L’altro nucleare possibile

Si torna a parlare di nucleare, di questi tempi, citando spesso termini che appaiono a volte criptici, come gli Small Modular Reactors (Smr), a volte futuristici, come la IV generazione. Ma di che si tratta, cosa c’è di nuovo?

Partiamo dai piccoli reattori modulari. Un controsenso, all’apparenza. Sì, perché una legge economica pressoché universale, quella dell’“economia di scala”, ci dice che di norma si ottiene un risparmio se si costruiscono macchine più grandi, più potenti. Alcuni costi infatti sono praticamente fissi e dipendono poco o nulla dalla taglia dell’impianto: ad esempio i costi di ingegneria e di progettazione, i costi di licensing (ossia quelli per ottenere l’autorizzazione rilasciata dall’autorità nazionale di sicurezza, senza la quale non si può costruire né operare nulla), i costi di indagine e preparazione del sito. Altri costi invece crescono con la potenza dell’impianto, ma non con la stessa proporzione: l’acciaio che serve per costruire un grande recipiente in pressione, il componente che serve per ospitare il combustibile nucleare, è solo il 70 per cento in più, se decido di raddoppiare (+100 per cento) la taglia del reattore.

E allora, perché pensare di ribaltare una strategia perseguita dall’industria nucleare dai tempi di Fermi sino ai nostri? Ossia quella del continuo aumento di potenza dei reattori, da alcune decine di megawatt elettrici dei primi prototipi degli anni Cinquanta-Sessanta, che potremmo identificare come reattori di I generazione, sino alla stragrande maggioranza dei 439 reattori ancora oggi in funzione nel mondo, realizzati negli anni Settanta-Ottanta-Novanta, la II generazione, con taglie crescenti dai 300 sino ai 1.400 megawatt. Per giungere infine alla versione più nuova oggi disponibile, la III generazione, con macchine fino a 1.600 megawatt.

I clamorosi flop del passato

I buoni motivi per una inversione di tendenza, o almeno per giustificare l’esplorazione di altre strade, sono diversi. Il primo motivo è di particolare interesse per il mondo occidentale: la riduzione dei tempi e dei costi di costruzione. Infatti, l’esperienza attuale nella realizzazione di grandi reattori di III generazione è tutt’altro che un successo. I ritardi e gli extra costi subiti dalla tecnologia francese (Epr) in costruzione in Finlandia, a Olkiluoto, e in Francia, a Flamanville, così come dalla tecnologia statunitense (Ap1000) in Georgia, a Vogtle, e in South Carolina, centrale Vc Summer, sono imbarazzanti. Investimenti richiesti pari a oltre 11 miliardi di euro a fronte di un costo iniziale stimato in 3,5 miliardi, addirittura un progetto abbandonato (Vc Summer), insieme a tempi di costruzione lievitati dai 4-5 anni preventivati ai 10-12 attuali, con gli impianti non ancora terminati. Mentre paradossalmente gli stessi identici reattori, costruiti in Cina, sono già operativi e sono stati completati con ritardi e aumenti di budget lievi e praticamente fisiologici, essendo i primi esemplari di una nuova tecnologia.

È quindi lecito chiedersi perché le aziende occidentali non riescano a essere performanti quanto le imprese cinesi, russe, sudcoreane. Una facile risposta la possiamo ottenere guardando il calendario: 1999 e 1996, gli anni nei quali sono stati collegati alla rete elettrica gli ultimi due impianti elettronucleari, rispettivamente in Francia e negli Stati Uniti. Quale industria è in grado di riprendere le attività e dimostrarsi subito performante, dopo che è stata messa in congelatore per oltre due decenni? Invece, dal 2010 e dal 2014, rispettivamente, la Cina e la Russia avviano almeno un reattore ogni anno. A completare il quadro i sudcoreani, che stanno costruendo quattro grandi reattori negli Emirati Arabi Uniti, due dei quali sono già entrati in funzione. Con “solo” un paio di anni di ritardo, dovuto al mancato completamento della formazione per gli operatori delle nuove centrali, a reattori già costruiti.

