Tre Sistemi Avanzati di reattori da tenere d’occhio per il 2030

[traduzione dell’articolo pubblicato originariamente sul sito del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti]

Fate largo, millennials: sta arrivando una nuova generazione, e farà la sua prima apparizione entro il 2030.

I reattori nucleari di IV generazione sono in fase di sviluppo attraverso una cooperazione internazionale di 14 nazioni, inclusi gli Stati Uniti [1].

Il Dipartimento di Energia degli Stati Uniti ed i suoi laboratori nazionali stanno supportando la ricerca e lo sviluppo di un’ampia gamma di nuove tecnologie avanzate per i reattori, che potrebbero rappresentare una svolta per l’industria nucleare. Questi sistemi innovativi saranno più puliti, più sicuri e più efficienti rispetto alle generazioni precedenti.

Curiosi?

Ecco tre dei progetti su cui stiamo attualmente lavorando con partner del settore per aiutare a soddisfare le nostre future esigenze energetiche in modo competitivo in termini di costi.

Reattore veloce raffreddato a sodio

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Figura 1 Gli SFR sono progettati per la gestione di rifiuti ad alto livello di radioattività e, in particolare, per la gestione del plutonio e di altri attinidi. Idaho National Laboratory

Il reattore veloce raffreddato a sodio (SFR, dall’inglese “Sodium-cooled Fast Reactor”) usa metallo liquido (sodio) come refrigerante invece dell’acqua che viene normalmente utilizzata nelle centrali elettriche commerciali statunitensi. Ciò consente al liquido di raffreddamento di funzionare a temperature più elevate e a pressioni molto minori rispetto ai reattori attuali, migliorando l’efficienza e la sicurezza del sistema.

L’SFR utilizza anche uno spettro di neutroni veloce, il che significa che i neutroni possono causare fissione senza essere prima rallentati come nei reattori attuali. Ciò potrebbe consentire agli SFR di utilizzare sia materiale fissile che combustibile esaurito dagli attuali reattori per produrre elettricità.

Reattore ad altissima temperatura

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Figura 2 I VHTR offrono una vasta gamma di applicazioni per il calore di processo e una possibilità di produzione di elettricità ad alta efficienza. Idaho National Laboratory.

Il reattore ad altissima temperatura (VHTR dall’inglese “Very High Temperature Reactor”) è raffreddato da un afflusso di gas ed è progettato per funzionare a temperature elevate, producendo elettricità in modo estremamente efficiente. Il gas ad alta temperatura potrebbe anche essere utilizzato in processi ad alta intensità energetica che attualmente si basano su combustibili fossili, come produzione di idrogeno, dissalazione, teleriscaldamento, raffinazione del petrolio e produzione di ammoniaca. I reattori ad altissima temperatura offrono notevoli caratteristiche di sicurezza e possono essere facili da costruire e convenienti da mantenere.

Reattore a sali fusi

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Figura 3 I MSR hanno un ciclo di carburante chiuso che può essere personalizzato per un’efficiente combustione di plutonio e attinidi minori. Idaho National Laboratory

I reattori a sale fuso (MSR dall’inglese “Molten Salt Reactor”) usano fluoro fuso o sali di cloruro come refrigerante. Il refrigerante può fluire su combustibile solido come in altri reattori oppure i materiali fissili possono essere disciolti direttamente nel refrigerante primario in modo che la fissione riscaldi direttamente il sale.

Gli MSR sono progettati per utilizzare meno carburante e produrre rifiuti radioattivi di più breve durata rispetto ad altri tipi di reattori. Hanno il potenziale per cambiare in modo significativo la sicurezza e i costi della produzione di energia nucleare processando carburante in tempo reale, rimuovendo prodotti di scarto e aggiungendo carburante fresco senza lunghe interruzioni di rifornimento.

Il loro funzionamento può essere adattato per ottenere un’efficace combustione di plutonio e attinidi minori, cosa che potrebbe consentire agli MSR di consumare rifiuti nucleari prodotti da altri reattori.

Il sistema può essere utilizzato anche per la produzione di elettricità o idrogeno.

