I nuovi reattori nucleari più sicuri che potrebbero aiutare a fermare il cambiamento climatico

Giuliano Berman

BP potrebbe non essere la prima fonte a cui rivolgersi per le notizie ambientali, ma la sua revisione annuale dell'energia è molto apprezzata dagli osservatori del clima. E il suo messaggio del 2018 era duro: nonostante l'angoscia per il riscaldamento globale, il carbone era responsabile del 38% della potenza mondiale nel 2017, esattamente lo stesso livello di quando 20 anni fa è stato firmato il primo trattato globale sul clima. Peggio ancora, lo scorso anno le emissioni di gas serra sono aumentate del 2,7%, il più grande aumento degli ultimi sette anni.

Tale stagnazione ha portato molti politici e gruppi ambientalisti a concludere che abbiamo bisogno di più energia nucleare. Persino i ricercatori delle Nazioni Unite, non entusiasti in passato, ora affermano che ogni piano per mantenere l'aumento della temperatura del pianeta al di sotto di 1,5 °C si baserà su un salto sostanziale dell'energia nucleare.

Questa storia faceva parte del nostro numero di marzo 2019

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Ma siamo diretti nell'altra direzione. La Germania dovrebbe chiudere tutte le sue centrali nucleari entro il 2022; L'Italia ha votato tramite referendum per bloccare qualsiasi progetto futuro nel 2011. E anche se il nucleare ha avuto un ampio sostegno pubblico (cosa che non ha), è costoso: diverse centrali nucleari negli Stati Uniti hanno chiuso di recente perché non possono competere con il gas di scisto a buon mercato .

Se la situazione attuale persiste, è probabile che più centrali nucleari chiuderanno e saranno sostituite principalmente dal gas naturale, causando un aumento delle emissioni, ha affermato l'Unione degli scienziati interessati, storicamente scettici sul nucleare, nel 2018. Se tutte quelle centrali chiudessero, le stime suggeriscono, le emissioni di carbonio aumenterebbero del 6%.

A questo punto, il dibattito critico non è se supportare i sistemi esistenti, afferma Edwin Lyman, direttore ad interim del progetto di sicurezza nucleare dell'UCS. Una domanda più pratica è se sia realistico che le nuove centrali nucleari possano essere dispiegate nei prossimi decenni al ritmo necessario.

All'inizio del 2018 c'erano 75 progetti separati di fissione avanzata cercando di rispondere a questa domanda solo in Nord America, secondo il think tank Third Way. Questi progetti utilizzano lo stesso tipo di reazione utilizzato nei reattori nucleari convenzionali che sono stati utilizzati per decenni: fissione o scissione degli atomi.

Una delle tecnologie leader è il piccolo reattore modulare, o SMR: una versione ridotta dei sistemi a fissione convenzionali che promette di essere più economico e sicuro. NuScale Power, con sede a Portland, Oregon, ha un design da 60 megawatt che sta per essere implementato. (Un tipico impianto a fissione convenzionale ad alto costo potrebbe produrre circa 1.000 MW di potenza.)

NuScale ha un accordo per installare 12 piccoli reattori per fornire energia a una coalizione di 46 servizi pubblici negli Stati Uniti occidentali, ma il progetto può andare avanti solo se i membri del gruppo accettano di finanziarlo entro la fine di quest'anno. La storia suggerisce che non sarà facile. Nel 2011, Generation mPower, un altro sviluppatore SMR, aveva un accordo per costruire fino a sei reattori simili a quelli di NuScale. Aveva il sostegno dei proprietari di società Babcock & Wilcox, uno dei più grandi costruttori di energia del mondo, ma il patto è stato accantonato dopo meno di tre anni perché non erano emersi nuovi clienti. Nessun ordine significava che i prezzi non sarebbero scesi, il che ha reso l'accordo insostenibile.

Mentre l'approccio di NuScale prende i tradizionali reattori nucleari raffreddati ad acqua leggera e li riduce, i cosiddetti sistemi di quarta generazione utilizzano refrigeranti alternativi. La Cina sta costruendo un reattore raffreddato al sodio su larga scala nella provincia del Fujian che dovrebbe entrare in funzione entro il 2023, e TerraPower, con sede a Washington, ha sviluppato un sistema raffreddato al sodio che può essere alimentato con combustibile esaurito, uranio impoverito o uranio appena uscito il terreno. TerraPower—Bill Gates è un investitore—ha stretto un accordo con Pechino per costruire un impianto dimostrativo entro il 2022, ma le restrizioni dell'amministrazione Trump al commercio cinese rendono discutibile il suo futuro.

Un'altra variante di quarta generazione, il reattore a sali fusi, è più sicura rispetto ai modelli precedenti perché può raffreddarsi da solo anche se il sistema perde potenza completamente. La società canadese Terrestrial Energy prevede di costruire un impianto da 190 MW in Ontario, con i suoi primi reattori che produrranno energia prima del 2030 a un costo che potrebbe competere con il gas naturale.

Un reattore di quarta generazione potrebbe entrare in funzione a breve. I reattori ad altissima temperatura raffreddati ad elio possono funzionare fino a 1.000 °C e la China National Nuclear Corporation, di proprietà statale, ha un prototipo da 210 MW nella provincia orientale dello Shandong che sarà collegato alla rete quest'anno.

