Tecnologie nucleari in Europa: cinque strade fino al 2050

Cosa sta accadendo nel Mondo e in Europa sul versante nucleare? Quali tecnologie e quali opportunità, immediate e future, pensando anche all’Italia?

Cerchiamo di fare un po’ di ordine.

Tecnologie nucleari in Europa: leadership persa e segnali di ripresa

Circa la prima domanda, due semplici dati fanno pensare, il primo in positivo: oggi sono ben 78 i reattori nucleari in costruzione sul globo, un numero significativo se pensiamo che erano 54 solo sei anni fa.

Il secondo dato spegne però gli entusiasmi, a noi che viviamo in Occidente: oltre il 75% di questi reattori sono di tecnologia cinese (35) e russa (25). Nord-America ed Europa hanno perso la leadership in questo settore, almeno per quanto riguarda la capacità realizzativa. Considerato il ruolo geopolitico e strategico di questa fonte energetica, è il caso di rimboccarsi le maniche.

Soprattutto, non perdendo la capacità di sviluppare innovazione e nuove tecnologie.

Qualche segnale di ripresa emerge: in Canada (il primo di quattro Small Modular Reactors di progettazione americana è finalmente in costruzione) e in diverse nazioni europee, dalla Francia alla Svezia, dalla Repubblica Ceca alla Polonia (programmi di costruzione sia di grandi sia di piccoli reattori). Per l’Italia, alle prese con l’approvazione della legge-quadro in Senato, settembre potrebbe essere il mese decisivo.

Le tecnologie nucleari disponibili oggi

Alla seconda domanda circa le tecnologie nucleari disponibili e i loro tempi, possiamo rispondere con cinque opportunità:

Estensione di vita dei reattori attuali (oggi)

Le maggiori occasioni di sviluppo nucleare immediato, in termini di tempi rapidi e costi contenuti, sono nella life extension dei reattori attuali, quelli costruiti negli anni ’70-‘90. La loro vita operativa è tecnicamente e legalmente prevista durare 40 anni, al termine dei quali si dovrebbe procedere all’arresto definitivo dell’impianto e in seguito allo smantellamento.

Ma per la maggioranza delle unità appartenenti a questa categoria, in realtà, si è già proceduto (es. negli Stati Uniti) e si prospetta un’estensione di vita per altri 10-20 anni, di norma dopo opere di aggiornamento dei sistemi di sicurezza e di sostituzione di alcuni componenti con elementi nuovi aventi prestazioni migliorate (in molti casi si aumenta anche la potenza dell’impianto di circa il 10-20%). Nessun’altra fonte energetica possiede impianti per la produzione di elettricità in grado di funzionare così a lungo.

Reattori evolutivi di grande taglia (oggi)

L’industria nucleare all’inizio del nuovo millennio ha sviluppato un’evoluzione della tecnologia standard, migliorandone decisamente la performance e il grado di sicurezza – fossero stati presenti questi reattori a Fukushima, verosimilmente non si sarebbe verificato quello scenario incidentale severo. Si tratta di reattori di grande taglia, ben oltre i 1000 MWe di potenza per sfruttare i vantaggi dell’economia di scala, larga parte dei reattori oggi in costruzione.

Unità di questo tipo operano già da alcuni anni con successo in Russia, in Cina, negli Emirati Arabi Uniti. Anche in Finlandia, in Francia e negli Stati Uniti, sebbene siano stati realizzati con notevoli criticità, in termini di tempi e costi di costruzione.

SMR e cogenerazione: il salto delle tecnologie nucleari dal 2030

Il terzo contributo sarà offerto da tecnologie innovative, rappresentate dai piccoli reattori modulari (Small modular reactors, Smr), caratterizzati da dimensioni e taglie ridotte, comprese tra 100 e 300 MWe per modulo, con soluzioni di sicurezza di tipo “passivo”, ossia praticamente senza necessità di alimentazione elettrica e di intervento umano in caso di incidente.