Note e riferimenti:

[1]L’Italia partecipa al consorzio in quanto membro della Comunità europea dell’energia atomica (Euratom).

Reattori veloci raffreddati al sodio:

https://factsheets.inl.gov/FactSheets/sodium-cooled-fast-reactor.pdf

Reattori ad altissima temperatura:

https://factsheets.inl.gov/FactSheets/very-high-temperature-reactor.pdf

Reattori a sali fusi:
https://factsheets.inl.gov/FactSheets/molten-salt-reactor.pdf

CN&R chi?

A quasi tre anni dalla sua fondazione, il Comitato Nucleare e Ragione si ri-presenta ai propri lettori, rispondendo alle curiosità e alle domande che più frequentemente vengono poste durante gli incontri e gli eventi organizzati dai suoi soci.
Per altre informazioni, non esitate a contattarci all’indirizzo: nucleareeragione@gmail.com

Quando è nato il Comitato Nucleare e Ragione?

Il Comitato nasce nell’aprile del 2011, nelle settimane immediatamente successive all’incidente all’impianto nucleare di Fukushima-Daiichi, con l’intento di dare il nostro contributo nel fornire alla popolazione un’informazione oggettiva e scientificamente corretta su quello che stava accadendo in Giappone, in quei giorni spesso carente, specie sugli organi di stampa generalisti. A tale scopo abbiamo attivato dei canali di informazione, pubblicato articoli e organizzato un ciclo di seminari sulla radioattività e sugli impieghi civili dell’energia nucleare.

Chi siete?

Il nucleo fondante del Comitato è costituito da studiosi, docenti universitari, tecnici e ricercatori di diversi ambiti della Fisica, alcuni dei quali svolgono la loro attività professionale in prestigiosi centri di ricerca e atenei italiani e stranieri. Sono membri effettivi del Comitato anche diversi cittadini appassionati di problematiche energetiche, che hanno aderito ai principi e alle finalità dello Statuto.

Cosa fate?

Ci occupiamo di divulgazione scientifica in campo energetico. Il Comitato Nucleare e Ragione, si legge nello Statuto,

si propone di portare a conoscenza dell’opinione pubblica, con obiettività, equidistanza e rigore scientifico, i benefici ed i rischi di ciascuna fonte energetica, con particolare attenzione all’energia nucleare, utilizzando ogni mezzo di comunicazione diretto ed indiretto, quali, a titolo esemplificativo, gli organi di informazione e di stampa, le conferenze ed i dibattiti.

L’obiettivo fondante è pertanto quello di promuovere il raggiungimento di un’equilibrata strategia di approvvigionamento energetico della quale i cittadini siano resi partecipi e consapevoli, mediante la diffusione delle nozioni scientifiche e tecnologiche che stanno alla base delle tecniche di sfruttamento delle diverse fonti di energia.
Il nostro documento di riferimento, pubblicato nell’autunno del 2012, è liberamente scaricabile qui.

Se vi occupate di energia in generale, perché nel nome viene fatto esplicito riferimento al nucleare?

Il nome rispecchia l’origine del Comitato, nato all’indomani dello tsunami giapponese e dell’incidente alla centrale nucleare di Fukshima-Daiichi.
Inoltre, il principale campo di competenza di molti soci è proprio quello della tecnologia nucleare, e di questo continuiamo ad occuparci approfonditamente in numerosi articoli.

Qual è il significato del nome “Nucleare e Ragione”?

La miglior parafrasi per spiegarne il significato è “usare la ragione per capire il nucleare”. Troppo spesso infatti, specie nell’immediatezza di gravi incidenti come quello recente di Fukushima, la discussione sull’energia nucleare assume un tono emotivo e a volte fortemente carente dal punto di vista scientifico. Ciò è in parte motivato dalla complessità dei diversi aspetti, scientifici e tecnologici, che riguardano l’energia nucleare, ma tale ostacolo può essere superato per mezzo di un’accurata attività di divulgazione che possa rendere l’argomento comprensibile anche ad un pubblico non specializzato. Ilnostro approccio alla questione energetica prevede dunque una valutazione anche critica di tutti gli aspetti della tecnologia nucleare, a confronto con le altre fonti energetiche tradizionali e rinnovabili.

