Il nucleare che verrà

di Giorgio Ferrari

Negli annali dell’energia nucleare la storia della Tennessee Valley Authority (TVA)¹, figlia illustre del New Deal Rooseveltiano, occupa sicuramente un posto di rilievo, non solo perché questa società è tutt’ora il più grande produttore pubblico di energia elettrica degli Usa, ma perché proprio nel settore nucleare vanta due indiscussi primati: il primo riguarda la centrale nucleare di Browns Ferry, presso la città di Atene (Alabama), che quando entrò in servizio, nel 1974, era la centrale più grande del mondo; il secondo, più recente, riguarda il terzo impianto nucleare della TVA, Watts Bar 2, che oltre ad essere la prima centrale nucleare Usa ad entrare in servizio in questo secolo (2016), vanta il non invidiabile primato dei tempi di realizzazione: ben 43 anni, dato che i lavori di costruzione iniziarono nel settembre del 1973. Insieme a questo va ricordato anche il caso del quarto grande impianto nucleare della TVA, quello di Bellefonte costituito da due reattori ad acqua in pressione di progettazione Babcock & Wilcox di 1235 Mw ciascuno, iniziato nel 1975 e poi abbandonato nel 1988 dopo che la TVA aveva speso oltre 4 miliardi di dollari.

I numerosi stop and go che hanno caratterizzato la storia di questi due impianti, a volerli conoscere nei dettagli, fornirebbero tante di quelle controindicazioni tecniche, realizzative, procedurali ed economiche (senza contare quindi, gli aspetti relativi alla sicurezza e alla gestione dei rifiuti nucleari) da indurre qualsiasi imprenditore e/o finanziatore, anche il più temerario, ad abbandonare l’idea di investire soldi nell’energia nucleare. E nemmeno si può dire che questi sopra descritti rappresentino i soli casi, per quanto esemplari, di insuccesso di questa tecnologia dato che insieme ai disastri di Tree Mile Island (1979), Chernobyl (1986) e Fukushima (2011), non vanno dimenticati altri significativi esempi come:

– il fallimento dei reattori veloci come l’Enrico Fermi negli Usa, il Superphoenix francese e quello giapponese di Monju;

– il fallimento della filiera di reattori al Thorio, anch’essa sviluppata negli Usa, poi abbandonata da tutti salvo che dall’India la quale però, da oltre quaranta anni, continua a finanziarla senza un prevedibile sbocco:

– la posticipazione continua, con una spesa ormai incalcolabile cumulata da 50 anni a questa parte, di progetti più o meno futuribili che vanno dalla fusione nucleare ai reattori di cosiddetta nuova generazione.

Nonostante questo impresentabile pedigree e malgrado l’impopolarità accumulata negli anni, l’energia nucleare si ripresenta sulla scena internazionale con rinnovata vitalità e con inaspettate probabilità di successo che vanno attentamente vagliate.

Stato e tendenze dei programmi nucleari nel mondo

Fare una valutazione dello sviluppo degli impianti nucleari nel mondo è un esercizio problematico per diversi motivi dovendo tener conto degli impianti in esercizio; di quelli in costruzione; di quelli pianificati e di quelli proposti che, salvo il caso di quelli in esercizio, presentano criteri di classificazione alquanto elastici come nel caso degli impianti pianificati e proposti, riferibili ad accordi o intese che non di rado restano solo sulla carta o vengono ridimensionati.² Inoltre, tenuto conto che i tempi di costruzione medi di una centrale nucleare non sono inferiori agli 8 anni, ha poco significato confrontare questi dati complessivi da un anno all’altro, per cui è preferibile prendere a riferimento un arco di tempo di almeno dieci anni. In queste brevi note vengono considerati i dati esposti dalla World Nuclear Asocciation (WNA), non perché siano più attendibili di altri, ma perché provengono da una fonte non sospetta di ostilità verso il nucleare, così da non correre il rischio di sottostimare l’andamento complessivo.

Un rapido confronto tra i dati WNA del dicembre 2011 e quello dell’ottobre 2021, non mostra cambiamenti significativi; anzi, a fronte di un aumento dei reattori in esercizio pari ad 8 unità nel 2021, tutte le altre casistiche risultano in diminuzione con un marcato calo dei reattori pianificati che da 156 del 2011 passano a 101 nel 2021. Nello stesso arco di tempo i paesi interessati a costruire impianti nucleari diminuiscono da 48 a 42 facendo registrare le defezioni di Cile, Italia, Indonesia, Israele, Malesia, Korea del nord, Vietnam, con la sola nuova presenza dello Uzbekistan.

Un quadro tutto sommato stabile, semmai con qualche accenno di flessione che però, al suo interno, mostra delle polarizzazioni e alcune significative novità che saranno utili per interpretare le linee di tendenza dello sviluppo nucleare.

Da un punto di vista geo-politico risulta evidente il ruolo trainante di alcuni paesi asiatici (Cina, Korea, India) oltre a Russia e Pakistan che nel periodo considerato hanno messo in servizio complessivamente 50 nuovi impianti e ne mostrano altri 308 tra pianificati e proposti. Altrettanto evidente è la novità rappresentata dai paesi dell’area medio orientale (Emirati arabi, Arabia Saudita, Egitto, Giordania, Turchia) a cui sono attribuiti 30 nuovi impianti tra pianificati e proposti oltre ai 2 già in funzione negli Emirati arabi.

Per quanto riguarda il continente europeo (Russia esclusa) i dati della WNA non risultano del tutto aggiornati in quanto non tengono conto delle ultimissime dichiarazioni di intenti dei governi di alcuni paesi europei che stimano di voler costruire:

■– Francia: 6 EPR(modello di punta della tecnologia francese) + 10 reattori SMR;

■– Inghilterra: 4 EPR + 16 reattori da 460 Mw;

■– Polonia: 6 EPR oltre ad un numero imprecisato di SMR del tipo BWRX300 della Gen. Electric;

■– Romania: 2 reattori CANDU (reattore ad acqua pesante di progettazione canadese);

■– 17 nuovi reattori suddivisi tra Lituania, Bulgaria, Ungheria, Ucraina, Bielorussia, Repubblica ceca, Slovacchia, Slovenia.