I vantaggi della modularità

Risulta abbastanza evidente, allora, il motivo dell’interesse europeo e nordamericano, Canada incluso, per i piccoli reattori modulari: la possibilità di progettare e realizzare nuove macchine, più semplici e più sicure, riducendo tempi e costi di costruzione.

Semplicità e sicurezza in tempi e costi certi sono obiettivi che possono essere raggiunti sfruttando due linee progettuali specifiche e un vantaggio conseguente. La prima: l’utilizzo di sistemi di sicurezza passiva. Oltre ad avere una taglia più piccola e quindi una quantità di materiale radioattivo più contenuta, i reattori modulari presentano soluzioni innovative e di semplificazione per componenti e layout, rendendo più agevole l’utilizzo di sistemi di sicurezza che non necessitano di energia elettrica esterna per funzionare, eliminando così in buona parte la possibilità di scenari incidentali simili a Fukushima. In più: non necessitando di organi attivi come pompe o valvole, la probabilità di fallimento è praticamente residuale. Il risultato finale è quello di una centrale per la quale, in caso di incidente, non sarebbe necessario evacuare l’area circostante.

La seconda: la modularizzazione multiscala. Non solo è possibile concepire una centrale nucleare composta da più moduli di piccoli reattori, ma ciascuna unità viene progettata a sua volta in blocchi modulari, così che si possa spostare buona parte della costruzione in officina e non sul sito. Su quest’ultimo avviene dunque un assemblaggio, più che una costruzione, con vantaggi in termini di qualità, costi e tempi di realizzazione.

Il vantaggio complessivo che ne consegue: un ridotto rischio finanziario. Il costo di investimento è decisamente inferiore rispetto a un grande reattore. Inoltre, la realizzazione di una centrale composta da più moduli di reattori può essere distribuita nel tempo, con i ricavi delle prime unità che possono cofinanziare la realizzazione delle unità successive.

Ma ci sono altri vantaggi, apprezzati anche da chi è già allenato a costruire grandi reattori. In primis, la flessibilità di funzionamento dei piccoli, ottenibile attraverso la cogenerazione. Aspetto importante per gli scenari energetici prossimi: la taglia ridotta e le caratteristiche tecniche e di sicurezza li rendono più adatti all’accoppiamento con impianti per la produzione di acqua desalata, di biocombustibili, di idrogeno, per il teleriscaldamento e per lo stoccaggio di energia termica, quindi utilmente accoppiabili alle rinnovabili che per loro natura sono intermittenti, realizzando così veri e propri sistemi energetici “ibridi”.

Infine, le dimensioni ridotte consentono di pensare a reattori “trasportabili” in aree remote, dove le condizioni ambientali sono tali da rendere difficile la realizzazione di infrastrutture energetiche e impianti tradizionali, siano essi a combustibili fossili o a fonte rinnovabile. È il caso dei due piccoli reattori (Klt-40S) che i russi hanno montato su una nave a San Pietroburgo e trasportato in Čukotka, area mineraria all’estremo oriente della Russia artica: la nave ha attraccato nella baia e sta rifornendo di energia elettrica e calore le abitazioni e gli impianti di estrazione.

Dall’uranio al torio

E la IV generazione? Si riferisce non tanto alla taglia del reattore, quanto alla sua tecnologia. È possibile avere impianti di IV generazione sia grandi, sia piccoli e modulari, in questo caso possedendo praticamente tutte le caratteristiche prima citate. La differenza sta nella tipologia degli impianti: la III generazione è nella quasi totalità basata su reattori raffreddati ad acqua pressurizzata, liquida o bollente che sia, mentre nella IV troviamo reattori raffreddati con metallo liquido, sodio o piombo fuso, con gas elio o con sali fusi. Questo consente di ottenere un rendimento più elevato, ossia una maggior conversione di energia termica in energia elettrica. Anche il combustibile può essere molto diverso, di norma ancora uranio ma in prospettiva potrebbe essere impiegato il torio, più abbondante del precedente sulla Terra e in grado di produrre rifiuti che rimarrebbero radiotossici per tempi assai più brevi.

