Le aziende stanno sviluppando una nuova tecnologia di arricchimento che potrebbe sbloccare risorse finora trascurate.
Alle porte della piccola città di Paducah, nel Kentucky, una grande quantità di uranio è rinchiusa in migliaia di cilindri di stoccaggio pieni di scorie provenienti da un impianto di arricchimento nucleare ormai chiuso. I laser potrebbero aiutare a recuperarlo.
Un’azienda chiamata Global Laser Enrichment (GLE) sta cercando di ritrattare questo materiale obsoleto con una nuova tecnologia denominata arricchimento laser. Potrebbe rivelarsi più efficiente rispetto ai metodi di arricchimento convenzionali, consentendo all’azienda di rigenerare il materiale e produrre materia prima alla stessa concentrazione di una fonte naturale estratta dalle miniere. E in futuro, sostiene l’azienda, l’arricchimento laser potrebbe essere utilizzato per produrre materiale destinato al combustibile nucleare, compreso quello impiegato nei reattori avanzati.
L’energia nucleare fornisce oggi circa il 9% dell’elettricità globale, e tale percentuale potrebbe aumentare man mano che le principali potenze mondiali come gli Stati Uniti e la Cina intendono costruire nuovi reattori, compresi alcuni basati su tecnologie di nuova generazione. Nuovi metodi più economici per ottenere il combustibile potrebbero contribuire a garantire che tali progetti nucleari procedano secondo i piani.
L’uranio presente in natura è costituito in gran parte da uranio-238 (oltre il 99%) e uranio-235 (circa lo 0,7%). L’uranio-235 è il tipo fissile, il che significa che, quando viene colpito da neutroni lenti a bassa energia, può sostenere una reazione a catena che genera elettricità. Pertanto, i reattori utilizzano generalmente materiale con una concentrazione di U-235 superiore a quella del minerale estratto dal sottosuolo. I reattori convenzionali odierni utilizzano solitamente uranio a basso arricchimento, tipicamente con circa il 5% di U-235, sebbene alcuni modelli avanzati di reattori utilizzino combustibile con una concentrazione di U-235 fino al 20%.
Oggi le centrifughe sono la tecnologia dominante utilizzata per arricchire l’uranio. L’apparecchiatura, in sostanza, prende il materiale contenente uranio e lo fa ruotare a una velocità incredibile, in modo che il materiale più pesante (che contiene U-238) venga sbalzato verso il bordo, mentre quello più leggero (che contiene U-235) rimanga più vicino al centro. (Se avete mai agitato una bottiglia di senape per farne uscire l’ultimo residuo, avete applicato lo stesso principio di base su cui si basa una centrifuga.) A quel punto, il materiale che presenta una maggiore concentrazione di U-235 può essere trasformato in combustibile nucleare.
L’arricchimento laser, d’altra parte, sfrutta il fatto che tutte le molecole vibrano e ruotano su scala atomica in modi che dipendono dal loro specifico materiale. Anche i diversi isotopi dell’uranio hanno impronte distintive.
I laser sono così precisi da poter mirare a un materiale specifico (come, ad esempio, le molecole che contengono U-235). Se si irradia una miscela con un laser, è possibile eccitare selettivamente solo il materiale desiderato, fornendogli un po’ più di energia. Ciò ne modifica il comportamento, rendendo più facile separare il materiale desiderato con metodi chimici o fisici.
Nel campo della ricerca e dell’industria sono stati sviluppati numerosi approcci di separazione. Alcuni mirano a caricare elettricamente gli atomi di U-235, consentendone lo spostamento tramite campi elettrostatici o magnetici. Altri modificano il modo in cui il materiale reagisce chimicamente.
I dettagli della tecnologia specifica di GLE sono riservati e i responsabili dell’azienda hanno rifiutato di rivelare come funziona il processo.
Da decenni si manifesta interesse nell’utilizzo dei laser per l’arricchimento dell’uranio, afferma Charles Forsberg, ricercatore capo nel campo della scienza e dell’ingegneria nucleare al MIT.
Tuttavia, agli esordi i laser tendevano ad essere ad alta manutenzione, instabili e difficili da utilizzare. Sono migliorati notevolmente, rendendo l’arricchimento laser una prospettiva più allettante rispetto a quanto non fosse durante le prime fasi di ricerca.
Ancor più dei progressi tecnologici, un recente cambiamento geopolitico potrebbe dare impulso alle nuove tecnologie di arricchimento. La Russia possiede il più grande ecosistema di arricchimento dell’uranio al mondo e ha storicamente dominato il mercato. «Nessuno in Occidente avrebbe costruito un nuovo impianto di arricchimento mentre i russi inondavano il mondo di uranio arricchito», afferma Forsberg.
