Centrali Nucleari Nuova Generazione: più sicure, piccole ed ecologiche

Un nuovo tipo di tecnologia per l’energia nucleare – piccoli reattori modulari che promettono di produrre energia a emissioni zero in modo più sicuro ed efficiente rispetto alle tradizionali centrali nucleari – si sta avvicinando alla realtà poiché un pugno di aziende spinge per superare gli ostacoli normativi chiave.

Il governo degli Stati Uniti non ha ancora approvato i reattori, che richiedono molto meno spazio di una tipica centrale nucleare e producono energia nucleare su scala relativamente più piccola, per la costruzione, ma segnala la volontà di farlo in futuro.

A dicembre, la Nuclear Regulatory Commission, l’agenzia governativa indipendente incaricata di garantire la sicurezza delle centrali nucleari, ha concesso alla Tennessee Valley Authority il primo permesso in assoluto per un sito iniziale per un piccolo progetto di reattore modulare. L’utilità del Tennessee attualmente non ha in programma di costruire e gestire SMR, ma il permesso le dà la possibilità se sceglie di perseguire quella tecnologia in seguito.

Se così fosse, la decisione dell’NRC segnerebbe il primo passo di un lungo processo di approvazione, ma gli osservatori del settore vedono ancora la mossa come un indicatore importante di dove sta andando la tecnologia.

La scorsa settimana, il Dipartimento dell’Energia ha invitato le aziende specializzate in tecnologia nucleare avanzata a presentare i loro progetti come parte di uno sforzo del governo per mantenere gli Stati Uniti competitivi a livello globale quando si tratta di tecnologia nucleare.

Gli SMR sono stati salutati come un modo in cui gli Stati Uniti potrebbero combattere il cambiamento climatico. La nuova tecnologia potrebbe aiutare a rafforzare la produzione nazionale di energia nucleare, che non emette anidride carbonica.

Tuttavia, passeranno probabilmente diversi anni prima che uno qualsiasi degli attuali progetti SMR sia operativo mentre le aziende, le agenzie federali e le comunità locali cercheranno di percorrere la strada migliore per la nuova tecnologia.

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Cos’è un piccolo reattore nucleare modulare?

Come suggerisce il nome, i piccoli reattori modulari producono minori quantità di energia rispetto ai tipici reattori nucleari. Per essere considerato un SMR, il reattore non può generare più di 300 megawatt per modulo , rispetto agli attuali reattori nucleari che possono produrre da 500 megawatt a più di 1.000 megawatt. Un progetto SMR della società NuScale di Portland, Oregon, produrrebbe 60 megawatt, energia sufficiente per alimentare 45.000 case.

Ma diverse unità SMR potrebbero essere combinate in una rete e costruite su misura in base alle esigenze delle comunità che servono. La loro potenza può anche essere regolata dopo che sono operativi in ​​base alla domanda dei consumatori o alla disponibilità di elettricità prodotta da altre fonti in una determinata ora del giorno o dell’anno.

“I piccoli reattori modulari possono essere progettati per aumentare e diminuire la domanda in modo molto flessibile, in un modo più conveniente, al fine di adattarsi meglio a questo nuovo sistema elettrico emergente che includerà le energie rinnovabili e altre fonti di energia fornitura”, ha affermato William Magwood IV, direttore generale dell’Agenzia per l’energia nucleare, un’agenzia intergovernativa che promuove la cooperazione globale sulla tecnologia nucleare.

Le società SMR affermano che i loro reattori richiederebbero anche molta meno terra rispetto alle centrali nucleari esistenti. NuScale ha progettato un progetto da 720 megawatt che sarebbe composto da 12 reattori , sufficienti per alimentare 540.000 case, e si estenderebbe su appena 13 ettari . A quelle dimensioni, sarebbe 17 volte più piccolo di una centrale nucleare tradizionale che produce la stessa quantità di elettricità, secondo la società.

Gli SMR possono anche essere costruiti in una fabbrica e spediti nel luogo in cui eventualmente opereranno, riducendo i costi di costruzione. Magwood ha paragonato quel processo alla produzione di un aereo di linea commerciale, mentre la costruzione di una tradizionale grande centrale nucleare è più analoga alla costruzione di un intero isolato.

Come sono progettati i piccoli reattori nucleari modulari SMR per migliorare la sicurezza?

Gli incidenti nucleari gravi sono piuttosto rari e causano molti meno decessi rispetto agli incidenti in altri settori energetici. Ma quelli che si sono verificati – Chernobyl, Three Mile Island e Fukushima – hanno portato a una diffusa preoccupazione per la sicurezza della produzione di energia nucleare. L’incidente di Three Mile Island del 1979 rimane il più grave incidente nucleare nella storia degli Stati Uniti , in cui “una piccola quantità di materiale radioattivo” è stata rilasciata ma non si sono verificati feriti.

