Metodi alternativi per l’alimentazione, il raffreddamento e la costruzione dei reattori potrebbero contribuire all’immissione in rete di una maggiore quantità di energia nucleare.
Questa settimana ho in mente l’energia nucleare.
Il funzionamento delle centrali nucleari mi ha sempre affascinato. Sono enormi, tecnicamente complicate e sembrano un po’ magiche (la scissione dell’atomo, che concetto). Ma di recente ho raggiunto nuovi livelli di ossessione, perché ho trascorso l’ultima settimana o giù di lì a scavare nella tecnologia nucleare avanzata.
Il nucleare avanzato è una categoria confusa che include fondamentalmente tutto ciò che è diverso dai reattori commerciali attualmente in funzione, poiché questi seguono tutti la stessa formula generale. E c’è un intero mondo di possibilità là fuori.
Mi sono concentrato soprattutto sulla versione sviluppata da Kairos Power per un articolo (che è stato pubblicato, se non l’avete ancora fatto, dategli un’occhiata). Ma mi sono addentrato anche in altre potenziali opzioni per le future centrali nucleari. Quindi, questa settimana, diamo un’occhiata al menu delle opzioni per la tecnologia nucleare avanzata oggi.
Le basi
Prima di passare agli aspetti avanzati, ricapitoliamo le nozioni di base.
Le centrali nucleari generano elettricità attraverso reazioni di fissione, in cui gli atomi si dividono, rilasciando energia sotto forma di calore e radiazioni. I neutroni rilasciati durante queste scissioni si scontrano con altri atomi e li dividono, creando una reazione a catena.
Nelle centrali nucleari di oggi, ci sono fondamentalmente due elementi assolutamente essenziali. In primo luogo, il combustibile, che alimenta le reazioni. È fondamentale che le reazioni a catena avvengano in modo controllato, altrimenti si può arrivare alla fusione nucleare. L’altro elemento essenziale di una centrale nucleare è il sistema di raffreddamento, che impedisce all’intero impianto di surriscaldarsi e causare problemi. (C’è anche il moderatore e un milione di altri pezzi, ma limitiamoci a pochi per evitare che leggiate questo articolo per un giorno intero).
Nella stragrande maggioranza dei reattori di oggi, questi due componenti seguono la stessa formula generale: il combustibile è uranio arricchito che viene impacchettato in pellet di ceramica, caricato in tubi metallici e disposto nel nocciolo del reattore. Il sistema di raffreddamento pompa acqua pressurizzata intorno al reattore per mantenere la temperatura controllata.
Ma per tutta una serie di ragioni, le aziende stanno iniziando a lavorare per apportare modifiche a questa formula collaudata. Negli Stati Uniti ci sono circa 70 aziende che stanno lavorando su progetti di reattori nucleari avanzati, e sei o sette sono abbastanza avanti da poter lavorare con le autorità di regolamentazione, afferma Jessica Lovering, cofondatrice e co-direttrice esecutiva del Good Energy Collective, un’organizzazione di ricerca politica che sostiene l’uso dell’energia nucleare.
Molte di queste cosiddette tecnologie avanzate sono state inventate e persino dimostrate più di 50 anni fa, prima che l’industria convergesse sui progetti standard di impianti raffreddati ad acqua. Ma ora c’è un rinnovato interesse a mettere in funzione reattori nucleari alternativi. I nuovi progetti potrebbero contribuire a migliorare la sicurezza, l’efficienza e persino i costi.
Liquido di raffreddamento
I refrigeranti alternativi possono migliorare la sicurezza rispetto ai progetti basati sull’acqua, poiché non devono sempre essere mantenuti ad alte pressioni. Molti possono anche raggiungere temperature più elevate, consentendo ai reattori di funzionare in modo più efficiente.
Il sale fuso è uno dei principali contendenti per i refrigeranti alternativi, utilizzato nei progetti di Kairos Power, Terrestrial Energy e Moltex Energy. Questi progetti possono utilizzare meno combustibile e produrre rifiuti più facili da gestire.
Altre aziende guardano ai metalli liquidi, tra cui il sodio e il piombo. Oggi sono in funzione alcuni reattori raffreddati a sodio, soprattutto in Russia, che è anche all’avanguardia nello sviluppo di reattori raffreddati a piombo. I reattori raffreddati a metallo condividono molti dei potenziali vantaggi in termini di sicurezza dei progetti a sale fuso. Inoltre, l’elio e altri gas possono essere utilizzati per raggiungere temperature più elevate rispetto ai sistemi raffreddati ad acqua. X-energy sta progettando un reattore raffreddato a gas ad alta temperatura che utilizza l’elio.
Carburante
La maggior parte dei reattori che utilizzano un refrigerante alternativo utilizza anche un combustibile alternativo.
Il TRISO, o combustibile a particelle isotropiche tri-strutturali, è una delle opzioni più popolari. Le particelle TRISO contengono uranio, racchiuso in strati di ceramica e carbonio. In questo modo il combustibile rimane contenuto, mantenendo all’interno tutti i prodotti delle reazioni di fissione e consentendo al combustibile di resistere alla corrosione e alla fusione. Sia Kairos che X-energy prevedono di utilizzare il combustibile TRISO nei loro reattori.
Altri reattori utilizzano l’HALEU: uranio a basso arricchimento ad alto dosaggio. La maggior parte del combustibile nucleare utilizzato nei reattori commerciali contiene tra il 3% e il 5% di uranio-235. L’HALEU, invece, contiene tra il 5% e il 20% di uranio-235, consentendo ai reattori di ottenere maggiore potenza in uno spazio più ridotto.
Dimensione
So che ho detto che mi sarei limitato a due cose, ma includiamo una categoria supplementare. Oltre a modificare le specifiche di elementi come il combustibile e il refrigerante, molte aziende stanno lavorando per costruire reattori di dimensioni diverse (per lo più, più piccole).
Oggi, la maggior parte dei reattori che entrano in rete sono enormi, dell’ordine di 1.000 o più megawatt, sufficienti per alimentare centinaia di migliaia di case. La costruzione di questi progetti enormi richiede molto tempo e ogni progetto richiede un processo personalizzato. I piccoli reattori modulari (SMR) potrebbero essere più facili da costruire, poiché la procedura è la stessa per ciascuno di essi, consentendo di produrli in qualcosa di simile a un’enorme catena di montaggio.
NuScale è stato uno dei leader in questo settore: il suo progetto di reattore utilizza combustibile commerciale e refrigerante ad acqua, ma il tutto è ridimensionato. Negli ultimi mesi, però, le cose non sono andate molto bene per l’azienda: il suo primo progetto è praticamente morto e all’inizio di gennaio ha licenziato quasi il 30% dei suoi dipendenti. Altre aziende continuano a portare avanti la fiaccola degli SMR, tra cui molte che puntano anche su combustibili e refrigeranti alternativi.
Se siete alla ricerca di altre notizie sul nucleare avanzato, date un’occhiata al mio articolo su Kairos Power.
Foto di copertina: Kairos Power è una delle aziende che lavorano su versioni alternative della tecnologia dei reattori nucleari.