Gli Stati Uniti infine, secondo i dati forniti dalla WNA, rappresentano la grande incognita di questa fase dal momento che, apparentemente, non risultano che pochi nuovi reattori in costruzione o pianificati ma, come vedremo, bisogna tener conto di altri fattori che non sono contemplati nelle tabelle della WNA.

In conclusione l’insieme dei reattori che a tutt’oggi risultano pianificati e proposti assomma a circa 440 unità che se sommati a quelli in costruzione e in esercizio darebbero una cifra molto vicina a 1000 che è il numero auspicato dalla WNA nelle sue proiezioni al 2050, numero che però non è del tutto attendibile in quanto occorre considerare che molti di questi reattori pianificati non saranno mai realizzati e che, inoltre, numerosi reattori oggi in funzione saranno chiusi (nel decennio considerato sono stati messi fuori servizio 45 reattori) per raggiunti limiti di età (sempre che non ne venga prolungata la vita utile come, peraltro, è già successo in Francia e negli Usa).

Quali sono dunque le chances di una ripresa effettiva del nucleare e su quali basi poggiano? Per tentare di comprenderlo occorre tener conto di diversi fattori che, oltre ad esaminare le annunciate novità del nucleare da un punto di vista tecnologico, lo pongano in relazione all’attuale contesto socio-politico ed in particolare alle scelte di politica energetica e industriale che rappresentano i punti fondamentali dell’agenda politica internazionale. Tra queste strategie occupa sicuramente un posto di rilievo l’ormai prossima decisione della Commissione Europea di inserire il nucleare (ma anche il gas naturale) fra le “attività transitorie” riconosciute nella tassonomia dell’Unione Europea come attività che contribuiscono alla mitigazione degli effetti dovuti ai cambiamenti climatici e che, quindi, possono essere finanziabili subordinatamente al rispetto di specifici requisiti prescritti dal regolamento di applicazione della UE.

Nuove soluzioni per una vecchia tecnologia

1. Combustibile ATF ( Accident Tolerant Fuel)

La tecnologia nucleare è considerata una tecnologia di “punta” perché riassume in sé, più di ogni altra, diverse discipline scientifiche che solo se prese tutte insieme consentono di ottenere il risultato sperato, grazie ad applicazioni tecnologiche estremamente sofisticate. Questa complessità, per certi versi “affascinante”, costituisce il limite stesso di questa tecnologia in quanto è proprio la concorrenza di fenomeni chimici, fisici e nucleari a complicare l’equilibrio di tutte le grandezze in gioco. Nonostante l’industria nucleare si sia sforzata, nel tempo, di rendere più sicure le centrali nucleari, quando quell’equilibrio si è rotto in modo traumatico, i rimedi adottati hanno finito sempre per complicare ancor più le cose e l’esempio più recente è venuto proprio a seguito dell’incidente di Fukushima.

Dopo questo incidente l’industria nucleare ha fatto uno sforzo enorme per trovare una soluzione all’insormontabile problema della rottura del combustibile nucleare (a Fukushima c’è stata la fusione di tre noccioli ) e mettendo insieme i maggiori centri di ricerca del mondo è arrivata a realizzare un combustibile denominato ATF (accident tolerant fuel) , cioè “combustibile resistente agli incidenti”.

Da quanto è dato capire dalla letteratura scientifica fin qui prodotta, l’integrità del combustibile verrebbe in qualche modo “garantita” per 100 ore dall’inizio dell’incidente grave, il che significa un periodo di tempo pari a 5 giorni corrispondente al tempo necessario al calore di decadimento di ridursi a meno del 1% , cioè ad un livello gestibile con normali sistemi di raffreddamento. Si tratterebbe di una svolta decisiva nella progettazione e nel funzionamento dei reattori con positive ripercussioni sulla sicurezza ultima, ma anche sui costi di costruzione dato che i complessi e costosi sistemi di contenimento delle radiazioni verrebbero ridimensionati. La cosa è talmente rilevante che la Commissione europea ha incluso l’ATF tra i requisiti tecnici che le nuove e vecchie centrali nucleari devono dimostrare di possedere per essere inserite nella tassonomia della UE.

Come giudicare questa conclamata “resistenza agli incidenti” del nuovo combustibile nucleare, in attesa dei risultati dei test che forniranno i primi due elementi di combustibile ATF caricati il 3 novembre scorso nel reattore nucleare di Calvert Cliff (Stati Uniti)?

In primo luogo va sottolineato che le prove di laboratorio fin qui effettuate, sono indicative e si limitano a testare solo le caratteristiche meccaniche, in quanto le condizioni reali presenti in un nocciolo comportano stress di gran lunga più complessi (reazioni chimiche, reazioni dovute all’irraggiamento neutronico e, per quanto riguarda il caso di perdita del refrigerante, shock termici estremi) e che non tengono conto -se non in modo simulato – degli effetti del tempo, ovvero di quanto deperiscono le caratteristiche di progetto del combustibile fresco durante il periodo in cui è impiegato nel reattore.

Altra osservazione da fare è che le diverse soluzioni ipotizzate per irrobustire le guaine e le pastiglie di uranio comportano l’impiego di materiali che modificano sfavorevolmente l’equilibrio neutronico del nocciolo essendo questi (cromo, acciaio, molibdeno per le guaine e silicati per le pastiglie) maggiori assorbitori di neutroni rispetto allo zirconio e all’ossigeno. Ne consegue un aumento sensibile dell’arricchimento dell’uranio necessario per ottenere le stesse prestazioni in potenza. Vero è che aumentando l’arricchimento⁴ il combustibile può fornire un maggiore burnup⁵ e quindi si possono allungare i tempi fra una ricarica e l’altra del nocciolo (maggiore producibilità elettrica), ma come controindicazione si ha un maggiore flusso neutronico e quindi un coefficiente di reattività più elevato (con problemi di stabilità del nocciolo) e un maggiore irraggiamento dei materiali strutturali presenti nel nocciolo.

Infine un arricchimento maggiore incide notevolmente sul costo generale del Kwh e comporta che a fine vita il combustibile abbia un contenuto radiologico molto più elevato anche perché l’acciaio delle guaine, per quanto puro, contiene cobalto che sotto irraggiamento produce Co 60 un isotopo estremamente radioattivo: dunque l’ATF a fine vita, cioè quando diventa scarto da riprocessare, ha un contenuto radiologico sensibilmente superiore agli attuali combustibili con evidenti ripercussioni sulla gestione dei rifiuti,sia in termini economici che di sicurezza.