Gli Smr in sostanza sono ancora basati sull’impiego dell’acqua per il raffreddamento, sono progettati per essere costruiti principalmente in officina, cioè in un ambiente più controllato rispetto al cantiere, quindi trasportati e assemblati in loco.

Ciò garantirebbe tempi e costi più certi e ridotti, offrendo un minor rischio finanziario. L’installazione di moduli in successione, favorita dalla modularità, consentirà anche un effetto di autofinanziamento: mentre un modulo produce elettricità, con il flusso di cassa è possibile co-finanziare la realizzazione del modulo successivo.

Gli Smr apriranno anche opportunità per la cogenerazione, producendo elettricità e calore per il teleriscaldamento, la desalazione dell’acqua, la produzione di biocarburanti e, non ultima, la produzione di idrogeno. Questa tecnologia è già in funzione in Russia e in Cina è ora in costruzione anche in Occidente (come già detto in Canada, a Darlington), sarà destinata a maturare agli inizi del nuovo decennio anche nel resto del mondo, Europa inclusa.

Tecnologie nucleari avanzate: AMR, MMR e riciclo dei rifiuti

Entro il nuovo decennio è previsto si renda disponibile una tecnologia avanzata, molto diversa da quelle standard ed evolutiva: non più reattori raffreddati ad acqua, bensì a piombo o a sodio liquidi, a sali fusi o ad elio, ma con le caratteristiche di modularità e di sicurezza “passiva” in comune con i reattori innovativi.

Le taglie saranno contenute, entro i 300 MWe (Advanced modular reactors, Amr) o addirittura ridotte a meno di 10 MWe (Micro modular reactors, Mmr). Oltre a promettere alti standard di sicurezza, potrà consentire un ulteriore passo avanti in termini di sostenibilità del ciclo del combustibile, attraverso il riciclo dei rifiuti a lunga vita e ad alta radioattività, quelli più pericolosi.

In questo modo, la durata della radiotossicità dei rifiuti sarà drasticamente ridotta, da oltre 100 mila a meno di 300 anni. Tuttavia, per raggiungere questo scopo si dovranno affrontare e risolvere alcune fasi molto delicate dal punto di vista sia tecnologico sia geopolitico-strategico, quali il riprocessamento del combustibile e l’estrazione del plutonio.

La prima dimostrazione di questa nuova soluzione di reattore e di riciclo è già in costruzione in Russia e dovrebbe essere completata addirittura attorno al 2030.

Fusione nucleare in Europa: la sfida verso il 2050

Una nuova tecnologia con meno problemi di sicurezza rispetto alla fissione, ma con un livello di complessità decisamente superiore dal punto di vista fisico e ingegneristico, se si considera che i primi studi sulla fusione termonucleare controllata per scopi civili iniziarono negli anni ’50, alcuni anni dopo la dimostrazione di Fermi circa il controllo della reazione di fissione a catena (1942).

Passi importanti verso la futura fase commerciale saranno sia l’accensione del reattore Iter, in costruzione a Cadarache in Francia e al quale l’Europa collabora insieme a Cina, Corea del Sud, Giappone, India, Russia e Stati Uniti, sia le iniziative che diverse start-up supportate da private equity hanno avviato negli anni recenti, una fra tutte quella di Commonwealth fusion system (Cfs), spinout del Mit di Boston, nella quale Eni gioca il ruolo di primo investitore industriale.

Saranno comunque i prossimi anni a confermare o smentire le tempistiche e le prospettive.

L’Italia nelle tecnologie nucleari europee

L’Italia è oggi particolarmente interessata agli SMR, ma è molto attiva anche sullo sviluppo di AMR e reattori a fusione. L’opzione nucleare è richiesta soprattutto dai settori industriali energivori, in seria difficoltà circa l’approvvigionamento sicuro di grandi quantità di elettricità a prezzi competitivi o almeno stabili e prevedibili. Un’opzione da considerare, ma che necessita di integrarsi con una strategia europea, soprattutto se si pensa ai piccoli reattori modulari per i quali è indispensabile attivare una produzione in serie, quindi condivisa con altri paesi.