Tre ragioni per rinnovare la speranza nel nucleare

	Piccoli reattori modulari	Fissione avanzata	Fusione
	Gli SMR sono una versione ridotta dei reattori a fissione convenzionali. Sebbene producano molta meno energia, le loro dimensioni ridotte e l'uso di componenti standard aiutano a ridurre i costi.	Questi reattori sono progettati per essere più sicuri dei tradizionali reattori raffreddati ad acqua, utilizzando invece refrigeranti come sodio liquido o sali fusi. Il più avanzato è il reattore a letto di ciottoli, raffreddato da un gas come l'elio; La Cina è pronta a collegare alla rete il primo reattore di questo tipo quest'anno.	Il progresso tecnico è ancora lento dopo decenni di investimenti, ma le società di fusione sono concentrate su come contenere il plasma necessario per replicare le condizioni termonucleari del sole. Le tecniche includono il confinamento magnetico, che intrappola il plasma continuamente a bassa pressione; confinamento inerziale, utilizzando laser e plasma pulsato per nanosecondi alla volta; e la fusione target magnetizzata, che combina i due con impulsi di plasma controllati da magneti.
Aziende	Potenza NuScale	China National Nuclear Corporation, TerraPower, Energia Terrestre	ITER, TAE Technologies, General Fusion, Commonwealth Fusion Systems
Potenza in uscita	50-200 megawatt	190-600 megawatt	100-500 megawatt
Durata prevista	60 anni	40-60 anni	35 anni
Costo	prototipo da 100 milioni di dollari, 2 miliardi di dollari da sviluppare	Letti di ghiaia: $ 400 milioni a $ 1,2 miliardi Sale fuso e raffreddato con sodio: prototipo da 1 miliardo di dollari	ITER: attualmente 22 miliardi di dollari Il costo di una versione commerciale è sconosciuto
A disposizione	2026	Letto di ghiaia nel 2019; raffreddato a sodio 2025; sale fuso 2030	Non prima del 2035

Per molti, però, la grande speranza energetica resta la fusione nucleare. I reattori a fusione imitano il processo nucleare all'interno del sole, frantumando atomi più leggeri per trasformarli in atomi più pesanti e rilasciando grandi quantità di energia lungo il percorso. Sotto il sole, quel processo è alimentato dalla gravità. Sulla Terra, gli ingegneri mirano a replicare le condizioni di fusione con temperature incredibilmente alte, dell'ordine di 150 milioni di gradi centigradi, ma hanno trovato difficile confinare il plasma necessario per fondere gli atomi.

Una soluzione è in costruzione da ITER, precedentemente noto come International Thermonuclear Experimental Reactor, in costruzione dal 2010 a Cadarache, in Francia. Il suo sistema di confinamento magnetico ha un supporto globale, ma i costi sono esplosi a 22 miliardi di dollari tra ritardi e dispute politiche. I primi esperimenti, originariamente previsti per il 2018, sono stati posticipati al 2025.

Il General Fusion di Vancouver utilizza una combinazione di pressione fisica e campi magnetici per creare impulsi di plasma che durano milionesimi di secondo. Si tratta di un approccio meno complicato di quello di ITER, che lo rende molto più economico, ma rimangono delle sfide tecniche, inclusa la realizzazione di componenti in titanio in grado di gestire il carico di lavoro. Tuttavia, il generale Fusion prevede che i suoi reattori saranno dispiegabili tra 10 e 15 anni.

TAE Technologies, con sede in California, ha trascorso 20 anni a sviluppare un reattore a fusione che converte l'energia direttamente in elettricità. La società, che ha ricevuto 500 milioni di dollari dagli investitori, aveva previsto a gennaio che sarebbe diventata commerciale entro cinque anni.

Molti elettori semplicemente non credono alle promesse delle aziende secondo cui le nuove tecnologie possono evitare vecchi errori.

Quindi una di queste tecnologie avrà successo? La fissione avanzata riduce le scorie nucleari, anche usandole come combustibile, e riduce drasticamente le possibilità di tragedie come Fukushima o Chernobyl. Eppure nessun reattore di questo tipo è stato autorizzato o schierato al di fuori della Cina o della Russia. Molti elettori semplicemente non credono alle aziende quando promettono che le nuove tecnologie possono evitare vecchi errori.

Non è solo politica, però: anche il costo è un fattore. La fissione avanzata promette di ridurre i costi iniziali ridicolmente costosi dell'energia nucleare creando reattori che possono essere costruiti in fabbrica, piuttosto che su misura. Ciò farebbe precipitare i prezzi, proprio come hanno fatto per l'eolico e il solare. Ma le aziende private raramente hanno avuto successo nel portare a termine questi progetti: i maggiori progressi sono venuti da schemi altamente centralizzati e guidati dallo stato che possono assorbire più facilmente i rischi.

Chris Mowry, CEO di General Fusion, sostiene che la fissione deve semplicemente affrontare troppe barriere per avere successo. Ha esperienza: è stato uno dei fondatori di mPower, la società SMR che è stata messa fuori servizio nel 2014. I reattori a fusione potrebbero essere più difficili da costruire, suggerisce, ma sono socialmente più accettabili. Questo è il motivo per cui c'è stata una corsa di capitale di rischio verso la fusione, dice: gli investitori sono fiduciosi che ci sarà un mare di acquirenti desiderosi in attesa di chi può farlo funzionare per primo.

Ma la fusione ha davvero molto più spazio di manovra? È vero che i rifiuti di trizio radioattivo di basso livello e di breve durata che produce non rappresentano un pericolo serio e la tecnologia significa che le fusioni sono impossibili. Ma i costi sono ancora elevati e le tempistiche sono ancora lunghe: il reattore a fusione di ITER è enormemente più costoso di quanto originariamente previsto e non sarà funzionante per almeno 15 anni. Nel frattempo, i politici verdi in Europa vogliono già la chiusura di ITER e molti attivisti anti-nucleare non fanno distinzione tra fissione e fusione.

Gli esperti potrebbero essere in fila dietro al nucleare, ma convincere gli elettori scettici è un'altra cosa.

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