Nucleare, si riparte. Quali sono e come funzionano i nuovi reattori

Il ministro Pichetto Fratin ha lanciato la Piattaforma per un nucleare sostenibile, orizzonte al 2030 e al 2050. Con Enea il punto sui reattori di ultima generazione

Una “Piattaforma nazionale per un nucleare sostenibile” con l’obiettivo “di definire in tempi certi un percorso finalizzato alla possibile ripresa dell’utilizzo dell’energia nucleare in Italia”. Annunciata a inizio settembre, la Pnns è stata lanciata dal Ministero dell’Ambiente e della sicurezza energetica, dove si è tenuta la prima riunione tra stakeholder, attori pubblici e privati.
“Non si tratta evidentemente di proporre il ricorso in Italia alle centrali nucleari di grande taglia della terza generazione – ha spiegato il ministro Gilberto Pichetto Fratin – ma di valutare le nuove tecnologie sicure del nucleare innovativo quali gli Small Modular Reactor (Smr) e i reattori nucleari di quarta generazione (Amr)”. Il tutto a quasi 40 anni dai referendum che portarono alla chiusura delle centrali.

LA ROAD MAP E I SETTE GRUPPI DI LAVORO SUL NUCLEARE

Le proposte per definire questo percorso andranno elaborate entro 6 mesi. Entro sette mesi va infatti redatto un documento completo della roadmap per poi arrivare entro nove mesi all’elaborazione delle Linee Guida con azioni, risorse, investimenti, con un orizzonte al 2030 e al 2050.
La piattaforma nazionale per un nucleare sostenibile è coordinata dal Mase con il supporto di Enea e Rse e verrà articolata in sette gruppi tematici. Questi spaziano da contesto scenari e prospettive (gruppo 1) a tecnologie di fissione (gruppo 2) e fusione (gruppo 3). Saranno approfonditi da gruppi di lavoro specifici anche sicurezza e prevenzione, rifiuti e decommissioning, formazione ed educazione; e aspetti trasversali tra cui “l’ambiente, l’accettabilità sociale e la comunicazione”.

LA DIFFERENZA TRA FUSIONE E FISSIONE NUCLEARE

Nella fusione nucleare, due nuclei si uniscono per formarne uno più pesante con lo stesso meccanismo che ‘accende’ gli astri per ottenere energia rinnovabile e inesauribile, in modo che viene definito “intrinsecamente sicuro”. Non vengono prodotte emissioni di gas serra, né rifiuti radioattivi che restano tali per millenni. Nella fissione, invece un nucleo si divide in due nuclei più leggeri. Questo processo comporta la produzione di scorie altamente radioattive.

DAI PRIMI REATTORI AI PIU’ MODERNI, DIFFERENZE E COME FUNZIONANO

Enea, l’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile, fa il punto sullo stato della ricerca.
Alla generazione I appartengono i primi prototipi di reattore costruiti alla fine degli anni quaranta del secolo scorso. Le centrali attualmente in esercizio appartengono invece alla generazione II e sono caratterizzate dal fatto di avere una grande stazione centrale. Quelle di generazione III hanno migliorato la sicurezza semplificando l’impiantistica e riducendo il numero di circuiti e componenti. Il nucleare di quarta generazione, infine, ha lo scopo di progettare reattori di nuova concezione che assicurino la sostenibilità ambientale, la sicurezza e la competitività.
Per quanto riguarda la fissione, “i reattori nucleari sono generalmente classificati per ‘generazione’ (I, II, III, III+ e IV) sulla base delle caratteristiche chiave che hanno determinato lo sviluppo e il loro impiego a livello industriale.

La generazione I si riferisce ai primi prototipi che hanno lanciato il nucleare civile di potenza, ad oggi non vi sono impianti di Generazione I in esercizio. Alla generazione II appartengono tutti quei reattori commerciali raffreddati soprattutto ad acqua, che hanno portato a maturità le tecnologie dei reattori della prima generazione, aumentandone il potenziale di affidabilità.

I sistemi di II generazione hanno iniziato a funzionare alla fine degli anni ’60 e comprendono la maggior parte degli oltre 400 reattori commerciali del mondo (oltre il 90%). Sono reattori che utilizzano sistemi di sicurezza attiva (che richiedono operazioni elettriche o meccaniche avviate da un operatore), anche se questi sistemi sono talvolta integrati in maniera complementare da sistemi passivi (che non richiedono attuazione o operazione da parte dell’uomo). Producono quantità significative di combustibile esausto che necessitano lo smaltimento finale in depositi geologici o ritrattamento”, spiega l’Agenzia.

I REATTORI DI III E IV GENERAZIONE

I reattori di generazione III sono essenzialmente evoluzione di quelli precedenti. “I miglioramenti nella tecnologia hanno puntato innanzitutto a estenderne la vita operativa, da 40 fino a 60 anni, l’efficienza e ad accrescerne ulteriormente il livello di sicurezza. In particolar modo nei reattori di generazione III+ si fa ampio uso di sistemi passivi o attivi di nuova concezione. Oggi sono in esercizio o in fase di costruzione circa una ventina di sistemi di generazione III+. Resta il fatto che anche per questi reattori, basati sulla tecnologia di quelli ad acqua, permane il problema di un ciclo del combustibile non chiuso, che richiede lo stoccaggio geologico di una parte del combustibile esausto”.

