Nucleare sostenibile, cos’è e quando saremo pronti

(Adnkronos) – Tecnologie, primi impianti operativi e rifiuti radioattivi. Alessandro Dodaro, direttore del Dipartimento Nucleare dell'Enea, racconta all'Adnkronos le nuove prospettive del nucleare sostenibile: dai nuovi reattori ("che possono essere determinanti nel processo di decarbonizzazione già dai prossimi anni") all''energia delle stelle' (per "produrre energia elettrica, inesauribile, in modo intrinsecamente sicuro, utilizzando lo stesso meccanismo che ‘accende’ gli astri"). 
Quando si parla di nucleare sostenibile, a quali tecnologie e a quale ‘generazione’ si fa riferimento?  "A metà strada fra la terza e la quarta generazione di reattori si pongono due filiere particolarmente interessanti che possono essere determinanti nel processo di decarbonizzazione già dai prossimi anni: gli Small Modular Reactors (Smr) che sfruttano la tecnologia dell'attuale flotta Lwr – Light Water Reactor (Generazione III o III+) e gli Advanced Modular Reactors (Amr) derivati dalle tecnologie di quarta generazione. Si tratta del cosiddetto ‘nucleare sostenibile’ o nucleare di nuova generazione. I reattori di Generazione III sono essenzialmente evoluzioni dei reattori di Generazione II. I miglioramenti nella tecnologia hanno puntato innanzitutto a estenderne la vita operativa, da 40 fino a 60 anni, aumentare l’efficienza e ad accrescerne ulteriormente il livello di sicurezza. In particolar modo nei reattori di Generazione III e 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 questi reattori, basati sulla tecnologia dei reattori ad acqua, permane il problema di un ciclo del combustibile non chiuso, che richiede lo stoccaggio del combustibile esausto in un deposito geologico. I Reattori di IV Generazione, tra cui i Reattori veloci refrigerati a piombo (Generation IV – Lead-cooled Fast Reactor – Lfr) sono il vero punto di svolta e attraggono un sempre maggiore interesse. Questa tipologia di reattori rappresenta la maggior parte delle attività di ricerca e sviluppo nel settore in Italia. La fondamentale differenza dei reattori Lfr di IV generazione rispetto a quelli attuali è il 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. Per concepire e promuovere lo sviluppo di sistemi nucleari di IV generazione e renderli disponibili industrialmente negli anni ‘30, nel 2001 è stato istituito il Generation IV International Forum (Gif) al quale l’Italia partecipa tramite la rappresentanza dell’Europa. Questi obiettivi sono raggiungibili, nell’arco di 20-25 anni, massimizzando la ricerca nella termofluidodinamica dei metalli liquidi e nella progettazione di nocciolo (la parte che contiene il combustibile). E’ verosimile che gli Amr, caratterizzati da volumi e potenze ridotti, siano disponibili sul mercato molto prima, già nel prossimo decennio". 
Quali sono le principali caratteristiche di Smr e Amr?
 "Gli Small Modular Reactors (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. Gli Advanced Modular Reactor (Amr) utilizzano nuovi sistemi di raffreddamento (es. piombo liquido) o combustibili innovativi per offrire prestazioni migliori, nuove funzionalità (ad esempio, cogenerazione e produzione di idrogeno) e un cambiamento di passo per una più elevata competitività economica, sostenibilità, sicurezza passiva e affidabilità, nonché resistenza alla proliferazione nucleare e protezione fisica. Il refrigerante a metallo liquido, che permette di utilizzare in larga parte combustibile riprocessato, è l’innovazione principale dei più promettenti modelli in studio della quarta generazione, è una caratteristica propria anche degli Amr: oltre a minimizzare il quantitativo di rifiuti a lunga vita prodotti, l’uso di metallo liquido consente anche altri vantaggi, primo fra tutti la possibilità di utilizzare il calore che viene smaltito (quindi sprecato) nel processo di trasformazione del calore in lavoro tipico di qualsiasi ciclo termodinamico. Infatti, la temperatura alla quale si smaltisce il calore nei reattori raffreddati ad acqua è di poco superiore alla temperatura ambiente, quindi inutilizzabile; negli Amr raffreddati al piombo liquido, invece, le temperature di esercizio sono molto più elevate e quindi si può utilizzare il 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 Pniec prevede l’inizio dell’installazione di Smr nel 2035, fino ad arrivare, nel 2050, ad avere una flotta che possa coprire fra l’11 (scenario conservativo) e il 22% del fabbisogno di energia elettrica nazionale. Secondo il Piano, l’installazione di Smr e, successivamente, di Advanced Modular Reactor (Amr) sarebbe 'economicamente ed energeticamente conveniente' e consentirebbe sia di soddisfare un maggior fabbisogno di energia (rispetto a uno scenario senza nucleare), sia di ridurre la produzione di energia da combustibili fossili (prevalentemente gas naturale con tecnologia Carbon Capture and Storage-Ccs)". 
