Il futuro del nucleare


Il 3 settembre 1948 il reattore americano X-10 fu la prima “centrale nucleare” in grado di accendere una lampadina. Il passare degli anni ha portato a costruire centrali sempre più grandi, potenti e sicure. Nel tempo però, complici gli incidenti di Three Mile Island, Černobyl e il più recente Fukushima, si è creato nella comunità internazionale un crescente fronte contrario al nucleare. In Europa la Francia ha annunciato la chiusura di 17 dei 58 reattori con la conseguente disattivazione di quasi 17 GigaWatt, così come la Germania ha previsto di chiudere tutte le attività di produzione di energia nucleare entro il 2022. Tali previsioni sono state più volte posticipate e ridiscusse anche a causa degli alti livelli occupazionali che il settore impiega nei paesi (quasi 100.000 lavoratori). Il nucleare anche a causa degli alti costi di gestione, alla manutenzione onerosa e allo smaltimento di scorie e decomissiong sembra essere di fronte, almeno in Occidente, ad una lenta morte. Oppure no? Il nucleare può ritornare ad essere il fulcro nelle politiche energetiche? La risposta può essere forse trovata negli SMR o Small and Medium Reactors.

L’International Atomic Energy Agency (IAEA) definisce “small” quelli sotto i 300 MWe e fino a 700 MWe “medium”. Esiste anche una sottocategoria di reattori molto piccoli, vSMR, sotto i 15 MWe in grado di soddisfare le esigenze di comunità remote. I nuovi reattori nucleari possono costare anche più di 7 miliardi di dollari ed hanno bisogno di grandi superfici su terra e grandi riserve d’acqua per il raffreddamento. I reattori SMR possono occupare cento volte in meno lo spazio di un reattore tradizionale. Questo consente indubbi vantaggi tra i quali la possibilità di produrre in serie i reattori “modulo per modulo” accrescendo i livelli di qualità ed efficienza. I sistemi di sicurezza passivi ne consentono l’installazione anche in paesi che non hanno esperienza nel campo nel nucleare. Il basso fabbisogno di acqua per il raffreddamento li rende compatibili con l’installazione in ambienti remoti o per specifiche missioni come la desalinizzazione. La ridotta grandezza consente inoltre di rimuovere il reattore direttamente alla fine della vita operativa in modo da ridurre e rendere più efficiente il processo di smaltimento. I reattori SMR possono anche essere installati sottoterra oppure sott’acqua o in speciali edifici in grado di resistere ad eventi naturali di natura eccezionale. E’ ovviamente possibile mettere insieme più reattori SMR al fine di raggiungere la potenza richiesta. La costruzione in serie consente, tramite l’economia di scala, di ridurre ulteriormente il costo dei reattori.

La proposta di Westinghouse

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Reattore SMR della Westinghouse
(foto: Westinghouse )

Il reattore SMR della Westinghouse , basato sulle tecnologie del reattore AP1000, è dotato di sistemi di sicurezza passivi in modo tale da spegnere automaticamente il reattore e mantenerlo raffreddato senza intervento umano o senza energia elettrica per sette giorni. Il reattore viene allocato sottoterra e l’intero impianto occupa circa 6 ettari. Dal punto di vista tecnico è un reattore ad acqua pressurizzata in grado di generare 225 MWe.

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Comparazione dell’uso del suolo tra diverse fonti per generale la medesima quantità di corrente
(foto: Westinghouse)

La proposta di NuScale

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Esempio di un impianto basato su reattori SMR NuScale
(foto: World Nuclear News)

La NuScale è una azienda americana con sede a Portland in Oregon che dal 2007 ad oggi ha prodotto diverse soluzioni e progetti per l’impiego di reattori SMR. Gli ingegneri hanno ridotto enormemente il numero di pompe, valvole e altre parti mobili aggiungendo sistemi di sicurezza direttamente nel design del reattore stesso. Le barre di combustibile sono posizionate nella parta basse del reattore cosicché i moti convettivi facciano muovere l’acqua senza l’ausilio di pompe consentendo oltre a limitare il numero di parti mobili a rendere il sistema più sicuro. Lo spazio tra il core del reattore e il rivestimento esterno è posto sotto vuoto ma nel caso in cui dovesse verificarsi un surriscaldamento del reattore delle valvole permettono l’ingresso di acqua nell’intercapedine consentendone il raffreddamento. Il rivestimento in acciaio risulta essere molto superiore per capacità di contenimento rispetto a quello in cemento armato di un reattore tradizionale fino a 15 volte.

Rimpicciolire ha però anche degli aspetti negativi. Un reattore SMR è in grado di estrarre meno energia da una unità di combustibile rispetto ad uno tradizionale. Ciò porta ad un aumento dei costi operativi. Questo può essere in qualche modo compensato dalla maggiore versatilità che un SMR può vantare. In un paese poco sviluppato può andare in aiuto alla rete elettrica nazionale mentre in un paese sviluppato può essere affiancato alle energie rinnovabili comprendo i gap a cui sono soggette a causa del cambiamento delle condizioni meteo.

Attualmente la NuScale sta portando avanti tutto il processo di certificazione necessario presso la Nuclear Regulatory Commission (NRC).

Aspetto “Difesa”

L’evoluzione dei sistemi di difesa ha portato gli eserciti moderni a dotarsi di un numero enorme sistemi in grado di sviluppare elettricità. Ogni apparato complesso come un sistema di difesa missilistico ha bisogno di un generatore, e di pure di grandi dimensioni, ma anche un sistema di comunicazione satellitare, la manutenzione degli aerei, etc. Tutte attività “elettrocentriche”. Senza considerare ancora l’impiego sempre più prossimo di armi di tipo laser. E’ dunque chiaro che i reattori qui proposti rappresentano una soluzione civile, piccola ma non abbastanza per poter essere usata a scopi militari. Sono in sviluppo particolari reattori vSMR in grado di essere contenuti dentro container e quindi trasportabili in tempi brevi. Lo Strategic Capabilities Office americano ha richiesto lo sviluppo di un reattore nucleare aviotrasportabile con un C-17. Ma questo lo approfondiremo in seguito.

Conclusioni

L’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA) ha affermato in uno studio che il nucleare è essenziale per de-carbonizzare la produzione di energia elettrica. I reattori SMR sembrano essere la risposta a questa domanda. Altamente configurabili, a basso costo, più sicuri rispetto a reattori tradizionali e molto più flessibili. E’ chiaro che tutto il mondo aspetti il perfezionamento della fusione nucleare ma l’utilizzo dei reattori SMR può colmare questo gap oppure essere addirittura l’unica opzione per certe applicazioni remoto o molto specializzate

Per chi volesse saperne di più, anche sul lato tecnico, allego un interessante studio, che seppur sia del dicembre 2003, può rispondere a diverse domande: Multi-Application Small Light Water Reactor


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