Ricerca e innovazione aprono nuove prospettive per un nucleare sicuro e sostenibile, con il contributo sostanziale dell’Italia
L’energia nucleare sta attraversando una fase di rinnovato interesse a livello globale. Il rilancio non nasce da un cambiamento ideologico, ma da esigenze strutturali dei sistemi energetici moderni: la crescente richiesta di decarbonizzazione (riduzione delle emissioni di CO2) deve infatti essere compatibile con l’incremento sostanziale di domanda elettrica e con la sicurezza degli approvvigionamenti, nonché con i limiti intrinseci delle sole fonti rinnovabili intermittenti.
Il nucleare presenta in effetti alcune caratteristiche difficilmente replicabili da altre tecnologie low‑carbon, quali la possibilità di produzione continua e programmabile, basse emissioni di CO₂ , comparabili a eolico e idroelettrico, sull’intero ciclo di vita; densità energetica elevatissima, con ridotto consumo di suolo; stabilità dei costi marginali nel lungo periodo.
Per questi motivi, l’Agenzia Internazionale per l’Energia Atomica (IAEA) considera il nucleare un fattore essenziale per sistemi elettrici fortemente elettrificati e decarbonizzati, soprattutto in combinazione con rinnovabili variabili. La stessa IAEA rileva che le proiezioni sull’espansione del nucleare vengono riviste al rialzo da cinque anni consecutivi. Nello scenario “alto”, la capacità nucleare globale potrebbe quasi triplicare entro il 2050, passando dai circa 377 GW elettrici operativi a fine 2024 a circa 992 GW.
Ma quale sarà il nucleare del futuro prossimo?
La maggior parte dei reattori oggi in funzione sono reattori cosiddetti di “seconda generazione”, entrati in servizio principalmente tra gli anni ’70 e ’90 del secolo scorso. Si tratta di reattori generalmente di grande taglia operanti con combustibile nucleare tradizionale (principalmente uranio) e raffreddati ad acqua (l’acqua è cioè il fluido primario di raffreddamento del nocciolo del reattore, che asporta dal nocciolo il calore generato dalle reazioni nucleari e lo trasferisce ad un fluido secondario usato per la produzione di energia elettrica).
Rispetto a questi reattori, e in vista della loro sostituzione, gli sviluppi tecnologici hanno riguardato principalmente l’aspetto della sicurezza, con lo sviluppo dei reattori cosiddetti di “terza generazione”. I reattori di terza generazione sono intrinsecamente più sicuri, principalmente perché si affidano, in caso di incidenti e situazioni di emergenza, a sistemi di sicurezza passivi, che intervengono cioè per semplice applicazione di principi fisici e non richiedono l’intervento attivo di altri componenti o anche un intervento umano, come in passato. Quando si verifica una situazione di emergenza che rende necessario raffreddare il nocciolo, sono le stesse condizioni critiche, ad esempio un incremento di temperatura oltre una soglia critica, ad innescare meccanismi fisici in maniera del tutto autonoma, per esempio tramite circolazione naturale di fluidi, spostamenti di masse per gravità, variazioni di dimensioni per dilatazione termica. Non serve alcun intervento umano, né devono intervenire sistemi attivi che potrebbero non funzionare, per esempio per mancanza di energia elettrica.
Dal punto di vista dei principi di funzionamento, però, i reattori di terza generazione sono analoghi ai precedenti e in gran parte impiegano acqua come fluido primario di raffreddamento del nocciolo. Si tratta di una tecnologia matura e affidabile, ma che mantiene i limiti di sfruttamento del combustibile dei reattori precedenti. Infatti, viene sfruttata solo una piccola frazione del potenziale energetico dell’uranio che, una volta esausto e dato che il riprocessamento sarebbe troppo oneroso, diventa una scoria ad alta attività, con conseguenti problemi di stoccaggio e smaltimento.
D’altra parte, l’impostazione tradizionale è sempre stata orientata alla realizzazione di reattori di grande potenza da inserire in grandi siti produttivi.
Questo approccio ha mostrato, soprattutto negli ultimi anni, limiti importanti, quali tempi di costruzione molto lunghi, costi iniziali (costruzione e installazione) molto elevati, difficoltà di accettazione pubblica e politica.
In questo quadro, per superare le criticità dei grandi impianti, le strategie energetiche sono sempre più orientate alla realizzazione di reattori di piccola taglia e modulari (SMR, “Small Modular Reactors”), e contestualmente ricerca e innovazione proseguono nello sviluppo dei reattori di “quarta generazione”, che affrontano in maniera diversa il tema dell’uso efficiente del combustibile nucleare e ricorrono a tale scopo anche a refrigeranti primari diversi dall’acqua, in particolare piombo fuso o sali fusi.
Gli Small Modular Reactors (SMR) sono definiti dalla IAEA come reattori con potenza elettrica fino a 300 MW per modulo (a fronte di potenze dei reattori tradizionali di diverse centinaia di MW e fino a oltre 1000 MW), progettati per essere costruiti in gran parte in fabbrica e assemblati in sito.