Ecco dunque che uno sforzo indirizzato ad aumentare la sicurezza di un reattore durante il funzionamento, si traduce in una serie di complicazioni ulteriori per quanto riguarda i processi di fabbricazione del combustibile e i relativi costi, ma anche complicazioni nel funzionamento del reattore e nella gestione del combustibile esaurito.

2. Combustibile HALEU (High assay low enrichment uranium)

Molti dei reattori avanzati che sono in fase di studio, cosiddetti di nuova generazione, sono concepiti per fornire una maggiore potenza per unità di volume. Ciò comporta un grado di arricchimento maggiore del combustibile nucleare compreso tra il 5% e il 20%, valore limite oltre il quale il combustibile nucleare è classificato “weapon grade”, cioè di grado corrispondente o assimilabile agli armamenti nucleari. I reattori di potenza funzionanti nel mondo (vale a dire quelli presenti nelle centrali elettronucleari) hanno un arricchimento medio non superiore al 5% e sono classificati come LEU (Low enrichment uranium, basso arricchimento di uranio); di conseguenza per aumentare il contenuto in U235 di cui abbisognano i reattori di nuova generazione, occorrerebbe far funzionare per più tempo e soprattutto con una maggiore spesa gli impianti di arricchimento fino a raggiungere il grado richiesto che, come si è detto, è compreso tra il 5% e il 20%. Tecnicamente questo non rappresenta un problema considerato che, ormai, la tecnologia dell’ arricchimento (le famose “centrifughe”) è piuttosto diffusa e consolidata; lo è però dal punto di vista dell’economia generale del ciclo del combustibile nella misura in cui questi nuovi reattori, quando realizzati, saranno dei reattori sperimentali dall’esito incerto che, nel caso di fallimento o abbandono del progetto, potrebbe costituire una doppia perdita: economica, perché più alta è la percentuale di uranio arricchito, maggiore è il costo di produzione; strategica, perché verrebbero sottratti ingenti quantitativi di uranio naturale altrimenti destinato ad alimentare le centrali elettronucleari già in funzione. Per minimizzare questo rischio il DoE (Department o Energy degli Usa) ha concepito il programma HALEU che consiste nel recuperare l’uranio altamente arricchito impiegato nei reattori di ricerca e mischiarlo (con opportuni processi chimico-fisici) con uranio debolmente arricchito (LEU) per ottenere il grado di arricchimento richiesto da questi nuovi prototipi di reattori. Ovviamente, nel caso questi reattori prendessero piede per la produzione di energia elettrica avendo superato i test sperimentali ed ottenuto la licenza di esercizio, si renderebbe necessario un quantitativo di uranio arricchito molto più grande, ottenibile solo attraverso l’arricchimento diretto dell’uranio naturale e quindi con un ampliamento notevole degli impianti di arricchimento, cosa gli Stati Uniti stanno realizzando attraverso la Centrus Energy, partecipata dal DoE, nello stabilimento di Oak Ridge (Tennessee).

Ancor più che nel caso precedente (combustibile ATF) il combustibile HALEU, essendo maggiormente arricchito, renderà più problematica e costosa la gestione dei rifiuti radioattivi, oltre agli interrogativi riguardanti la sicurezza dei materiali strutturali sottoposti ad un irraggiamento neutronico decisamente più alto.

3. Applicazione dell’Intelligenza artificiale (AI) ai reattori nucleari.

E’ il progetto più ardito che il DoE sta sviluppando insieme ai maggiori enti di ricerca e società nucleari; quello più avanzato fa capo al MIT di Boston e a GE research e ha per scopo la semplificazione (automazione) delle attività di Esercizio e Manutenzione del reattore BWRX – 300 con un abbattimento dei relativi costi -qualora realizzato – impressionante.

La tecnica su cui si basa questo progetto è quella dei Digital Twins (gemelli digitali) ovvero realizzare una replica virtuale di grandezze fisiche, potenziali ed effettive, equivalenti a oggetti, processi, sistemi e dispositivi. Nel caso specifico si tratta di riprodurre digitalmente tutti o quasi i sistemi e i componenti del BWRX – 300 e simularne il funzionamento in tutte le condizioni di esercizio possibili. Per la manutenzione invece si tratta di predire il malfunzionamento di un componente o di un sistema al fine di ottimizzare le effettive operazioni di intervento: secondo il responsabile del team di ricerca del Oak Ridge National Laboratory “La riduzione delle operazioni e dei costi di manutenzione sono essenziali per aumentare la competitività economica dell’energia nucleare e la tecnologia del gemello digitale fornisce alle centrali nucleari un mezzo per ridurre i costi di O&M consentendo decisioni informate sul rischio in merito alle operazioni dell’impianto, alla riconfigurazione del sistema e alla pianificazione della manutenzione predittiva che ottimizzano i costi senza compromettere la sicurezza.”

Si tenga conto che proprio la GE ha esteso da alcuni anni l’utilizzo dei digital twins ai sistemi eolici risolvendo così anche tutta la fase di manutenzione e controllo post vendita. Quando una turbina eolica viene venduta, viene associata ad un gemello digitale che fornisce i dati relativi alle condizioni di funzionamento dei suoi componenti.

La riproduzione virtuale e dettagliata di un reattore nucleare attraverso la tecnica del gemello digitale impiegata a fini operativi è quanto di più “spinto” si possa concepire per rappresentare le potenzialità dell’industria 4.0 e con essa le magnifiche sorti dell’annunciata quarta rivoluzione industriale, ma introduce anche un elemento di assoluto contrasto nella interazione uomo-macchina per quanto riguarda la gestione sicura dei sistemi, tanto più se complessi.

Con l’introduzione dell’Intelligenza Artificiale infatti, a chi (o cosa) sarà affidato il processo decisionale per intervenire sul reattore in caso di emergenza, decisione che attualmente spetta esclusivamente agli operatori ? E in relazione a quali condizioni di funzionamento ciò avverrà? Quelle realmente presenti nel reattore, o quelle simulate dal gemello digitale?

Al di là degli interrogativi etico-filosofici posti dal modo in cui sta evolvendo l’interazione uomo-macchina, qui la questione si pone in termini di convenienza economica (riduzione del costo della forza lavoro) secondo una logica utilitaristica che nulla ha a che fare con l’affidabilità e la sicurezza.