Le aziende che stanno sviluppando piccoli reattori modulari sperano di affrontare queste preoccupazioni inserendo nuove caratteristiche di sicurezza nei loro progetti.

NuScale utilizza la tecnologia dell’acqua leggera , in cui l’acqua viene utilizzata per evitare il surriscaldamento dei nuclei, in modo simile a quello utilizzato nelle centrali nucleari di oggi. Ma ci sono differenze fondamentali.

I reattori esistenti utilizzano pompe per mantenere un flusso d’acqua costante per raffreddare i loro nuclei e sono dotati di generatori diesel di riserva per mantenere attivo il processo in caso di interruzione di corrente. Quando questi sistemi complessi si guastano, come è accaduto nella centrale nucleare di Fukushima Daiichi in Giappone nel 2011, il nucleo può surriscaldarsi e rischiare un guasto catastrofico. L’SMR di NuScale si basa su forze naturali di riscaldamento e raffreddamento che si combinano con la gravità per far circolare l’acqua attraverso il suo sistema, eliminando la necessità di pompe.

Marc Nichol, il direttore senior dei nuovi reattori presso il Nuclear Energy Institute, un gruppo di lobby del settore che promuove l’energia nucleare, ha affermato che “riduce notevolmente” il potenziale di un incidente.

“Man mano che semplifichi e rimpicciolisci queste macchine, aumenti effettivamente la sicurezza di queste in modo da poter progettare potenziali incidenti ed eliminare le apparecchiature di backup che sarebbero state necessarie”, ha affermato Nichol.

TerraPower, una società di innovazione nucleare fondata da Bill Gates e con sede a Bellevue, Washington, ha progettato due modelli che utilizzano sodio liquido e sale fuso anziché acqua come refrigerante. Il punto di ebollizione del sodio liquido è superiore alla temperatura prodotta dalla reazione nucleare stessa, quindi la società afferma che il reattore non si surriscalderà.

Il reattore di sale fuso di TerraPower, nel frattempo, mescola quel sale liquido riscaldato con il suo combustibile. Questa azione crea un circuito che circola naturalmente attraverso il sistema mentre si riscalda e si raffredda, eliminando la necessità di una forza esterna per mantenere il processo in corso.

I fautori degli SMR annunciano i miglioramenti incorporati in questa prossima generazione di tecnologia nucleare, ma queste strutture non sono state ancora costruite e testate.

Edwin Lyman, direttore della sicurezza dell’energia nucleare presso la Union of Concerned Scientists senza scopo di lucro, si è detto preoccupato per il fatto che le aziende che progettano SMR stiano “mettendo troppe azioni” in quelle che affermano essere caratteristiche di sicurezza intrinseche.

È più facile prevenire il surriscaldamento e il potenziale scioglimento dei nuclei degli SMR date le loro dimensioni e potenza ridotte, ha affermato Lyman, ma ha affermato che le misure di sicurezza di backup sono ancora importanti.

I reattori sono sistemi complessi e Lyman ha affermato che gli scenari di incidenti simulati al computer potrebbero non rilevare potenziali carenze dei progetti proposti. Conseguenze inaspettate possono sorgere, ha affermato, una volta che una struttura è effettivamente operativa.

Lyman sostiene che i nuovi reattori avranno bisogno di più livelli di funzionalità di sicurezza, “in modo che se hai indovinato male o la tua analisi ha incertezze e ti sei perso qualcosa, c’è un backup”.

Quanto sono vicine le piccole centrali nucleari SMR a diventare una realtà?

La Nuclear Regulatory Commission sta attualmente esaminando il progetto SMR di NuScale. Se il processo procederà senza intoppi, NuScale potrebbe essere approvato già a settembre, rendendolo il primo a ricevere il via libera per concedere in licenza il suo progetto per la costruzione.

Inizialmente TerraPower aveva un accordo per costruire sia un impianto dimostrativo che, successivamente, una serie di reattori commerciali di sodio liquido in Cina. Ma quei piani sono stati fatti deragliare a causa della disputa commerciale dell’amministrazione Trump con quel paese, che proibiva l’esportazione di tecnologia nucleare avanzata. Ora, la società sta cercando di andare avanti invece negli Stati Uniti.

NuScale e TerraPower sembrano essere due leader del settore negli Stati Uniti, ma anche molte altre società stanno progettando SMR e poiché il processo normativo richiede anni, non è chiaro quale azienda, se presente, finirà per essere la prima a costruire e gestire un impianto SMR negli Stati Uniti

Come si è visto con un impianto solare del Nevada , la tecnologia in rapido sviluppo offre anche alle aziende l’opportunità di scavalcare l’un l’altro e rendere obsoleti i progetti dei concorrenti che sono in lavorazione da anni.

