Le Big Tech scommettono sull'atomo ma senza superarne i limiti
Google, Microsoft e Amazon finanziano i piccoli reattori modulari (SMR) per i propri data center. Ecco come rischiano di aumentare il volume e la complessità dei rifiuti radioattivi
di Erasmo Venosi
Fisico, già vice presidente della Commissione AIA del Ministero dell’Ambiente, componente del gruppo scientifico Energia e Clima del Parlamento Europeo e consulente di ClientEarth per la Centrale Federico II di Brindisi
Stati, aziende energetiche e grandi aziende tecnologiche, che necessitano di elettricità affidabile a basso contenuto di anidride carbonica per alimentare le loro tecnologie di intelligenza artificiale assetate di energia e l’archiviazione dei dati, stanno sostenendo anche l’energia nucleare. Constellation Energy ha richiesto per Microsoft la riapertura della centrale elettrica di Three Mile Island in Pennsylvania, e Amazon ha acquistato un data center a energia nucleare. Google ha optato per energia generata da una flotta di piccoli reattori nucleari modulari (SMR) che non sono ancora operativi, sostenendo la start-up Kairos Power e il suo reattore a sali fusi.
Il motivo principale per la costruzione di piccoli reattori modulari è quello di evitare gli alti costi e i tempi prolungati che hanno segnato la costruzione di grandi reattori convenzionali, come quello ad acqua leggera di Flamanville costruito e gestito da Électricité de France, che era in ritardo di 12 anni e con un costo di oltre 18 miliardi di euro rispetto ai 5 miliardi del progetto originario. La costruzione del reattore, che è un EPR (European Pressurized Reactor, un reattore europeo ad acqua pressurizzata da 1600 MWe, ovvero 1,6 milioni di chilowatt elettrici), è iniziata a maggio 2007 ed è stata completata con anni di ritardo, diventando operativa di recente. Secondo i sostenitori della rinascita nucleare, i progetti di reattori Gen IV, spesso definiti “reattori modulari avanzati”, promettono non solo la generazione di elettricità ma anche di idrogeno e calore, oltre alla produzione di isotopi medici. Esistono oltre 80 nuovi progetti di piccoli reattori modulari e reattori modulari avanzati, alcuni dei quali sono in fase di sviluppo da parte di start-up e fornitori affermati di tecnologia nucleare.
Un grande clamore circonda i piccoli reattori, proposti come una potenziale rivoluzione per il futuro dell’energia nucleare. Molti scienziati hanno avviato delle revisioni indipendenti e i risultati hanno mostrato che i reattori modulari di piccole dimensioni (SMR) non offrono necessariamente prestazioni migliori rispetto ai reattori da gigawatt in una varietà di parametri.
Un recente studio condotto da Stanford e pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) fornisce per la prima volta un’analisi completa delle scorie nucleari generate dai piccoli reattori modulari. Lo studio conclude che la maggior parte degli attuali progetti di SMR aumenterà in realtà in modo significativo il volume e la complessità delle scorie nucleari da gestire e smaltire rispetto agli attuali reattori ad acqua leggera da gigawatt.
I vantaggi del raffreddamento passivo
È opportuno definire un SMR: un piccolo reattore modulare è definito come un reattore con una potenza elettrica inferiore a 300 megawatt. Quindi “piccolo modulare” si riferisce semplicemente alle dimensioni e alla strategia di costruzione; quest’ultima consiste nel fatto che i reattori vengono fabbricati come moduli in fabbrica e poi trasportati in loco tramite camion, dove vengono assemblati. Gli SMR possono includere un’enorme varietà di tipi di reattori a seconda del refrigerante e del moderatore che utilizzano: dall’acqua leggera ai sali fusi, al sodio, alla grafite, ai reattori a grafite moderata raffreddati a gas, fino ai reattori raffreddati a piombo. Un’altra differenza tra gli SMR e i reattori attuali è che, in alcuni progetti, il raffreddamento è passivo. Ovvero, invece di utilizzare pompe per far circolare il refrigerante, questi reattori si affidano alla convezione naturale interna attorno al nocciolo. Poiché il raffreddamento è passivo, i progettisti considerano questi reattori “intrinsecamente sicuri”. Quindi, in caso di interruzione di corrente in loco, il reattore continuerà a raffreddarsi grazie a questo flusso di convezione naturale, poiché non dipende da energia elettrica esterna per alimentare una pompa.