E’ previsto infatti che questi reattori funzionino con meno della metà del personale impiegato nei reattori attualmente in funzione.

4. Microreattori

Questa tipologia di reattori rappresenta la punta di diamante del rilancio del nucleare, i cui dettagli tecnologici sono gelosamente custoditi sebbene i relativi progetti siano stati presentati alla NRC (Nuclear regulatory commission) per ottenere la licenza di costruzione ed esercizio. Tecnicamente si presentano come un derivato della filiera PWR (reattori ad acqua in pressione) di origine militare, anche se non impiegano acqua, mentre invece presentano ibridazioni che rimandano ai reattori a gas e alla chimica degli accumulatori di calore. I più avanzati sono il modello “eVinci” della Westinghouse e i prototipi realizzati dall’Argonne national laboratory nell’ambito dei programmi di ricerca del DoE. Si tratta di reattori a fissione che usano combustibile HALEU o comunque uranio arricchito fino al 20%; sono moderati a grafite e raffreddati ad elio in circolazione naturale (senza bisogno di pompe). Nel reattore eVinci l’elio aziona dei motori Stirling che producono elettricità con potenze variabili fino a 5 Mwe, il tutto assemblato all’interno di un cilindro “canned” (scatolato). Negli altri prototipi la generazione elettrica vera e propria è esterna al microreattore che quindi si presenta come un generatore di calore: in pratica il microreattore è costituito da un nocciolo refrigerato ad elio che tramite uno scambiatore intermedio trasferisce calore ad un circuito contenente sali fusi che, una volta accoppiato il microreattore ad un gruppo turbogeneratore, fornirà il calore necessario a produrre vapore da riscaldamento o energia elettrica con potenze massime comprese tra 10 e 20 Mwe.

Le dimensioni di questi modelli sono tali da stare in un normale container da trasporto, sia su strada che per ferrovia, arrivando ad un peso massimo di 40 t per quelli più potenti. Il progetto di questi microreattori (detti anche “nuclear battery”) è ispirato al concetto del “plug-and-play”, cioè si attacca la spina e si mette in funzione come un normale elettrodomestico. Le caratteristiche del eVinci secondo la Westinghouse sono le seguenti:

■ Generatore di energia trasportabile
■ Completamente costruito e assemblato in fabbrica
■ Da 1 MWe a 5 MWe di calore ed elettricità combinati
■ Vita utile di 40 anni, con intervallo di rifornimento di oltre tre anni
■ Tempi di installazione in loco inferiori a 30 giorni
■ Funzionamento autonomo
■ Capacità di adeguare la potenza erogata al carico richiesto
■ Parti mobili minime
■ Area di emergenza quasi zero con ingombro ridotto del sito

La versatilità di impiego di questi microreattori, come vedremo più avanti, ne fa uno strumento di promozione e penetrazione come non si era mai verificato nella storia dell’energia nucleare.

Impieghi collaterali dell’energia nucleare

1. Propulsione navale

Un altro impiego dell’energia nucleare, oltre alla produzione di elettricità, è quello della propulsione navale. L’iconografia degli anni ’50 del secolo scorso è piena di immagini e riferimenti suggestivi alla possibile “nuclearizzazione” del trasporto marittimo, che però non si sono realizzate (altro fallimento dimenticato del nucleare) a causa delle complicazioni insormontabili che questa tecnologia avrebbe apportato nella gestione e manutenzione dei navigli, nel carico e scarico delle merci e nella permanenza di navi a propulsione nucleare nei porti, tant’è che oggi la propulsione navale mercantile è affidata quasi esclusivamente a macchine che utilizzano gasolio.

Fanno eccezione le navi rompighiaccio (circa una decina, tutte russe o ex sovietiche) e le navi da guerra che ammontano complessivamente a circa 600 unità tra sottomarini nucleari, portaerei ed altre unità lanciamissili, distribuiti tra Usa, Russia, Cina, Francia, Inghilterra. Si tratta di vere e proprie “bombe “ galleggianti dato che i reattori impiegati funzionano con uranio fortemente arricchito, dal 40% al 90% cioè prossimo a quello degli armamenti nucleari, ma con una massa decisamente maggiore.

2. Missioni spaziali

Un altro settore di impiego è quello che va sotto la definizione di “nucleare per lo spazio” suddiviso in due campi di applicazione: quello per la propulsione vera e propria di veicoli spaziali e quello relativo all’alimentazione di sonde spaziali, stazioni orbitanti e basi fisse extraterrestri. La propulsione nucleare, sebbene non sia stata ancora applicata in missioni spaziali, ha fatto notevoli passi negli ultimi anni, anche in virtù della competizione tra Usa, Russia e Cina per la “conquista” dello spazio. Per quanto riguarda l’alimentazione invece si può parlare di tecnologia consolidata le cui prime applicazioni risalgono alla fine degli anni ‘60 e sono basate sulla produzione di elettricità da radioisotopi (radioisotope power systems RPS) che sfruttano il decadimento spontaneo del Pu 238 con potenze dell’ordine di alcuni Kwe. L’altra modalità, più recente, si basa sulla produzione di energia elettrica da fissione dell’U235 (fission power system FPS) e consente di raggiungere potenze dell’ordine della decina di Kwe, anche se recentemente la Cina ha fatto sapere di aver sperimentato un modello di reattore in grado di erogare 1 Mwe di potenza. Nonostante le apparenze questi valori non sono affatto trascurabili considerate le forti limitazioni costituite dal peso del reattore (che deve essere quanto più contenuto possibile), dalla trasformazione del calore generato dalla fissione in energia elettrica e dallo smaltimento del calore residuo, tenuto conto che nello spazio le condizioni ambientali sono assolutamente diverse da quelle sulla terra (assenza di atmosfera e quindi riduzione dello scambio termico).

Lo scorso mese di novembre la NASA ha emesso un bando di gara pubblico⁶ per la realizzazione di un reattore “lunare” della capacità di 40 Kwe, con 10 anni di autonomia e che sia dotato di sistemi di autoregolazione e di regolazione a distanza. Inoltre il reattore deve essere contenuto in un corpo cilindrico con una massa non superiore a 6 tonnellate, un diametro di 4 metri per una lunghezza di 6 metri, e una volta installato servirà ad alimentare una base permanente sulla luna.