In realtà questa caratteristica di minor pericolosità dei rifiuti radioattivi è ottenibile anche con l’uranio. Infatti, il reattore può essere accoppiato a due ulteriori impianti: quello di riprocessamento, nel quale il combustibile esaurito viene lavorato e i rifiuti radioattivi più pericolosi separati, e quello di rifabbricazione, al quale i rifiuti vengono inviati per essere inclusi nel nuovo combustibile nucleare. Quest’ultimo sarà poi reinserito nel reattore di IV generazione, che a questo punto brucerà contemporaneamente combustibile e rifiuti, con una sorta di riciclo tipico da “economia circolare”. Tale bruciamento ridurrà la durata della radiotossicità residua dei rifiuti da 100 mila a 300 anni. Per questi reattori non sarebbero necessari, quindi, i depositi geologici profondi che pure sono in fase di realizzazione in Finlandia, Francia, Svezia, Canada.

Anche per la IV generazione il riferimento è la Russia, che realizzerà il primo sistema per il “riciclo e bruciamento” dei rifiuti entro il 2029.

Fin qui le novità. Ma quali sono i punti deboli? E quali i tempi? Le criticità sono essenzialmente legate ai tempi necessari per ottenere la licenza da parte dell’autorità di sicurezza, in ciascun paese nel quale si intende costruire il reattore, alla predisposizione di una filiera industriale internazionale per la costruzione in serie dei reattori piccoli modulari, alla disponibilità di nuovi materiali necessari ai reattori di IV generazione. Infine, più importante, la dimostrazione sul campo delle promesse, costruendo i primi esemplari nei tempi e nei costi previsti.

I tempi di queste nuove tecnologie appaiono compatibili con quelli della transizione ecologica: alcuni piccoli reattori modulari sono già operativi, in Russia e in Cina, altri saranno disponibili entro il 2030, mentre i primi reattori di IV generazione saranno realisticamente pronti tra il 2035 e il 2040.

Sullo sfondo, la fusione. I tempi in questo caso sono più lunghi, trattandosi di una tecnologia molto più complicata. I recenti successi raggiunti negli Stati Uniti e in Inghilterra, relativi rispettivamente alla produzione di magneti superconduttori a temperature più elevate e al raggiungimento del record di temperatura del plasma e di energia liberata, confermano la giusta direzione intrapresa.

Un’occasione da cogliere

Ma in questo scenario, l’Italia? Il nostro paese non sarebbe certamente un attore di secondo piano, se l’attore politico lo volesse. Perché industrie, centri di ricerca e università sono già coinvolte in studi e progetti europei e internazionali, su tutte e tre le nuove tecnologie nucleari: Small Modular Reactors, IV generazione e fusione. Nel nostro paese si svolgono i test sperimentali di alcuni componenti dei reattori piccoli e modulari, inoltre la Francia è interessata a coinvolgere l’Italia nel suo nuovo progetto, Nuward, inserito dal presidente Macron al primo punto del loro Recovery plan. L’Italia è leader di uno dei progetti di reattore di IV generazione, Alfred, in collaborazione con la Romania e altri partner europei. Inoltre, il comparto industriale nucleare italiano ha già riscosso notevoli successi nelle forniture di componenti e sistemi per il progetto Iter, il più grande impianto di fusione al mondo in costruzione in Francia.

Una considerazione conclusiva: come scritto in un articolo preparato per il think tank Lettera 150 e pubblicato di recente, «l’investimento sul nucleare, oltre ad essere green, è un beneficio per l’Europa anche dal punto di vista geopolitico e di politica industriale, perché oltre l’80 per cento dei soldi spesi per l’investimento e il funzionamento di questi impianti energetici rimangono nell’Unione», su tecnologie di proprietà europea. Un aspetto da valutare attentamente, in questa drammatica contingenza storica.

* * *

Marco Enrico Ricotti, autore di questo articolo, è professore ordinario di Impianti nucleari al Politecnico di Milano