Le scorie ma anche i combustibili esausti di cui si sa pochissimo
Sotto il nuovo “eldorado nucleare” sono nascosti aspetti poco chiariti nel materiale pubblicitario prodotto da molti fornitori di reattori, come per esempio la natura dei rifiuti radioattivi generati da questi impianti, che dovranno essere gestiti e infine smaltiti. Tutti i reattori a fissione nucleare generano rifiuti radioattivi, alcuni dei quali saranno altamente pericolosi per molte generazioni (fino a centinaia di migliaia di anni). Questo vale anche per quelle tecnologie di reattori che affermano di usare rifiuti radioattivi come combustibile. Sebbene gli attinidi possano essere bruciati in reattori a neutroni veloci, ad esempio, i loro prodotti radioattivi di fissione a lunga durata rimarranno come rifiuti. Ci sono anche rifiuti radioattivi derivanti dai componenti attivati dai neutroni del reattore stesso. Di conseguenza, è probabile che siano necessari lunghi periodi di stoccaggio e lavorazione temporanei prima che tale combustione possa essere effettuata.
Un ulteriore problema per i nuovi reattori modulari avanzati è che anche i combustibili che utilizzano sono spesso innovativi, il che significa che i rifiuti di combustibile esausto provenienti da questi reattori sono poco compresi o, meglio, completamente sconosciuti in alcuni casi, poiché nessuno è mai stato disponibile per la ricerca; pertanto, le soluzioni per gestirli in sicurezza a lungo termine devono ancora essere sviluppate.
Alcuni nuovi fornitori di tecnologia nucleare presumono che i rifiuti radioattivi dei loro reattori vengano immagazzinati in loco per il raffreddamento prima di essere smaltiti in un impianto di smaltimento geologico. Una volta smaltiti, a diverse centinaia di metri sotto terra, i rifiuti sono isolati in sicurezza rispetto alle future generazioni da diversi strati di contenimento progettati per mitigare l’ingresso delle acque sotterranee e la corrosione dei rifiuti, prevenendo così il rilascio di radionuclidi nocivi nella biosfera. È proprio questo aspetto dell’energia nucleare che le vale un posto nella Tassonomia Verde dell’UE, il manuale per investitori che afferma che l’energia nucleare “non causerà danni significativi” all’ambiente nel lungo termine.
In pratica, però, le cose non sono così semplici. Un impianto di smaltimento geologico non è semplicemente un buco nel terreno in cui può essere scaricato qualsiasi materiale radioattivo. La forma materiale dei rifiuti e le loro caratteristiche radioattive, come il calore di decadimento termico, il burnup (che indica quanta energia è stata estratta da una certa massa di combustibile nucleare) e l’inventario di radionuclidi, richiedono seria considerazione nella progettazione degli strati di materiali barriera progettati per proteggere i rifiuti dall’ambiente sotterraneo e viceversa. Esistono limiti massimi di temperatura rigidi che i rifiuti non devono superare; se il combustibile non viene raffreddato abbastanza a lungo e il calore radioattivo di decadimento è troppo elevato, potrebbe danneggiare gli strati di contenimento ingegnerizzati, in particolare le strutture di contenimento argilloso. Ma raffreddare tali rifiuti per periodi più lunghi sopra il suolo può rendere non redditizie le strategie commerciali di rifornimento di certi tipi di reattori. E cosa è più importante per un investitore? Senza alcun dubbio la redditività!
Il rischio è più basso per gli SMR che usano combustibile ceramico a biossido di uranio convenzionale, già utilizzato nei grandi reattori ad acqua leggera da milioni di chilowatt e proposto per molti piccoli reattori modulari con tecnologia di reattori ad acqua leggera, come il Westinghouse Electric AP300, il Rolls Royce Small Modular Reactor (SMR), il reattore ad acqua bollente BWRX-300 di GEH e l’SMR-300 di Holtec, tutti attuali contendenti nella competizione per piccoli reattori modulari del governo britannico. Ma questo non vale per i nuovi tipi di combustibile nucleare proposti in molti dei progetti di reattori modulari avanzati di quarta generazione, come l’FHR di Kairos Power, recentemente sostenuto da Google, che utilizza un innovativo combustibile a tripla struttura rivestito di carbonio, noto come combustibile TRISO. In particolare, molti dei progetti di reattori modulari avanzati di quarta generazione propongono l’uso di combustibile a sali fusi contenenti fluoruro di uranio, uranio metallico o leghe di uranio e plutonio (MOX). Nonostante quattro decenni di ricerca, tali tecnologie di immobilizzazione per questo tipo di scarti rimangono ancora immature.