Il nucleare di quarta generazione, infine, ha lo scopo di progettare reattori di nuova concezione che assicurino la sostenibilità ambientale, la sicurezza e la competitività. “Il vero punto di svolta – precisa Enea – sono i reattori di IV generazione, tra cui i reattori veloci refrigerati a piombo (Generation IV – Lead-cooled Fast Reactor – Lfr). La fondamentale differenza dei reattori Lfr di IV generazione rispetto a quelli attuali è un sistema refrigerante che utilizza piombo invece di acqua. In questo modo, grazie alle caratteristiche fisiche del piombo, è possibile garantire la presenza del refrigerante in qualsiasi condizione incidentale e garantire un nucleare civile sostenibile, sicuro, affidabile, resistente alla proliferazione. Questi obiettivi – aggiunge – sono raggiungibili, nell’arco di 20-25 anni”

GLI SMALL MODULAR REACTOR (SMR)

A metà strada fra la terza e la quarta generazione di reattori, si pongono gli Small Modular Reactor (Smr) e gli Advanced Modular Reactor (Amr). Gli Smr sono reattori modulari di dimensione ridotta, che producono comunque rifiuti radioattivi a lunga vita. Gli Amr, invece, utilizzano metalli liquidi come refrigeranti che minimizzano i rifiuti a lunga vita prodotti.

Nello specifico, sottolinea Enea, “gli Smr possono essere la risposta immediata alle difficoltà tecniche e realizzative delle centrali di terza generazione. Le dimensioni ridotte (che riducono i costi dei sistemi di sicurezza pur mantenendone immutate le garanzie), la modularità (che permette di realizzare la maggior parte dei componenti in un unico sito industriale per spedirli successivamente alla zona di installazione), l’armonizzazione, almeno a livello europeo, delle procedure di licensing dell’impianto, sono tutti fattori che permettono di rendere il costo del kWh da nucleare concorrenziale con quello da rinnovabili, nonostante la perdita dell’effetto scala”.

“Resta irrisolta – puntualizza l’Agenzia – la questione relativa alla produzione di rifiuti radioattivi a lunga vita: gli Smr, infatti, sono raffreddati ad acqua e devono utilizzare come combustibile uranio arricchito che a fine utilizzo deve essere gestito come rifiuto”.

GLI ADVANCED MODULAR REACTOR (AMR)

Una ulteriore evoluzione, portata avanti in parallelo alla IV generazione da alcuni partenariati internazionali composti principalmente da soggetti privati, mira a realizzare entro il 2030 i reattori cosiddetti Ads (Accelerator Driven System, letteralmente ‘sistemi guidati da un acceleratore’). “In questo caso, per funzionare, il reattore ha bisogno di neutroni prodotti dall’esterno grazie a un acceleratore di protoni. Il livello di sicurezza è molto maggiore poiché in caso di black out elettrico (evento più rischioso in assoluto per una centrale nucleare) l’acceleratore smette di funzionare e il reattore non ricevendo i neutroni necessari, si spegne.

Il refrigerante a metallo liquido, che permette di utilizzare uranio naturale come combustibile, è l’innovazione principale dei più promettenti modelli in studio della quarta generazione. E’ una caratteristica propria anche degli Amr.  In quelli raffreddati al piombo liquido la temperatura di smaltimento del calore è molto alta e quindi si può utilizzare questo calore residuo per generare idrogeno (uno dei più promettenti vettori energetici del futuro) o per il teleriscaldamento, rendendo in tal modo più efficiente lo sfruttamento del calore prodotto dalla fissione nucleare”.

IL RUOLO DI ENEA SUL NUCLEARE

Al Dipartimento Fusione e Sicurezza nucleare di Enea lavorano quasi 500 fra ricercatori e tecnologi che hanno registrato 50 brevetti nella fusione negli ultimi 20 anni. L’agenzia partecipa ai progetti mondiali Iter e Broader Approach e ha ideato il Dtt, Divertor Tokamak Test, un polo scientifico-tecnologico in costruzione a Frascati con Eni.

IL PROGETTO ITER E L’ITALIA

Iter, l’International Thermonuclear Experimental Reactor, è il maggior progetto internazionale sulla fusione. E’ in fase di costruzione in Francia con un investimento di 20 miliardi di euro. L’obiettivo è di dimostrare la fattibilità della produzione di energia da fusione e progredire nei tempi più brevi possibili verso un reattore dimostrativo Demo. Le imprese italiane coinvolte sono circa 50, a partire da Asg superconductors, Cecom, Delta TI e Ansaldo, hanno vinto oltre 1,8 miliardi di euro di commesse, più del 50% del valore totale del totale.