grosso picco nelle 3-4 ore per poi scemare verso l’alba e verso il tramonto ed annullarsi nelle ore serali e notturne quindi non segue l’andamento dei consumi; fra l’altro i sistemi di accumulo a breve termine sono meno costosi ed a maggiore rendimento (quello più efficiente è il pompaggio di acqua in un invaso a quota maggiore ed il riutilizzo mediante turbina idroelettrica; però non può accumulare acqua per un mese diverrebbe un grosso lago). Il problema grosso è l’incostanza nell’arco dell’anno; l’insolazione è massima nei mesi di Luglio e Agosto quando i “Grandi Consumatori” riducono i consumi ma, con diffondersi dei condizionatori (legati all’insolazione), aumentano quelli privati; purtroppo la produzione FV può ridursi anche ad un decimo nelle giornate più fredde e coperte. Quindi se il FV rappresenta una percentuale limitata della produzione energetica nazionale questo andamento sarebbe compensato dagli altri sistemi; ma se raggiungesse percentuali a due cifre, potrebbe creare seri problemi.
    Ma chi, per il momento mette fuori gioco il FV è il costo; negli ultimi 40 anni di studio e ricerca, il suo costo è quasi dimezzato; per diventare concorrenziale doveva scendere di 10-12 volte; purtroppo i problemi non sono solo tecnologici, che forse in un futuro più o meno lontano possono essere superati; esistono problemi di natura fisica che sono insormontabili.

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  4. Costo nucleare:Costo nucleare: 1° ragionamento, se la Slovenia sta producendo una nuova centrale nucleare alle porte di Trieste con il dichiarato scopodi rivenderci energia e quote Kioto; se la Francia sta costruendo in Normandia la più grossa centrale del mondo da 1630 MW anche lei sapendo che parte di quest’energia sarà esportata con grossi benefici alla bilancia commerciale; se la Svizzera ci rivende energia a prezzo minore del nostro. Se tutte le nazioni intorno che hanno grosse % di nucleare pagano meno l’energia elettrica; con la sola eccezione della Islanda e del Medio Oriente, la prima per le grosse potenzialità geotermiche, le seconde per il petrolio a basso prezzo. Evidentemente ci deve essere un motivo; non credo che Francia, Slovenia e Svizzera desiderino farci dei regali.
    2° ragionamento: si fa sempre riferimento alla centrale finlandese di cui si parla sempre. È un enorme prototipo da 1600 MW è come tale suscettibile di variazione di costi e di tempi (come tutti grossi i prototipi industriali); comunque il suo prezzo per KW istallato è di 2500 €; contro i 2000 delle centrali nucleari normali; i 4000 dell’eolico (di cui 1500-2000 la parte meccanica) variabili a seconda del terreno e della struttura portante (se zona sismica ecc.) e i 6000 del fotovoltaico; questi valori vanno poi aumentati dividendo il nucleare per 0.92; l’eolico diviso per 0.17 (cioè moltiplicando i 4000€ per 6) ed il voltaico diviso 0.14 (in base alle ore d’insolazione; cioè moltiplicando i 6000 €/KW per poco più di sette; un po’ meno al meridione, più al settentrione ).
    In questo modo si passa dal costo d’impianto del KW istallato, a quello del KW prodotto. Comunque la Finlandia sta già pianificando una seconda centrale dello stesso tipo (sesta finlandese) che dovrebbe costare il 30% in meno quindi a costi ultracompetitivi; perfino rispetto al termoelettrico; quest’ultimo poi gravato dal pesante costo degli idrocarburi. Il prezzo dovuto al costo del combustibile Uranio è attualmente di solo 0.0081 €/KWh, dovesse anche raddoppiare o triplicare sarebbe comunque insignificante. I costi di manutenzione, pulizia, manodopera, protezione; finanziari; costo/esproprio terreni ecc. sono decisamente minori delle alternative per KWh prodotto. Rimane lo smaltimento rifiuti e quello dell’impianto dopo una sessantina d’anni (il FV avviene industrialmente dopo una quindicina, strozzandolo una ventina poi diminuisce troppola resa); quindi costo/smaltimento impianto dev’essere ammortizzato su 60 anni e sull’ingente produzione di KWh. Quello che è maggiormente contestato è il costo dello smaltimento delle scorie (su questo ci sarebbe molto da scrivere) comunque se consideriamo che da un Kg di uranio arricchito otteniamo 750˙000 KWh; sono convinto che non possa incidere più di tanto, né quello prodotto giornalmente, né quello finale dell’impianto. Cifre anche grosse, quando vengono spalmate su produzioni così abnormi, tendono a diventare molto ridotte. Il costo comunicato dagli Enti Gestori è omnicomprensivo. Si può solo ipotizzare che ci siano stati degli errori di valutazione; ma io non ci credo.