3. Logistica militare e civile

Negli ultimi tempi il Department of Defense (DoD), sull’onda delle minaccia rappresentata dai cambiamenti climatici⁷, ha messo a punto, insieme al Department of Energy (DoE), una strategia per rendere più sicuro e affidabile il funzionamento dell’intero apparato militare Usa che conta circa 7000 basi operative in tutto il mondo. Circa 500 di queste basi, tutte in territorio Usa, saranno alimentate da microreattori nucleari secondo un crono-programma gestito dal DoD che, in quanto singolo utente, è il più grande consumatore di energia negli Stati Uniti che da solo copre il 21% del consumo energetico federale totale. Nel 2016 le sue installazioni hanno consumato l’equivalente di 133.000 Gwh (pari a circa il 40% dei consumi italiani di elettricità) per un costo di circa 3,7 miliardi di dollari. La domanda complessiva di energia negli impianti DoD è stata soddisfatta da un mix di fonti energetiche tra cui elettricità (53%), gas naturale (32%) e altre fonti come olio combustibile e carbone (15%). D’altra parte le installazioni del DoD sono alimentate quasi interamente dalla rete elettrica, che è altamente vulnerabile a interruzioni prolungate dovute a una varietà di minacce, comprese quelle rappresentate dai sabotaggi del software di gestione, argomento questo che tocca direttamente il tema della sicurezza nazionale. Di qui la scelta di rendere indipendenti queste installazioni dotandole di sistemi di generazione nucleare, i microreattori, con potenze comprese tra 2 e 10 Mw. Il primo di questi microreattori è stato assegnato alla base aereonautica di Eielson⁸ in Alaska e dovrebbe essere operativo nel 2027, mentre per “nuclearizzare” le prime 500 basi del DoD ci vorranno non più di una ventina d’anni considerato che si tratta di reattori totalmente pre-assemblati in fabbrica, di dimensioni contenute e che non hanno bisogno di manutenzione.

Ancora più esteso si presenta il campo di applicazione civile di questi reattori che spazia dalle miniere alle comunità isolate, dalla produzione di energia elettrica, a quella di calore per usi industriali e civili, a quella della potabilizzazione e desalinizzazione delle acque. Se si pensa poi al settore della mobilità elettrica, la diffusione dei microreattori può risultare davvero impressionante. Le previsioni fatte dall’IEA (International energy agency) al 2030 prevedono due scenari: il primo è calcolato sulla base dei programmi già varati dalle nazioni più importanti del mondo a sostegno del trasporto elettrico e prevede una massa circolante di veicoli pari a 145 milioni di unità; il secondo è calcolato tenendo conto dei parametri previsti per il 2050 (net zero emissions) e stima in 230 milioni i veicoli elettrici circolanti nel 2030, esclusi i veicoli a due/tre ruote. Di questi veicoli 3,6 milioni e 5,5 milioni, rispettivamente per il primo e secondo scenario, sono costituiti da bus elettrici (urbani ed extraurbani), mentre per il trasporto merci si prevedono, rispettivamente, 1,8 milioni di camion e 3,9 milioni di camion. Questi veicoli abbisognano di una rete di punti di ricarica diffusi ed efficienti sparsi su tutto il territorio che possono rappresentare un collo di bottiglia alla diffusione del trasporto elettrico, specie per quello merci dato che le batterie dei camion hanno una autonomia minore di quelle delle automobili. Ciò implica che i centri di ricarica extraurbani (strade ed autostrade a lunga percorrenza) dispongano di elevate potenze elettriche (dell’ordine di 1 Mwe) che spesso non è conveniente alimentare attraverso la rete elettrica nazionale, ma con fonti di energia sfruttabili in loco. Impiegando pannelli solari occorrerebbero dai 7000 ai 10.000 m² di superficie libera per produrre 1 Mwe, con le limitazioni dovute all’incidenza solare (frazioni di 24 ore a seconda della latitudine) che possono essere compensate con l’installazione di accumulatori di energia, mentre se si installasse un microreattore tutte queste complicazioni non sussisterebbero. Considerato che i punti di ricarica necessari ad una completa elettrificazione del trasporto si conterebbero a decine di milioni, si può immaginare quale immenso mercato si apre per i microreattori che, pur immaginando di impiegarli solo nel 1% di tutti i centri di ricarica, sarebbero presenti sul territorio a decine di migliaia.

4. Sviluppo data center ed estrazione di Bit-coin

La finanziarizzazione dell’economia è un processo in atto da qualche decennio e, nonostante le controindicazioni emerse (bolle finanziarie, cartolarizzazioni e speculazioni varie), non sembra arrestarsi; anzi come è suo costume, il capitale mostra di trovare sempre il modo di rivolgere a suo favore queste crisi “inventandosi” nuovi e inediti strumenti per concentrare la ricchezza e renderla, possibilmente, incontrollabile. E’ il caso delle cripto valute tra cui la più nota è il bit- coin⁹ che per la sua “estrazione” necessita di un ininterrotto e intenso impiego di computer che a loro volta abbisognano di un apporto notevole e continuo di energia elettrica che, a differenza delle fonti rinnovabili, può essere assicurata dal nucleare.

Negli Usa si vanno realizzando accordi tra sviluppatori di sistemi, società elettriche e società finanziarie per costruire reattori nucleari a questi fini: è il caso della società Terawulf¹⁰ che dispone già di due “cripto-facilities” una vicino alla centrale nucleare di Susquehanna (Pennsylvania) e l’altra nello stato di New York in joint venture con Orion Energy, così come spicca l’attivismo di Terrapower (la società fondata da Bill Gates) nel settore nucleare con lo scopo di fornire energia ai sempre più potenti data centers che, oltre a rappresentare il nerbo della informatizzazione dei processi produttivi, sono diventati degli enormi consumatori di energia elettrica in virtù della maggiore potenza e velocità di calcolo che è richiesta dal mercato¹¹. Il progetto Natrium¹² di Terrapower sorgerà a Kemmerer (Wyoming) e consiste in un reattore veloce a sodio liquido di 345 Mw abbinato ad un accumulatore di energia elettrica della capacità di circa 150 Mw in grado di assicurare energia per 5 ore in caso di eventuali deficit di funzionamento della centrale nucleare.