Gli elementi distintivi sono la modularità (la possibilità di installazione di più unità identiche), la standardizzazione del progetto (replicabile senza sostanziali adattamenti), la riduzione dei costi iniziali (costruzione e installazione), la flessibilità di collocazione (la possibilità di essere installati dove più opportuno, per esempio in siti industriali dismessi, miniere, aree remote), l’uso estensivo di sistemi di sicurezza passiva.
La costruzione di una centrale nucleare di dimensioni tradizionali richiede enormi investimenti, oltre che tempi molto lunghi (durante i quali spesso anche i costi inizialmente preventivati aumentano).
L’impiego di piccoli reattori modulari consentirebbe di sostituire le grandi centrali con impianti non solo più piccoli e collocati in diverse aree, ma anche di dimensioni progressivamente incrementabili nel tempo, così da diluire anche i costi di investimento.
Chiaramente, il modello di business degli SMR potrebbe essere applicato anche a reattori di terza generazione (cioè raffreddati ad acqua), alcuni dei quali sono in effetti in fase di sviluppo avanzato o addirittura di realizzazione.
Tuttavia, le prospettive più interessanti sembrano quelle che combinano la strategia dei reattori modulari di piccola taglia con gli sviluppi tecnologici dei reattori di quarta generazione; in particolare, risultano pienamente compatibili con un approccio modulare e di piccola taglia reattori veloci raffreddati a piombo (LFR, “Lead‑cooled Fast Reactors”) e reattori a sali fusi (MSR, “Molten Salt Reactors).
I reattori raffreddati a piombo impiegano come refrigerante primario piombo o piombo-bismuto e operano con spettro neutronico veloce (non richiedono quindi moderatori di neutroni), consentendo un uso molto efficiente del combustibile con drastica riduzione delle scorie a lunga vita. Il piombo è chimicamente stabile, non reagisce con aria o acqua e consente sicurezze intrinseche, ma pone sfide importanti sui materiali e sulle temperature operative elevate.
I reattori a sali fusi (che usano come refrigerante primario miscele di sali fusi) si distinguono per lavorare a basse pressioni (in modo da ridurre le sollecitazioni meccaniche, semplificare gli aspetti progettuali e migliorare la sicurezza) e temperature elevate (così da avere un buon rendimento termodinamico). Consentono anche di impiegare combustibili disciolti nello stesso refrigerante. Sono considerati tra i concetti con maggiore potenziale di sicurezza intrinseca, ma anche tra i più complessi da portare alla realizzazione su scala industriale.
L’Italia non è estranea al rinnovato interesse per l’energia nucleare e anzi svolge un ruolo innovativo importante nel settore.
Anche se oggi non produce energia nucleare, l’Italia è infatti tra i Paesi più attivi in Europa nello sviluppo dei reattori nucleari di quarta generazione, in particolare degli SMR raffreddati a piombo e, in misura minore, dei reattori a sali fusi.
Il perno di questo ruolo è l’ENEA, principale attore pubblico italiano nel settore, che ha mantenuto competenze avanzate nel campo dei reattori veloci raffreddati a metalli liquidi anche nei decenni successivi allo stop del nucleare civile.
Il Centro Ricerche di Brasimone, sull’Appennino bolognese, è oggi uno dei principali hub europei per la sperimentazione su materiali, termoidraulica e sicurezza dei reattori di quarta generazione.
Accanto alla ricerca pubblica, l’Italia dispone di una solida capacità industriale grazie ad Ansaldo Nucleare, uno dei pochi attori europei con know‑how completo nella progettazione e ingegneria di sistemi nucleari avanzati. Questa combinazione tra ricerca e industria è alla base del consorzio europeo EAGLES, che sviluppa l’EAGLES‑300, uno SMR di quarta generazione raffreddato a piombo selezionato come progetto strategico dall’Unione Europea, con dimostratori previsti negli anni Trenta.
Un ulteriore elemento distintivo è la presenza di iniziative private a forte radicamento italiano, come Newcleo, azienda fondata da imprenditori italiani e largamente finanziata da capitali italiani, impegnata nello sviluppo di reattori modulari avanzati raffreddati a piombo e nella validazione delle tecnologie presso infrastrutture di ricerca italiane, prima del passaggio ai dimostratori nucleari.
In conclusione, sembra ormai chiaro che il nucleare che sarà disponibile nei prossimi anni sarà decisamente diverso da quello del passato: il ritorno del nucleare non coincide con una ripetizione dei modelli del Novecento. Gli SMR rappresentano una evoluzione ingegneristica e industriale verso un nucleare meno monumentale, più seriale, più flessibile e più sostenibile. L’Italia è uno dei protagonisti europei nella progettazione del nucleare del futuro, fornendo competenze scientifiche e industriali cruciali per gli SMR di quarta generazione.