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  5. Scusa se ti rispondo sinteticamente(sono in ferie, e sto rubando tempo prezioso al meritato risposo... :D )

    - non è vero che il fotovoltaico sia economicamente più caro di altre tecnologie (come, ad esempio, il redivivo nucleare): complice anche l'aumento dei costi che sta subendo la tecnologia nucleare, il fotovoltaico è oggi MENO COSTOSO del nucleare (tra gli addetti ai lavori ciò è sospettato da tempo; oggi è reso ufficiale da un report del New York Times:
    http://www.nytimes.com/2010/07/27/business/global/27iht-renuke.html?_r=1&src=busln )
    A ciò dedicherò quanto prima un post

    - valutare l'efficienza di una tecnologia legandolo alle nostre abitudini di consumo è fuorviante: le nostre abitrudini di consumo si sono modellate, negli anni, adeguandosi a quelle che erano le offerte della tecnolofgia disponibile.
    Ovvero (e sono esempi):
    - siamo abituati ad utilizzare energia elettrica con un divario tutto sommato basso tra notte e giorno, semplicemente perchè le centrali che abbiamo realizzato hanno pochissima elasticità di produzione.
    - la rete non è in grado di sopportare repentini cali di produzione, semplicemente perchè è stata modellata così, in modo da essere massimamente efficiente in rapporto a quelle che erano le caratteristiche delle centrali; cambiando le caratteristiche delle centrali, si possono adottare modelli differenti per le reti, ottenendo la stessa efficienza
    - siamo abituati ad automobili che, a fronte di un 10% di efficienza, ci regalano determinate autonomie e determinate prestazioni. Uscire da questa combinazione di autonomia/prestazioni/efficienza non è un tabù: è solo questione di abitudine e, come tutte le abitudini, si può cambiare...
    - siamo abituati all'energia elettrica che ha un certo costo e, quindi, ci possiamo permettere certi vizi (come l'aria condizionata); se l'energia elettrica aumenta di costo (come sta facendo), ad un certo punto uno dovrebbe essere in grado di capire da solo che certi lussi non se li può più permettere... e non per questo finire necessariamente in depressione.
    - l'uomo per migliaia di anni ha adottato uno stile di vita legato al ciclo delle stagioni e del sole per determinare la sua "produttività": è solo da un secolo che ciò è stato abbandonato.
    Tornare ad una produttività parzialmente legata al ciclo notte/giorno ed alle stagioni non è follia...

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  6. Per l’incostanza, se ho ben capito, si vorrebbe educare ed abituare il consumatore ai ritmi di produzione energetica? Penso si stia facendo i conti senza l’oste; che nella fattispecie, non è la massaia che può accendere la lavatrice o stirare quando le pare; ma i grandi consumatori: industria metallurgica, siderurgica, meccanica, chimica ecc (quelli che poi sarebbero disposti ad investire sul nucleare). Questi non possono adattare i funzionamenti dei loro impianti ai ritmi di produzione energetica.
    Ma credo che anche per l’illuminazione, i condizionatori, commercio, la scuola, il tempo libero ecc. non sia facile arrivare a cambiare ed adattare le abitudini; se uno la notte ha caldo accende l’aria condizionata, non aspetta l’inverno che tiri più vento o il pomeriggio quando è in macchina o in ufficio. Comunque, come ho già detto, il problema non è tanto l’incostanza nell’arco della giornata, quanto nell’arco dell’anno è quella che rende inadatto il FV (ovviamente se incidesse in elevata %, intorno alle due cifre; altrimenti in un sistema integrato tutto ci può stare).

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  7. Cambiare le proprie abitudine è sempre una cosa che pare difficile, se non impossibile. Però quando si è costretti a farlo, tutto sommato lo si fa, si scopre che si sopravvive lo stesso, e ci si sorprende anzi di quanto sia stato facile 8una volta superato lo "shock" iniziale).
    Quindi, cambiar ele proprie abitudini non è un tabù: è solo questione di pigrizia mentale.
    Se fa caldo accedo il condizionatore, ma solo perchè il condizionatore ce l'ho e sono stato abituato a considerarlo una cosa ovvia e naturale; ma vent'anni fa i condizionatori erano rarissimi, e si viveva, si lavorava e si dormiva lo stesso...
    Per quanto rigiara l'industria: a parte pochissimi e particolarissimi impianti, non è che la stessa sia vincolata a ritmi particolari o tassativi. Spesso, il ritmo di un impianto è determinato solo da fattori logistici, anzichè tecnici.
    Quindi, anche in questo caso "cambiare" è solo una questione di elasticità mentale e di strumenti di gestione.
    Per l'incostanza del fotovoltaico nel corso dell'anno: non a caso ho parlato anche di ritmo delle stagioni, che ha regolato la vita dell'uomo per millenni...
    In inverno l'industria produrrà di meno, mentre produrrà di più in estate. Vuol dire che saranno un po' di meno le sardine che ad agosto affolleranno le autostrade per delle ferie fantozziane ed affollatissime (è così bello farsi le ferie fuori stagione...)