Finanziamento dei programmi nucleari

Tenuto conto che nel mondo, come si è visto, sono sempre più numerosi gli accordi per nuovi progetti di centrali nucleari di ogni tipo e taglia, resta da stabilirne la fattibilità economica, ovvero capire se e con quali mezzi finanziari saranno realizzate.

Per quanto, negli ultimi decenni, le stime di costo del Kwh prodotto dalle centrali nucleari siano state presentate come decisamente convenienti e concorrenziali con il costo delle rinnovabili, non c’è dubbio che i tempi di costruzione di questi impianti e conseguentemente i relativi costi, si sono rivelati assai più alti di quelli preventivati come dimostrano i casi della centrale di Olkiluoto in Finlandia e quella di Flamanville in Francia. Inevitabile quindi che la ripresa del nucleare poggi su solide basi finanziarie che il capitale privato non è in grado (o non ritiene opportuno) di fornire senza un apporto determinante di finanziamenti pubblici realizzati con diverse modalità.

Negli Usa già dal 2018 sono stati stanziati fondi per la ricerca in nuove tecnologie legate al ciclo nucleare: dalle provvidenze in favore delle miniere di uranio, al ciclo del combustibile e ai nuovi tipi di reattori. Per la sola ricerca sono stati stanziati 1,323 miliardi di $ nel 2019 e 1,49 miliardi nel 2020, 1,5 miliardi di $ nel 2021 a cui vanno sommati i fondi previsti nel “Infrastructure Investment and Jobs Act”¹³ emanato il 15 novembre 2021 che prevede complessivamente oltre 11 miliardi di $ per il settore nucleare di cui 6 miliardi per il credito di imposta e altre facilitazioni alle imprese che operano in questo settore, fino a tutto il 2030.

In Inghilterra è stato messo a punto un sofisticato sistema di finanziamento dei progetti nucleari, i quali sono considerati parte essenziale della attuazione del piano di governo per il raggiungimento degli obiettivi di net zero emissions previsti per il 2050 (Ten Point Plan for a Green Industrial Revolution) per il quale sono stati già stanziati , complessivamente, 12 miliardi di sterline, di cui oltre 3,5 miliardi per il solo settore nucleare. Il sistema di finanziamento concepito¹⁴ (RAB Regulated Asset Base) si basa sullo schema del project financing classico con alcune modifiche volte a tutelare il rischio capitale, cioè quell’insieme di incertezze legate ai costi di costruzione e ai tempi di realizzazione che rappresentano i punti critici dei progetti nucleari. In pratica la società detentrice dell’impianto potrà disporre di ingenti capitali, specie nella prime fasi di realizzazione, messi a disposizione da investitori istituzionali come alcune banche controllate dallo stato e i fondi pensione dei cittadini i quali, in cambio, potranno godere di un prezzo regolamentato della tariffa elettrica. I fondi saranno erogati al proprietario dell’impianto in base all’avanzamento lavori e il tutto sarà gestito e controllato da una autorità indipendente.

In Francia il programma nucleare varato nel 2020 incontra notevoli difficoltà di carattere economico. Sono previsti 6 nuovi reattori EPR2 da 1650 Mw ciascuno, per un costo stimato totale di 47,2 miliardi di euro che dovrebbero sostituire gli impianti più vecchi ma ancora in funzione; la prima coppia di questi nuovi EPR andrebbe in servizio nel 2036 e l’ultima nel 2044. La sostenibilità finanziaria di questo programma, secondo il Ministero dell’economia e delle finanze francese¹⁵, è condizionata dai seguenti aspetti:

– flussi di cassa di EDF almeno superiori al 1,5% annuo a partire dal 2040;

– la messa in servizio del reattore di Flamanville nel 2023 e di quello di Hinkley Point C nel 2026;

– un andamento dei prezzi del Kwh all’ingrosso che passi dai 36,6 € /Mwh del 2024 ai 74,5 €/ Mwh

del 2040;

– flussi di cassa negativi post dividendo fino al 2029;

– indebitamento che sale da 41,1 miliardi di € nel 2019 a 56,9 miliardi di € nel 2028.

A ciò va aggiunto il costo del riammodernamento di quasi tutti i 57 reattori nucleari in funzione valutato, secondo le ultime stime di EDF, in 49,4 miliardi di € che fanno salire il costo complessivo del nucleare francese a circa 100 miliardi di €, somma che non è nelle disponibilità di EDF e che quindi deve essere reperita tra i finanziatori privati (con conseguente cambio di ragione sociale di EDF) oppure con denaro pubblico, ma senza infrangere le regole del trattato di Maastricht (divieto di finanziamento diretto dello Stato): un bel rebus.

In sede europea è ormai certo che l’energia nucleare sarà introdotta tra le voci della tassonomia ufficiale dell’Unione (insieme al gas naturale), cosa che fornisce un assist assai rilevante per la realizzazione di nuovi programmi nucleari che diverrebbero immediatamente finanziabili con i fondi dell’Unione europea, ovvero con denaro pubblico. Dodici paesi (Bulgaria, Croazia, Czechia, Finlandia, Francia, Ungheria, Polonia, Romania, Slovakia, Slovenia, Olanda e Svezia) sono a favore dell’introduzione del nucleare nella tassonomia UE, mentre Austria, Portogallo, Danimarca, Lussemburgo e Germania hanno espresso parere contrario. La bozza di testo che circola (si tratta di un emendamento al regolamento (EU) 2021/2139) prevede le seguenti specificazioni:

• Reattori di nuova costruzione:

• Le attività inseribili nella tassonomia riguardano il campo della ricerca su nuove tecnologie e quello della generazione elettrica e/o cogenerazione di calore e idrogeno, cioè costruzione ed esercizio del reattore fino al suo spegnimento definitivo. Sembrano quindi escluse le attività a monte e a valle, vale a dire l’estrazione e raffinazione dell’uranio, così come quelle del decommissioning degli impianti e della sistemazione dei rifiuti radioattivi che quindi non sono finanziabili con fondi UE;

• Le emissioni di gas serra relative alla generazione elettrica non devono essere superiori a 100 gCO2e/Kwh, calcolate con metodo LCA;

• Il permesso di costruzione dell’impianto deve essere stato rilasciato prima del 2045 dall’autorità competente dello stato membro;

• Il progetto dei nuovi impianti deve basarsi sulle migliori tecnologie disponibili inclusa quella del combustibile ATF, che devono essere certificate ed approvate dall’autorità di sicurezza nazionale;

• Il progetto deve essere realizzato in uno stato membro che dispone di un deposito di smaltimento definitivo per rifiuti a bassa e media attività;

• Il progetto deve essere realizzato in uno stato membro che abbia in programma di realizzare un deposito di smaltimento definitivo per rifiuti ad alta attività;

• Reattori già in esercizio:

• Le attività inseribili nella tassonomia riguardano quelle finalizzate ad estendere la vita utile di questi impianti purchè siano state approvate dalle autorità competenti di ogni stato membro entro l’anno 2040;

• Per i reattori in esercizio, oltre ad applicarsi le medesime specificazioni previste per i reattori di nuova costruzione, è necessario dimostrare che le attività finalizzate ad estendere la loro vita utile, aumentino il grado di sicurezza degli impianti. Ciò deve essere certificato ed approvato dall’autorità di sicurezza dello stato membro.

