Energia nucleare e cambiamento climatico

Scienza & Tecnologia

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Il mondo è quasi fuori tempo per quanto riguarda la decarbonizzazione del settore energetico.

Farlo, concordano gli esperti, è essenziale per prevenire alcune delle conseguenze più allarmanti del cambiamento climatico, tra cui l’innalzamento del livello del mare, la siccità, gli incendi, gli eventi meteorologici estremi, l’ acidificazione degli oceani. Queste minacce hanno contribuito a generare un nuovo interesse per il potenziale dell’energia nucleare e, più specificamente, per progetti innovativi di reattori nucleari, per consentire alle persone di fare meno affidamento su fonti di elettricità che emettono carbonio come carbone, gas naturale e petrolio.

Osserviamo che il nucleare genera prevalentemente energia elettrica che è mediamente , massimo un quarto del bilancio energetico nazionale. Negli ultimi anni, i progetti nucleari avanzati sono stati al centro di un intenso interesse e supporto sia da parte di investitori privati ​​come Bill Gates, che ha fondato TerraPower, un’azienda di progettazione di reattori nucleari, nel 2006, sia da parte di governi nazionali.

 I trend economici degli impianti esistenti e di quelli in costruzione, l’energia nucleare non può avere un impatto positivo sul cambiamento climatico nei prossimi dieci anni o più.

Dati i lunghi tempi di sviluppo di prototipi ingegnerizzati e su larga scala di nuovi progetti avanzati e il tempo necessario per costruire una base di produzione e una base di clienti per rendere l’energia nucleare più competitiva economicamente, è improbabile che l’energia nucleare inizierà a ridurre significativamente la nostra impronta energetica di carbonio anche solo tra 20 anni.

 I reattori di potenza attualmente in funzione o in costruzione negli Stati Uniti, in Francia, in Giappone e in diversi altri paesi sono tutti varianti del reattore ad acqua leggera, un impianto alimentato da combustibile di uranio poco arricchito e raffreddato e “moderato” dall’acqua. (“La moderazione” riduce l’energia dei neutroni rilasciati in una reazione di fissione per migliorare la probabilità di causare un’ulteriore fissione nel combustibile di uranio.)

Il Canada gestisce reattori che utilizzano combustibile di uranio leggermente arricchito e sono raffreddati e moderati dall’acqua pesante, che contiene deuterio, un tipo di isotopo dell’idrogeno. Il Regno Unito gestisce un singolo reattore ad acqua leggera, così come alcuni reattori raffreddati a gas. Questi tipi di reattori sono tutti di grandi dimensioni, in grado di generare miliardi di chilowattora di elettricità. 

I nuovi produttori di reattori propongono di realizzare reattori più piccoli i cosiddetti Small Modular Reactors e di utilizzare diversi tipi di combustibili, refrigeranti e moderatori. Uno di questi nuovi progetti, il reattore NuScale, un piccolo reattore ad acqua leggera in grado di generare 77 megawatt di elettricità e che enfatizza le caratteristiche di sicurezza passiva, e il fallimento del primo progetto di SMR made in USA.  

Nel 2016 NuScale formalizza la sua richiesta di licenza all’Autorità di Sicurezza Nucleare americana (NRC) e nel 2020 riceve l’approvazione da parte della stessa, primo SMR USA ad ottenere il risultato. Una procedura fondamentale nel nucleare, perché dopo il nulla osta da parte dell’autorità statale un progetto diventa realmente commercializzabile. Il costo di costruzione fatti salvi gli oneri finanziari  è cresciuto da una iniziale 7.000 $/kWe  (chilowatt elettrico) agli 11.000 $/kWe del 2020 sino agli attuali 20.000 $/kWe, portando l’investimento complessivo per il progetto da 5,3 a 9,3 miliardi di dollari, corrispondente a un costo di produzione dell’elettricità da 58 a 89 $/MWh. Costi che hanno determinato il fallimento del progetto .

Altri progetti di SMR riguardano il Canada  con il  BWRX-300 di General Electric (potenza da 300 mila Kw elettrici) e   EdF che,  costruirà in Francia il suo primo SMR da 170 MWe, Nuward in centrali da 2 moduli e sta spingendo perché questo diventi un progetto condiviso a livello EU, coinvolgendo da subito le autorità di sicurezza di diversi paesi europei .

I costi di capitale per l’energia nucleare sono più elevati rispetto a quasi tutte le altre tecnologie di produzione di energia. Ci sono poi  altri progetti di reattori meno convenzionali, come il reattore veloce raffreddato al sodio. Questo sarebbe a detto dei proponenti il reattore “ Principe” . Otto paesi hanno costruito più versioni di questo tipo di reattore negli ultimi sei decenni a un costo di oltre  100 miliardi di dollari, ma nessuno si è dimostrato abbastanza affidabile da produrre elettricità in modo competitivo. Ciononostante, il Dipartimento dell’Energia degli USA ha deciso di utilizzare questo progetto per il suo Versatile Test Reactor, che sarà costruito presso l’Idaho National Laboratory in collaborazione con GE Hitachi e TerraPower. Il Versatile Test Reactor, il cui costo è stimato tra 3 e i 6 miliardi di dollari  , dovrebbe iniziare a testare i combustibili entro il 2026.