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  8. Per risolvere l’incostanza, se ho ben capito, si vorrebbe educare ed abituare il consumatore ai ritmi di produzione energetica? Penso si stia facendo i conti senza l’oste; che nella fattispecie, non è la massaia che può accendere la lavatrice o stirare quando le pare; ma i grandi consumatori: industria metallurgica, siderurgica, meccanica, chimica ecc (quelli che poi sarebbero disposti ad investire sul nucleare). Questi non possono adattare i funzionamenti dei loro impianti ai ritmi della produzione energetica.
    Ma credo che anche per l’illuminazione, i condizionatori, commercio, la scuola, il tempo libero ecc. non sia facile arrivare a cambiare ed adattare le abitudini; se uno la notte ha caldo accende l’aria condizionata, non aspetta l’inverno che tiri più vento o il pomeriggio quando è in macchina o in ufficio. Comunque, come ho già detto, il problema non è tanto l’incostanza nell’arco della giornata, quanto nell’arco dell’anno è quella che rende inadatto il FV (ovviamente se incidesse in elevata %, intorno alle due cifre; altrimenti in un sistema integrato tutto ci può stare).
    Le grosse industrie non hanno produzione flessibile; sia per ammortizzare gli impiani, sia per non licenziare il personale che in genere è ultraspecializzato. Potrebbero chiudere l'impianto e mettere in casa integrazione i dipendenti........ non mi sembra in caso

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  9. Le grosse industrie non hanno produzione flessibile semplicemente perchè fino ad oggi non se ne è presentata la necessità.
    Se si riesce a scaricare sulla loro struttura il costo effettivo di questa loro "scarsa flessibilità", si adegueranno in men che non si dica.
    Insomma, una disponibilità di energia costante nell'arco delle 24 h ha un costo superiore rispetto ad una disponibilità discontinua. Data questa premessa, questo maggior costo deve essere sostenuto da chi di questa effettiva disponibilità ha bisogno.
    Mi spiego con un esempio: so di due aziende artigianali, che hanno entrambe apparecchiature elettriche con assorbimenti elevatissimi (taglio lamiere al plasma e laser... uno scatafascio di KW). Si trovano in due capannoni adiacenti.
    Le linee elettriche che li alimentano sono dimensionate sulla singola utenza; quindi, possono anche "accendere" le loro macchinette contemporaneamente, e tutto il sistema deve reggere. Il tutto, a qualsiasi ora del giorno e della notte.
    Peccato che le due macchinette non vengano complessivamente utilizzate per più di una decina di ore alla settimana...
    Basterebbe che le due aziendine si mettano d'accordo per utilizzare alternativamente i due apparecchi, e non contemporaneamente (e già oggi, se lo facessero, ed unificassero il contratto, risparmierebbero un botto).
    Basterebbe che si stabilisse che queste apparecchiature possono esser utilizzate nella fascia oraria 9-17 (cosa che di fatto già avviene...)
    Questi due semplici accorgimenti sarebbero già un bel sollievo per la rete produttiva e distributiva...
    Moltiplichiamolo per tutte le aziendine artigianali che hanno un uso assolutamente irrazionale dell'energia, e si raggiungerebbero numeri mica da ridere...