Per quanto riguarda l’inserimento del gas naturale nella tassonomia UE, l’insieme delle specificazioni stabilite dalla Commissione si presenta più complicato. Tuttavia i punti principali possono essere riassunti nel modo seguente: in generale gli impianti a gas naturale devono avere emissioni di gas serra inferiori a 100gCO2e/Kwh calcolate con metodo LCA basandosi però sui dati di progetto dell’impianto. Se si tratta di nuovi impianti il cui permesso di costruzione è stato rilasciato entro il 2030, le emissioni dirette di gas serra (non calcolate secondo LCA) devono essere inferiori a 270 gCO2e/Kwh, oppure inferiori a 550 KgCO2e/Kwh l’anno, inteso come valore medio su un arco di tempo di 20 anni. Quest’ultima specificazione è articolata a sua volta in diverse modalità di attuazione come quella che vincola il valore di 270 gCO2e al fatto che questi nuovi impianti vadano a sostituirne altri di più inquinanti.

L’insostenibile leggerezza del new green deal

Da quanto sopra esposto non è facile fare previsioni attendibili sullo sviluppo dell’energia nucleare per usi civili, ma una cosa è certa: nel futuro dell’umanità, a meno di rivolgimenti epocali, ci sarà ancora posto per i reattori nucleari, forse quelli a fusione, sicuramente quelli a fissione. Quanti di questi ultimi dipenderà dalle scelte che verranno fatte da qui al 2030, essendo questo il decennio decisivo per il raggiungimento degli obiettivi del new green deal, fissati per il 2050.

E’ in questo ambito che si sono fatte strada considerazioni di carattere strategico, sia economico che militare, sull’opportunità di rilanciare l’energia nucleare che poco hanno a che vedere con valutazioni prettamente tecnologiche o scientifiche di questa materia.

L’energia nucleare infatti, è considerata una tecnologia di punta che, come dimostrano le applicazioni spaziali e quelle legate all’intelligenza artificiale, non conosce limiti. Inoltre il nucleare è un settore dove la catena del valore assume caratteristiche di assoluto rilievo per l’economia di una nazione, sia per la numerosità dei comparti tecnologici interessati sia per il valore dei singoli componenti prodotti, e ciò costituisce un notevole appeal che pesa indubbiamente sulla bilancia della transizione energetica. Nè va dimenticato il ruolo che esercitano gli apparati militari in termini, non di appeal, ma di condizionamento delle politiche dei governi, tant’è che i paesi maggiormente esposti nel rilancio del nucleare civile corrispondono a quelli che dispongono dei maggiori arsenali militari. Con l’aggravarsi della crisi climatica infatti, la convergenza di interessi tra il comparto militare e quello civile sul tema dell’energia nucleare va ben oltre la consolidata sinergia funzionale alla fabbricazione delle testate nucleari, dato che l’atteggiamento delle istituzioni nazionali ed internazionali, al di là della retorica sulle sorti del pianeta, nei confronti dei cambiamenti climatici è quello di considerarli come un “moltiplicatore di minacce”¹⁶ dalle conseguenze imprevedibili¹⁷ che, pertanto, non può che essere gestita coinvolgendo gli apparati militari.

Sull’onda di quanto deciso negli Usa, che hanno affidato da tempo la gestione di questa materia al DoD, anche Inghilterra e Francia¹⁸ stanno predisponendo strategie similari e, nonostante l’assenza di informazioni specifiche, è legittimo ritenere che Russia e Cina abbiano adottato misure analoghe.

D’altra parte non vanno dimenticati due aspetti che caratterizzano l’attuale rilancio del nucleare civile: il primo è che gli unici SMR immediatamente disponibili sono reattori derivati da quelli impiegati nella propulsione navale militare (Westinghouse e Rolls Roice in primis); il secondo risiede nel fatto che l’avvenire commerciale dei cosiddetti microreattori (da 1 a 10 Mw di potenza) è affidato alla “riuscita” che questi avranno nella logistica delle basi militari, non solo per la loro alimentazione elettrica, ma anche come produzione di acqua potabile e calore per riscaldamento degli ambienti, che sono applicazioni di grande interesse sociale.

Qui si schiudono orizzonti impensabili per l’energia nucleare se appena la si collocasse nello schema concettuale che molti “esperti” (ambientalisti e non) propugnano come modello di produzione elettrica distribuita sul territorio, simbolicamente rappresentata dalla “Smart grid”, cioè una rete “intelligente” che proprio in virtù di una produzione elettrica non più concentrata in grandi impianti, è in grado di regolare i flussi di energia in modo bidirezionale (dai nodi periferici al centro di una rete elettrica e viceversa).

Cosa c’è di più feasible di un microreattore nucleare dal punto di vista funzionale di una smart grid? Ci si può alimentare una fabbrica di medie dimensioni, un piccolo distretto industriale, una stazione di servizio per autoveicoli, paesi singoli o consorziati che abbisognano oltre che di energia elettrica, anche di impianti di purificazione dell’acqua, e così via dicendo, fino ad un immaginifico impiego come “reattore di condominio” in grado di fornire anche acqua calda e calore per il riscaldamento. In questo sta la “novità” del nucleare che verrà e a cui dovremo far fronte: non più la macchina imponente e minacciosa dei vecchi grandi reattori (anche se non scompariranno del tutto), ma un apparato di dimensioni ridotte e dalle architetture leggere che sia commerciabile anche al di fuori della ristretta cerchia delle utilities elettriche. In termini forti si potrebbe dire che il rilancio del nucleare sta dentro un percorso di “socializzazione” di questa tecnologia; in termini più semplici si tratta di rendere il nucleare più friendly, farlo entrare nel novero degli apparati tecnologici con cui le persone si relazionano quotidianamente per farne una presenza discreta, utile, silenziosa e non invadente: in poche parole, un nucleare “domestico”.