Siete a favore o contro il nucleare?

Questa domanda è molto comune e agita spesso dibattiti e discussioni interminabili in tutti gli ambienti in cui viene formulata. Ma è talmente vaga che è impossibile dare una risposta sensata.
La tecnologia nucleare trova applicazioni in una vastissima gamma di attività umane: dall’industria, alla ricerca sulle proprietà fondamentali della materia, alla diagnostica medica, al trattamento radioterapico di forme tumorali, fino alla produzione di energia elettrica. Fenomeni naturali legati alle interazioni di tipo nucleare, inoltre, sono presenti nella vita quotidiana di tutti noi. Se poi ci soffermiamo sulla produzione di energia, esistono due processi fisici completamente diversi, entrambi di tipo “nucleare”: la fissione di nuclei pesanti e la fusione di nuclei leggeri. Solo il primo dei due processi è attualmente impiegato con efficacia e sfruttato tecnologicamente. I progetti di ricerca nel campo della fusione controllata sono oggetto di grossi finanziamenti, anche se serviranno ancora molti anni prima di poter avere dei risultati concreti per un impiego di questo processo per estrarre energia a basso costo. Anche nel campo della fissione la ricerca non si ferma: sono allo studio tecnologie sempre più avanzate, competitive e sostenibili. Di tutto questo, su cosa dovremmo essere pro o contro, esattamente?

Siete a favore o contro la produzione in Italia di energia nucleare, con tecniche di fissione in impianti di terza generazione avanzata?

Lo scopo del Comitato è la divulgazione scientifica, dunque la finalità ultima è quella di dotare il pubblico di tutte le nozioni necessarie per costruirsi un’opinione autonoma, non basata su luoghi comuni o falsi scientifici. La qualità di questo impegno va dunque valutata sulla base dell’onestà e del rigore scientifico, prescindendo dai convincimenti personali di chi scrive.
Il Comitato non si propone pertanto di formulare specifiche proposte di composizione del mix energetico italiano, ma piuttosto di indicare una metodologia tramite la quale la politica e l’opinione pubblica pervengano alla loro determinazione.

Rimane comunque il fatto che nell’Unione Europea i reattori in funzione sono più di 120, contribuendo per il 27% alla produzione di corrente elettrica (dato 2012); inoltre l’energia nucleare, quale fonte a basse emissioni di carbonio, è considerata strategica per la realizzazione delle politiche di decarbonizzazione dell’economia europea, definite dalla Commissione Europea nell’Energy Roadmap 2050. Per questi motivi serve una politica ferma, chiara e trasparente, nella quale tutti gli stati comunitari si facciano partecipi in modo concreto di una strategia energetica condivisa, dove l’Italia possa guadagnarsi un ruolo da protagonista, a partire dalla ristrutturazione e dal consolidamento delle conoscenze specifiche di quell’ampio settore di applicazioni che costituisce la tecnologia nucleare. Per il nostro Paese, anche senza centrali nucleari in funzione o in costruzione, c’è spazio per divenire competitivi nella fornitura di opere e servizi, mantenendo un altissimo livello di qualità: un punto di partenza potrebbe essere una sistemazione adeguata delle nostre scorie nucleari (o meglio di tutti i rifuti radioattivi provenienti da attivita’ industriali, sanitarie e dallo smantellamento delle ex-centrali).

Seriamente, cosa vi spinge a fare tutto questo?

Non possiamo certo definirci esperti, lasciamo ad altri tale onore ed onere. Siamo piuttosto un gruppo di appasionati, che cercano di tenersi ben informati vuoi per lavoro vuoi per passatempo, umilmente consapevoli di non possedere una conoscenza definitiva nè tantomeno esaustiva. Ci piace condividere quel poco che sappiamo con quante più persone possibile: non fosse mai che ci capitasse di incrociare qualcheduno altrettanto inquieto. Alla fine lo facciamo, perchè semplicemente tutto questo ci piace.