In che modo cambierà la gestione dei rifiuti radioattivi più pericolosi?
 "Gli Smr sono raffreddati ad acqua e devono utilizzare come combustibile uranio arricchito che a fine utilizzo deve essere gestito come rifiuto radioattivo ad alta attività: va stoccato in formazioni geologiche per garantirne il confinamento per centinaia di migliaia di anni. Gli Amr, invece, minimizzano il quantitativo di questo tipo di rifiuti perché possono utilizzare grandi quantità di combustibile riprocessato, trasformando un rifiuto in una fonte di energia. In questo settore Enea partecipa alla progettazione di Amr, che saranno poi realizzati in Francia e Regno Unito, assieme a newcleo: ci si propone di sviluppare i primi prototipi entro sette anni e, successivamente, di commercializzarli a livello internazionale". 
Fusione nucleare, cos’è e a che punto siamo?
 "La fusione nucleare è un processo completamente diverso dalla fissione e ha come obiettivo di produrre energia elettrica, inesauribile, in modo intrinsecamente sicuro, utilizzando lo stesso meccanismo che ‘accende’ gli astri. Per questo viene chiamata ‘energia delle stelle’. Nella fusione, l’energia scaturisce dall’unione di due nuclei di elementi molto leggeri quali, ad esempio, l’idrogeno; nella reazione si producono un neutrone e un nucleo di elio, un gas nobile ampiamente utilizzato nella vita quotidiana. Non vengono prodotte emissioni di gas serra, né rifiuti radioattivi che restano tali per millenni, escludendo così la possibilità di incidenti che coinvolgano la popolazione ed eventuali criticità future da materiali residui: infatti, gli unici materiali radioattivi (la parte di combustibile costituita da trizio e i prodotti di attivazione generati durante il funzionamento) sono all’interno della camera di reazione che non ha contatti con l’esterno. Altri vantaggi sono: il rispetto dell’ambiente e zero impatto da estrazione dei combustibili, la sicurezza intrinseca e lo sviluppo di tecnologie innovative applicabili in numerosi campi.  Ad oggi, il maggior progetto nel campo della fusione è Iter, l’International Thermonuclear Experimental Reactor, al quale collaborano Unione Europea, Cina, India, Giappone, Corea del sud, Russia e Stati Uniti. Si tratta di un progetto di grande complessità tecnologica, diretto dall’italiano Pietro Barabaschi, in costruzione a Cadarache, in Francia, con un investimento di oltre 20 miliardi di euro di cui circa il 50% sostenuti dall’Unione Europea. L’obiettivo è di dimostrare la fattibilità della produzione di energia da fusione e di avere il massimo ritorno scientifico per poter progredire nei tempi più brevi possibili verso un reattore dimostrativo Demo. In parallelo, l’Europa sta progettando il reattore dimostrativo Demo con l’obiettivo di immettere in rete energia elettrica prodotta da fusione nella seconda metà del secolo. Un’altra infrastruttura di rilievo nel campo della fusione è il Dtt, la Divertor Tokamak Test facility, ideata principalmente da Enea e in costruzione al Centro Enea di Frascati, con l’obiettivo di dare risposte ad alcuni dei nodi ancora da sciogliere sul cammino della fusione. Realizzato da un consorzio che, oltre ad Enea, coinvolge Eni e numerose istituzioni di ricerca e Università italiane, Dtt prevede investimenti per oltre 600 milioni di euro con ricadute economiche stimate in 2 miliardi di euro. Intorno al Dtt è prevista la realizzazione di una cittadella internazionale della ricerca, aperta a scienziati di tutto il mondo. Infine, vi è il progetto Dones (Demo Oriented Neutron Source), in costruzione in Spagna per qualificare i materiali che meglio rispondono, in termini di resistenza meccanica (danneggiamento da radiazioni e attivazione) se immersi in campi neutronici paragonabili a quelli di un reattore industriale". 
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