Altri fornitori di startup stanno prendendo in considerazione altri due progetti.

Il primo riguarda i reattori a sali fusi, di cui solo pochi sono mai stati operativi. Questi utilizzano sali di fluoro o cloruro, spesso miscelati con litio o berillio.

Più promettenti sono i reattori a gas ad alta temperatura che utilizzano l’elio come refrigerante e la grafite, anziché l’acqua, come moderatore.

Gli Stati Uniti hanno costruito e gestito due di questi reattori di potenza tra gli anni ’60 e ’80. Cina, Germania e Giappone hanno tutti costruito e gestito versioni di prova di reattori a gas ad alta temperatura.

Un’altra sfida importante è che questi nuovi reattori devono anche utilizzare nuovi combustibili, che devono essere autorizzati e prodotti, gestiti durante l’uso, immagazzinati e smaltiti una volta esauriti.

Alcuni nuovi progetti di reattori dipendono dall’uso di combustibili che richiedono maggiori arricchimenti di uranio, materiale che disponibile in pochi Stati. I combustibili più arricchiti hanno scatenato preoccupazioni sulla proliferazione delle armi nucleari e richiederebbero salvaguardie internazionali. 

Anche se questi difficili problemi di alimentazione potessero essere risolti, i progetti di reattori non convenzionali affrontano anche sfide costruttive formidabili. Molti dei nuovi progetti avanzati si basano sulla disponibilità di siti adeguati e su una costruzione efficiente per ottenere redditività. Ma l’industria nucleare è stata afflitta da lunghi tempi di costruzione e sforamenti di costi. Dall’incidente di Three Mile Island del 1979, il tempo di costruzione per costruire la maggior parte dei reattori negli Stati Uniti ha superato i 10 anni  . Nel frattempo, i costi sono saliti alle stelle.

L’impianto di Vogtle in Georgia è l’unica nuova costruzione di reattori negli Stati Uniti.

I due reattori dell’impianto erano inizialmente valutati in 14 miliardi di dollari e si prevedeva che avrebbero  iniziata la produzione  dopo cinque anni di costruzione dal 2016. Invece, il primo kwh è stato prodotto a luglio 2023 con un  costo finale di 28 miliardi di dollari. Un raddoppio rispetto ai 14 miliardi stimati .

Anche  esperienza di costruzione del  nuovo  reattore EPR (European Pressurized Reactor)  francese ha subito molteplici ritardi e grandi sforamenti di costi sia,  in Francia che in Finlandia.

IL reattore nucleare Epr di Flamanville (Manche), il più potente della Francia, è stato collegato il 20 dicembre scorso  alla rete elettrica nazionale, dopo 17 anni di costruzione, 12 anni di ritardo e un costo di circa 13 miliardi di euro, quattro volte superiore al budget iniziale 

Questi megaprogetti si scontrano con sfide nella gestione del programma e nel controllo di qualità, nonché con questioni normative che provocano lunghi ritardi.

Gli Stati Uniti non sono certo un caso isolato in questo senso. I reattori nucleari in tutto il mondo stanno invecchiando e, per la maggior parte, non vengono sostituiti man mano che vengono chiusi. L’età media dei 408 reattori operativi nel mondo nel 2020 era di 31 anni, con 81 di loro che avevano più di 41 anni. 

Per tutte queste ragioni, l’energia nucleare non può essere una panacea a breve o forse nemmeno a medio termine , per il cambiamento climatico. Considerati i numerosi ostacoli economici, tecnici e logistici che si frappongono alla costruzione di reattori più sicuri, più efficienti e più competitivi in ​​termini di costi, l’energia nucleare non sarà in grado di sostituire altre forme di generazione di energia abbastanza rapidamente da raggiungere i livelli di riduzione delle emissioni necessari per prevenire i peggiori effetti del cambiamento climatico.

Le innovazioni nella progettazione dei reattori e nei combustibili nucleari meritano ancora una ricerca significativa .

Intanto è stata costituita in Italia la Newco con il 51% Enel, Ansaldo Nucleare 39% e 10% Leonardo. Obiettivo? Verifica fattibilità in Italia reattori SMR ( Small Modular Reactor)  e AMR ( Advanced Modular  Reactor ). Un AMR ,  LFR-AS-30 sviluppato da ENEA , raffreddato al piombo . Ne riparleremo dettagliatamente facendo riferimento allo sviluppo delle tecnologie nel Forum Internazionale di Generazione IV.

 Piuttosto che riporre una fede infondata nella capacità dell’energia nucleare di salvare il pianeta, dobbiamo concentrarci sulla vera minaccia: il cambiamento climatico. E abbiamo bisogno di un forte sostegno del governo per le tecnologie energetiche che non emettono carbonio che sono pronte per essere implementate oggi, non tra dieci o vent’anni, perché abbiamo esaurito il tempo.

Non possiamo aspettare un minuto di più

 

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