Dall’inizio della guerra in Ucraina, tuttavia, paesi come gli Stati Uniti e il Regno Unito hanno adottato misure per limitare o vietare le importazioni di uranio russo. Ciò ha aperto la strada alle aziende per avviare nuove attività di arricchimento, comprese alcune che utilizzano nuove tecnologie, spiega Forsberg.
La domanda di combustibile sta aumentando, poiché i paesi cercano fonti di approvvigionamento di uranio al di fuori della Russia. «Il divario sta diventando sempre più ampio, e questa tecnologia si trova proprio al centro di tutto ciò», afferma Christo Liebenberg, presidente di LIS Technologies, una delle aziende che punta a sviluppare capacità di arricchimento laser negli Stati Uniti.
LIS Technologies è stata fondata nel 2023 e l’azienda ha recentemente acquistato un sito di 200 acri a Oak Ridge, nel Tennessee. Attualmente è in fase di pre-richiesta presso la Commissione per la regolamentazione nucleare degli Stati Uniti per il proprio impianto. L’azienda prevede di utilizzare uranio grezzo per ottenere un prodotto con una concentrazione di U-235 pari a circa il 5%, anche se spera di arrivare, a lungo termine, a produrre materiale più concentrato che possa essere utilizzato come combustibile per i reattori di prossima generazione.
GLE sta adottando un approccio diverso: anziché utilizzare la propria tecnologia per arricchire il materiale appena estratto fino alla concentrazione del 5% utilizzabile nei combustibili, spera di iniziare dal trattamento delle vecchie scorie.
L’azienda ha stipulato un contratto con il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti per il ritrattamento dei materiali di scarto presso il sito di arricchimento di Paducah. L’impianto potrebbe arricchire fino a 200.000 tonnellate metriche di materiale contenente piccole quantità di uranio residue da un processo di arricchimento precedente.
GLE preleva il materiale che contiene almeno lo 0,25% di U-235 e lo arricchisce fino a circa lo 0,7%. Tale materiale può quindi essere ulteriormente trattato e inserito nella catena di approvvigionamento dell’uranio al posto di quello appena estratto. «Per noi è un po’ come una grande miniera di uranio in superficie», afferma Nima Ashkeboussi, vicepresidente delle relazioni con il governo e della comunicazione presso GLE.
Sebbene ciascuna delle sue unità sia più complessa e costosa di una centrifuga, ne occorrono molte meno per svolgere lo stesso lavoro. Un impianto di centrifugazione simile avrebbe molte migliaia di centrifughe che lavorano insieme, ma un impianto su larga scala che utilizza il processo di arricchimento laser di GLE ne avrebbe meno di mille, afferma Stephen Long, amministratore delegato dell’azienda. L’investimento iniziale dovrebbe essere inferiore e si prevede che anche i costi operativi siano più bassi, in parte perché il processo consuma meno energia rispetto alle centrifughe, afferma Long.
GLE dispone di un impianto di prova a Wilmington, nella Carolina del Nord. Nell’autunno del 2025, l’azienda ha completato un progetto pilota dimostrativo, trattando diverse centinaia di chilogrammi di uranio. Ha smantellato quel sistema e sta attualmente allestendo una nuova dimostrazione presso l’impianto della Carolina del Nord, che mostrerà come la tecnologia funzioni su scala commerciale.
L’azienda ha inoltre presentato domanda di licenza alla Commissione per la regolamentazione nucleare degli Stati Uniti per l’impianto che intende realizzare a Paducah. La valutazione finale di sicurezza dovrebbe concludersi a novembre, mentre l’approvazione definitiva è prevista per il 2027, afferma Long. Il piano è di avviare la lavorazione del materiale presso l’impianto entro il 2030.
A lungo termine, sul pianeta c’è uranio in abbondanza per mantenere in funzione i reattori per decenni. Tuttavia, con la crescita dell’interesse per l’energia nucleare e i cambiamenti nella geopolitica del combustibile, potrebbero verificarsi carenze a breve termine o picchi di prezzo che le fonti alternative potrebbero contribuire ad attenuare.
Gli impianti di arricchimento laser potrebbero rivelarsi più economici delle tecnologie esistenti, afferma Stephen Greene, ricercatore senior presso la Nuclear Innovation Alliance. Ma, come per la maggior parte delle nuove tecnologie, «non si può sapere con certezza finché non si prova a costruirne uno».