L’energia nucleare potrebbe aiutare a mitigare gli effetti del cambiamento climatico?

Oltre alle fonti di energia rinnovabile, il Gruppo intergovernativo delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici ha affermato che l’energia nucleare potrebbe svolgere un ruolo importante nella mitigazione degli effetti del cambiamento climatico.

Ma prima che la tecnologia possa espandersi, il panel ha sottolineato che le preoccupazioni relative all’energia nucleare, come la sicurezza, l’efficienza economica e la gestione dei rifiuti, dovrebbero essere affrontate.

Dal 1990, l’energia nucleare ha rappresentato quasi il 20 per cento della produzione totale di elettricità degli Stati Uniti. Il governo federale intende continuare a fare affidamento sui reattori esistenti il ​​più a lungo possibile e molte strutture hanno il permesso di estendere le loro licenze per diversi decenni.

In una conferenza dell’Agenzia internazionale per l’energia del 2019, il vicesegretario all’energia degli Stati Uniti Dan Brouillette ha affermato che sia i reattori nucleari esistenti che le nuove tecnologie sono “cruciali per ridurre le emissioni di carbonio e aumentare la sicurezza energetica“.

L’uranio, l’elemento necessario per alimentare i reattori nucleari, è abbastanza economico e può essere estratto sia dalla Terra che dall’acqua di mare . Secondo l’Agenzia internazionale per l’energia atomica, la fornitura mondiale di uranio è “ più che adeguata ” per soddisfare il fabbisogno energetico nucleare globale previsto per il prossimo futuro.

Ma i reattori nucleari producono anche scorie radioattive che possono essere difficili da smaltire. I rifiuti sono generalmente stoccati in loco presso impianti nucleari, anche se la comunità scientifica ritiene che i depositi geologici profondi siano l’opzione migliore per lo smaltimento a lungo termine.

Dal 1987, gli Stati Uniti hanno preso in considerazione l’idea di immagazzinare le proprie scorie nucleari all’interno di un deposito da 96 miliardi di dollari all’interno della Yucca Mountain in Nevada. La struttura di Yucca Mountain, sostiene il governo, risolverebbe la sfida di immagazzinare rifiuti che possono essere pericolosi per decine di migliaia di anni: materiali radioattivi che ora sono immagazzinati in strutture che alcuni critici avvertono non sono sicure. Il piano Yucca è diventato molto controverso e si è bloccato più volte a causa dei residenti del Nevada preoccupati per la sicurezza dello stoccaggio dei rifiuti nel loro stato, ma l’amministrazione Trump sembra stia lavorando per riavviare lo sforzo.

Alcune aziende dei piccoli reattori nucleari SMR sperano di alleviare alcune delle preoccupazioni per le scorie nucleari.

Terrapower afferma che il suo reattore di sodio liquido può essere alimentato dall’uranio impoverito , un sottoprodotto del processo di arricchimento dell’uranio utilizzato per creare combustibile sia per i reattori nucleari che per le armi. Navin ha spiegato che il reattore utilizza anche più combustibile rispetto ai tradizionali reattori ad acqua leggera, che produrrebbero “circa l’80% in meno di scorie“.

John Parsons, co-direttore del Center for Advanced Nuclear Energy Systems del MIT Energy Initiative, ha affermato che le esigenze e le capacità regionali determineranno dove il nucleare si inserirà nel quadro più ampio della produzione di energia, incluso l’accesso alle fonti di energia rinnovabile, che varia in tutto il paese. così come il successo delle aziende nel ridurre i costi.

“[L’energia nucleare è] chiaramente a basse emissioni di carbonio. È relativamente sicura. Ma è vero che il pubblico è preoccupato per i problemi di sicurezza e per le scorie”, ha detto Parsons. “Quindi probabilmente dobbiamo avere una buona conversazione su questo per andare avanti nel modo più efficace possibile”.

Spetta anche all’industria dimostrare che gli SMR e altre tecnologie nucleari avanzate sono affidabili nella pratica quanto in teoria.

“[I produttori] devono effettivamente costruire queste cose e dimostrare che possono costruirle in modo conveniente, nei tempi previsti e farle funzionare in sicurezza”, ha detto Magwood. “Finché non l’hanno fatto, non è reale.”

Chiarimento: questa storia è stata aggiornata per indicare che la Commissione di regolamentazione nucleare potrebbe approvare la domanda di NuScale già a settembre.

Sopra: la nuova centrale nucleare in Finlandia, voluta fortemente dai cittadini.

Fonti energetiche in Italia:

• Eolico e solare non bastano: serve in nucleare secondo World Bank
• Energia solare in Italia
• Energia eolica in Italia
• Energia idroelettrica in Italia
• Energia ad idrogeno