Il riferimento fatto precedentemente circa le possibili funzionalità tra smart grid e microreattori, ne comporterebbe l’installazione di migliaia di unità nel mondo, una vera e propria proliferazione, ed anche se è vero che le smart grid sono concepite principalmente per una produzione distribuita basata sulle fonti rinnovabili e/o a bassa emissione di CO2 nulla vieta, come dimostra la decisione della Commissione europea in tema di tassonomia, di comprendervi il nucleare che pur non essendo una fonte rinnovabile è considerato da tutti gli organismi internazionali accreditati in materia (IPCC in testa) a bassa emissione di carbonio. C’è dell’altro ovviamente (e non è poco) che riguarda, sia l’economicità di questi piccoli e piccolissimi reattori che, nonostante la propaganda favorevole, resta un incognita, ma soprattutto ci sono i problemi legati alla sicurezza e ai rifiuti nucleari. Come superarli?

Dal punto di vista della sicurezza i microreattori (ma in parte anche gli small reactor) che la NRC si appresta a licenziare, godono di procedure semplificate in quanto non abbisognano di valutazione ambientale e possono essere collocati in zone dove normalmente i reattori grandi non potrebbero stare (vincoli di sismicità, idrologia, vicinanza ai centri abitati etc). Inoltre la contenuta massa di materiale fissile presente, i meccanismi di spegnimento del reattore e l’assenza di pompe, costituiscono già di per sé un valido lasciapassare, tant’è che la NRC è orientata a licenziare questi reattori esclusivamente in fabbrica, cioè certificando il processo di fabbricazione e il prodotto finale alla stregua di quanto avviene normalmente per prodotti di largo consumo.

Quanto agli eventuali effetti radiologici che potrebbero scaturire dalla diffusione di questi microreattori, è bene non farsi soverchie illusioni: gli standard dell’ICRP (International commission on radiological protection) stabiliscono che i limiti di dose per il corpo umano si applicano nell’ambito di una “ottimizzazione” della protezione che si ottiene mantenendo la dose “al livello più basso ragionevolmente ottenibile, avendo tenuto conto di fattori economici e sociali” (ICRP 60); altrettanto labile il principio a cui si ispirano le normative IAEA nell’inquadrare il tema della protezione dell’ambiente: “Mentre gli effetti dell’esposizione alle radiazioni sulla salute umana sono relativamente ben compresi, sebbene con alcune incertezze, gli effetti delle radiazioni sull’ambiente sono stati studiati meno approfonditamente. L’attuale sistema di radioprotezione fornisce generalmente un’adeguata protezione degli ecosistemi dell’ambiente umano rispetto agli effetti nocivi delle radiazioni”.¹⁹

Data l’abbondanza di avverbi presenti in queste definizioni (ragionevolmente, generalmente, relativamente) risulta evidente che la sicurezza è un concetto elastico, variabile a seconda delle circostanze e comunque soggetto a valutazioni socio-economiche.

Resta quindi il grosso problema dei rifiuti che, con le conoscenze e le tecnologie attualmente disponibili, è pressoché impossibile risolvere perché anche a voler credere che fra vent’anni si realizzino i “Rubbiatroni”²⁰ avremmo ancora milioni di tonnellate di scorie radioattive da smaltire per un periodo valutabile in migliaia di anni. Qui entrano in ballo valutazioni di ordine extra scientifico, come il rapporto rischi benefici e lo sviluppo sostenibile con tutti gli annessi e connessi che, stante la crisi climatica, hanno ulteriormente indebolito quel principio di precauzione che, pur tra mille ostacoli, era stato recepito dalle istituzioni internazionali.²¹Da un lato infatti, c’è l’incombenza dell’oggi, cioè adottare misure immediate per mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici (e il nucleare è considerato fra queste); dall’altro c’è una preoccupazione che riguarda il domani, cioè l’impatto che una gran massa di rifiuti nucleari avrebbe sull’ecosistema e quale onere ne deriverebbe per le generazioni future.

Ove mai fossero esistiti dubbi su quale di questi due aspetti avrebbero privilegiato le classi dirigenti al potere, ci ha pensato la Commissione Europea a dissiparli, inserendo il nucleare nella tassonomia della UE; del resto il principio ispiratore fondamentale da cui discendono tutti i criteri di sicurezza adottati nella gestione dei rifiuti nucleari, suona così: “I rifiuti radioattivi devono essere gestiti in modo da evitare di imporre un onere eccessivo alle generazioni future; cioè, le generazioni che producono i rifiuti devono cercare e applicare soluzioni sicure, praticabili e accettabili dal punto di vista ambientale per la loro gestione a lungo termine.”²²

Parafrasando le “Domande di un lettore operaio” di Brecht, viene da chiedere: cosa si intende per onere eccessivo? Quanto è sicura la soluzione di mettere i rifiuti nucleari sotto terra? Quanto è da ritenersi lunga una gestione a lungo termine e, soprattutto, siamo sicuri che ciò che si ritiene accettabile oggi, lo sia ancora per coloro che popoleranno la terra tra mille anni?

NOTE

danieleB

Un piede nel mondo cosiddetto reale (dove ha fatto il giornalista, vive a Imola con Tiziana, ha un figlio di nome Jan) e un altro piede in quella che di solito si chiama fantascienza (ne ha scritto con Riccardo Mancini e Raffaele Mantegazza). Con il terzo e il quarto piede salta dal reale al fantastico: laboratori, giochi, letture sceniche. Potete trovarlo su pkdick@fastmail.it oppure a casa, allo 0542 29945; non usa il cellulare perché il suo guru, il suo psicologo, il suo estetista (e l’ornitorinco che sonnecchia in lui) hanno deciso che poteva nuocergli. Ha un simpatico omonimo che vive a Bologna. Spesso i due vengono confusi, è divertente per entrambi. Per entrambi funziona l’anagramma “ride bene a librai” (ma anche “erba, nidi e alberi” non è malaccio).