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  10. Il costo del fotovoltaico è facilmente calcolabile; oggi con componentistica orientale è sceso, per l’istallato, da 7000 a 6000 €/KW (forse 5500 ma bisogna vedere il prodotto). Considerando la resa i costi vari; il periodo di ammortamento 15 anni industriale; 25 domestico(forse dilatabili, ma questi vengono consigliati per mantenere l’efficienza) escluso, ovviamente, i pesanti sussidi (non incentivi) a carico del contribuente, viene una cifra di 6-7 volte il termoelettrico (preso sempre come riferimento). Ma questo lo sanno tutti quelli che installano un FV.
    Per il nucleare si fa sempre riferimento alla centrale finlandese che ha sballato previsione e tempi; ma questa centrale è un prototipo, e come tutti i grossi prototipi industriali, con costi e tempi sempre incerti; comunque il suo costo d’istallazione è 2500€/KW (4 miliardi/ 1600 MW); contro i 2000 delle centrali nucleari normali; i 4000 dell’eolico (di cui 1500-2000 la parte meccanica) variabili a seconda del terreno e della struttura portante (se zona sismica ecc.) e i 6000 del fotovoltaico; questi valori vanno poi aumentati dividendo il nucleare per 0.92; l’eolico diviso per 0.17 (cioè moltiplicando i 4000€ per 6) ed il voltaico diviso 0.14 (in base alle ore d’insolazione; cioè moltiplicando i 6000 €/KW per poco più di sette). In questo modo si passa dal costo d’impianto del KW istallato, a quello del KW prodotto. Comunque la Finlandia sta già pianificando una 2° centrale identica (6° finlandese) che dovrebbe costare il 30% in meno e costruita con tempi ben definiti.
    Costo impianto 4 miliardi (facciamo 5); 1600 KW in un ora 1600 KWh; tempo 24x365x60 = 525.600 ore x resa 0.92 = 483.552 h effettive; KWh 773.683 milioni; 5 /773,5 = costo impiantistico 0.0065 €/KWh.
    Come il costo del combustibile: Uranio arricchito 2000 €/Kg in Europa; produzione 750.000 KWh/Kg; = 0.0026 €/KWh. Costo trattamento scorie 3° livello poco più di 1000 €/Kg diviso 750.000 (presa in approssimazione) = pochi millesimi di €. Ho fatto questi esempi perché i costi del nucleare sembrano stratosferici; ma quando vengono spalmati su produzioni ancora più stratosferiche diventano marginali. Dal 2007 il prezzo del nucleare ha superato il picco ed è sceso parecchio, ma anche dovesse raddoppiare, rimane sempre su cifre insignificanti. Mancano manodopera; manutenzione, costi finanziari, lo smaltimento d ell'impianto ecc. tutti smaltiti su produzioni abnormi.

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  11. Permettimi, ma è difficile che facendo quattro conti della serva nei commenti di un blog si riesca ad effettuare un calcolo complesso come quello del costo effettivo di produzione dell'energia nucleare. Ho visto progetti molto meno complessi fallire perchè, in analisi molto più dettagliate di quella che fai tu, era sfuggito qualche "piccolo" dettaglio...
    Lo studio citato dal New York Times è molto più circostanziato, molto più ricco di dati, e giunge a risultati diametralmente opposti (tra l'altro avevo anche trovato lo studio compelto in rete... ma dove avrò mai cacciato il link?!?!)

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  12. Lo studio del New York Times (che fra l'altro non è un giornale scientifico) è quello che parte dall'aumento esponenziale del prezzo dell'Uranio??
    Mi sa di sì. Parte da una presa per i fondelli; come due illustri personaggi italiani (uno che ha smesso di fare il comico ed uno che vive sul nome del padre); anche loro sostengono la stessa tesi pubblicando anche un diagramma nel quale si vede appunto una crescita esponenziale; e facendo intendere che il prezzo fra non molto arriverà all’infinito. Peccato il diagramma finisca proprio per caso nel 2007 (ma che strano!!!) e che si siano dimenticati di far vedere i diagrammi giusti
    http://www.uranium.info/index.cfm?go=c.page&id=29 http://sistemielettorali.files.wordpress.com/2010/01/8.jpg (fino al 2010) nei quali si vede chiaramente che dopo il picco di 130 $/Kg del 2007 il suo prezzo sia sceso esponenzialmente; già nel 2008 era verso i 70 $/Kg; attualmente si tratta sotto i 50 $/Kg.
    Io penso chi si è comportato in questo modo, l’abbia fatto in cattiva fede, volendoci prendere per il … Io non mi stupisco che un laureato in lettere; un avvocato e un sociologo (sappiamo a chi mi riferisco) ci possano cadere (in realtà, non avendo le armi per discriminare su questi problemi, dovrebbe almeno avere il buon senso di tacere).
    Però un tecnico, che, in piena buona fede ci passa cadere …. Io quando ho visto un diagramma fermo al 2007 ho avuto subito qualche dubbio; quando sento parlare di 4 miliardi per una centrale mi faccio due conti e vedo cosa incide sul KWh. Quando sento parlare di pericolo della radioattività; mi faccio una ricerca sulla diffusione degli isotopi naturali radioattivi; non credo al primo ignorante che dice che anche un minimo di assorbimento radioattivo sia pericoloso. anche vivendo in una caverna o nel tunnel del Gran Sasso; mi schermerebbe dai raggi solari e da quelli cosmici, ma non dalla radioattività degli isotopi naturali presenti nella roccia; né da quelli che assorbo con il cibo, con l’acqua o con l’aria. Quando sento dire che un incendio può far scoppiare una centrale nucleare mi documento sui materiali.

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