L’Agenzia per l’energia nucleare dell’Organizzazione per la cooperazione e lo sviluppo economico elenca non almeno 21 nuovi promettenti progetti di piccoli reattori modulari, di dimensioni comprese tra 5 e 300 MW
In termini di tecnologia, nei primi 50 anni dell’industria nucleare commerciale negli Stati Uniti non vi era molta scelta: reattori ad acqua bollente e reattori ad acqua pressurizzata (PWR). A causa della loro migliore efficienza e flessibilità, producendo elettricità e vapore, la tecnologia PWR domina il mercato dei reattori su scala gigawatt.
IL PASSAGGIO DAI REATTORI PWR AGLI SMR
In tutto il mondo dei circa 470 reattori operativi circa 300 sono PWR. Questa scelta limitata nelle tecnologie delle centrali nucleari, però, sta volgendo al termine. L’Agenzia per l’energia nucleare dell’Organizzazione per la cooperazione e lo sviluppo economico elenca non almeno 21 nuovi promettenti progetti di piccoli reattori modulari (small modular reactors – SMR) di dimensioni comprese tra 5 e 300 MW. I nuovi SMR e i reattori di terza generazione esistenti sono fondamentalmente disponibili in tre dimensioni: 1) jumbo – impianti su scala gigawatt oltre 1.000 MW, 2) medi – unità da 200-300 MW, che attualmente sono i preferiti dalle utility e 3) mini – reattori da 5-50 MW, alcuni dei quali – come l’eVinci di Westinghouse – sono abbastanza piccoli da essere autonomi e mobili.
LA QUESTIONE DEI COSTI
Per decenni, i generatori all’ingrosso di energia elettrica hanno creduto che più grande significasse sempre più economico. E, in un business di materie prime come l’elettricità, un prezzo più basso è fondamentale. Le recenti difficoltà degli Stati Uniti e della Francia nella costruzione di grandi PWR di terza generazione, da oltre 1.200 MW, nei tempi e nei limiti del budget hanno spinto l’industria dell’energia nucleare in una direzione diversa.
La spinta per gli SMR è una risposta al problema dei costi di costruzione fuori controllo e dei ritardi subiti da progetti più grandi, con un’ampia attività di costruzione in loco. Se questi problemi riflettano delle debolezze nella progettazione, nell’esecuzione o nella regolamentazione è quasi irrilevante. Costruire un reattore di terza generazione – come il Plant Vogtle, in Georgia, o l’European Pressurized Water Reactor (EPR) di Flamanville, in Francia – è diventato finanziariamente improponibile.
I VANTAGGI DEGLI SMR
Gli SMR, con le loro forme miniaturizzate e modularizzate, si propongono come una valida risposta. Il reattore e tutti i componenti chiave sono costruiti in fabbrica e assemblati da parti prefabbricate, che vengono trasportate sul sito. L’obiettivo è trasformare uno sforzo di 8-10 anni in un periodo di costruzione molto più gestibile, di circa 1-2 anni. Il fascino degli SMR è che offrono un modo per semplificare la costruzione nucleare, spostando quanto più lavoro possibile in un ambiente di fabbrica per un rapido assemblaggio in loco.
Lo svantaggio del ridimensionamento dei reattori – che inverte una tendenza a lungo termine – è che l’elettricità che producono costa di più in base al kwh. Hanno la maggior parte degli stessi componenti delle centrali nucleari più grandi, reattori, turbine, ecc., solo più piccoli. Quanto sia più costoso è difficile da stimare, poiché non ci sono progetti approvati commercialmente, sebbene molti siano vicini. Questo potrebbe essere il problema più grande per gli SMR. La produzione di un prodotto di base essenziale, come l’elettricità, ad un costo relativamente elevato rende i produttori per forza di cosa vulnerabili ai concorrenti a basso prezzo. La flessibilità dei piccoli reattori modulari (alcuni progettati per usi militari), però, comporta che possono rivolgersi selettivamente ad una più ampia varietà di clienti, come i sistemi di teleriscaldamento o gli utenti industriali come le acciaierie.
Oggi stiamo assistendo alla nascita di questo settore, e le discussioni sui costi sono premature, poiché molti elementi della catena di approvvigionamento non esistono ancora. Tra le tecnologie SMR più promettenti recentemente elencate dall’Agenzia per l’energia nucleare dell’OCSE, diverse hanno notato che non esistono strutture di fabbricazione per la loro forma preferita di combustibile, sebbene siano previste entro i prossimi 2-3 anni. In altre parole, si tratta di un’industria in uno stato iniziale, con molta concorrenza tecnologica.
LE 5 CRITICHE ALL’ENERGIA NUCLEARE
Ci sono cinque critiche fondamentali all’energia nucleare come tecnologia per la produzione di energia:
– Costi di capitale iniziale eccessivi (è troppo costosa da costruire)
– Lunghi periodi di costruzione
– Elevate spese di esercizio e manutenzione per tutta la vita dell’unità
– Preoccupazioni per la sicurezza riguardo agli incidenti specifici del reattore (come Three Mile Island o Chernobyl) e alla proliferazione nucleare
– Necessità di uno stoccaggio sicuro a lungo termine dei rifiuti radioattivi
ULTERIORI BENEFICI DEI PICCOLI REATTORI MODULARI
Gli SMR, però, risolverebbero un grosso problema: i lunghi periodi di costruzione, con il conseguente aumento dei costi. Costruire gli impianti in tempo aumenterebbe anche la probabilità di rientrare nel budget, cosa non da poco in questo contesto.
Se l’aspetto modulare degli SMR è progettato per accelerare la costruzione, ci sono sviluppi nella tecnologia del combustibile nucleare che renderebbero i reattori a prova di fusione. Anche se gli incidenti che coinvolgono i noccioli dei reattori sono rari, l’uranio racchiuso nelle barre di combustibile di un nocciolo esposto, non raffreddato, conserva il suo calore elevato e può sciogliersi. Il carburante TRISO – delle particelle tristrutturali isotrope, che saranno utilizzate in una serie di futuri SMR – non è in grado di fondere. Ogni piccola pallina di uranio è racchiusa in tre strati di un materiale carbo-ceramico, e ogni strato esterno ha un’enorme capacità di resistere al calore e restare intatto.
In un articolo del 2019, l’Office of Nuclear Energy del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha definito i pellet di combustibile TRISO “il combustibile nucleare più robusto sulla terra”. Ciò eliminerebbe un’altra delle cinque critiche di base contro l’energia nucleare, la fusione del nocciolo del reattore). Questa tecnologia del combustibile era chiamata “letto di ciottoli”, quando i pellet di combustibile avevano le dimensioni di palle da biliardo rispetto ai “chicchi” relativamente piccoli (delle dimensioni di un seme di papavero) di cui stiamo parlando, che possono essere assemblati in barre di combustibile convenzionali.
LE STRATEGIE PER RIDURRE I COSTI
Infine, stiamo assistendo anche a degli sforzi per ridurre le spese relativamente elevate di esercizio e manutenzione nucleare, estendendo notevolmente il periodo tra le interruzioni di rifornimento. Al posto degli attuali cicli di 18 o 24 mesi degli impianti convenzionali, stiamo vedendo intervalli di 7-8 anni tra i cicli di rifornimento.
Finora abbiamo descritto le nuove tecnologie dei reattori nucleari principalmente in termini di dimensioni – piccole, medie e grandi -, ma possiamo pensare a queste nuove tecnologie anche come introdotte gradualmente, in diverse ondate. NuScale e BWRX 300 di GE Hitachi sembrano essere nella prima ondata di SMR, che probabilmente riceveranno la licenza per operazioni commerciali. Probabilmente, però, ci saranno una o più successive ondate di nuove tecnologie di reattori, come gli HTGR (high temperature gas cooled reactors – reattori raffreddati a gas ad alta temperatura) e quelli che impiegano sale fuso come moderatore.
In questo momento, quello che possiamo dire con certezza è che il decennio del 2030 potrebbe vedere una quantità senza precedenti di sviluppo tecnologico e concorrenza nel settore dei SMR, con l’industria che sarà impegnata nel costruire degli impianti più veloci, più piccoli e più sicuri.