Energia nucleare: Un'opzione energetica pulita per la decarbonizzazione dell'Unione Europea
La rete elettrica europea presenta una triplice sfida:
- L'UE deve decarbonizzare la propria rete elettrica per affrontare i cambiamenti climatici;
- A tal fine, l'UE deve aumentare la velocità e la portata dell'elettrificazione, bilanciando al contempo l'accessibilità economica e l'affidabilità per i cittadini e l'industria.
- Allo stesso tempo, una grande quantità di capacità energetica pulita e stabile sta invecchiando e deve essere sostituita prima del 2050.
This is a complex challenge that is further complicated by increasing international industrial competition. Meeting this moment requires a diverse portfolio of solutions. One option, nuclear energy, has gained renewed attention in the European Union, both at the EU and at the Member States, levels due to its ability to generate clean firm power.
Figura 1: Produzione di energia elettrica per fonte, Unione Europea
Che cos'è l'energia pulita e perché prenderla in considerazione?
Il mondo avrà bisogno di più energia, non di meno. Si prevede che la domanda globale di elettricità crescerà di circa un terzo o tre quarti entro il 2050, richiedendo strategie che limitino l'aumento delle emissioni e al contempo soddisfino questa domanda aggiuntiva. Le fonti di energia rinnovabile, come l'eolico e il solare, saranno fondamentali a livello globale, ma l'energia pulita di impresa offre vantaggi complementari. Le opzioni "clean firm", come la geotermia e l'energia nucleare, possono migliorare significativamente gli sforzi di decarbonizzazione nell'UE.
L'energia pulita continua si riferisce a fonti di energia che generano elettricità su richiesta, indipendentemente dalle condizioni meteorologiche o dall'ora del giorno, con emissioni minime. Le tecnologie per l'energia pulita e continua possono raggiungere un fattore di capacità molto elevato. Sono considerate clean firm tecnologie come la fissione nucleare, la fusione, la geotermia (compresa la geotermia da rocce superhot), la combustione con cattura e stoccaggio del carbonio e la combustione di combustibili a zero emissioni di carbonio (non si tratta di un elenco esclusivo). Ulteriori informazioni sono disponibili qui.
- L'energia pulita e continua riduce la necessità di una capacità eccessiva di energia eolica e solare: Un sistema che si affida completamente all'energia eolica e solare dovrà tenere conto delle variazioni stagionali che includono molti periodi di carenza di più giorni, persino mensili. Attualmente, in caso di scarsità, si ricorre invece all'energia fossile non consumata. L'energia pulita di rete aiuta a bilanciare queste fluttuazioni senza la necessità di un'eccessiva capacità rinnovabile, riducendo in ultima analisi il costo totale della transizione energetica.
- L'energia pulita e continua riduce la necessità di infrastrutture di trasmissione: Lo sviluppo delle energie rinnovabili deve affrontare diversi ostacoli, tra cui code pluriennali per la connessione alla trasmissione e ritardi nelle autorizzazioni. L'energia pulita ad alta densità energetica, che può essere più flessibile dal punto di vista geografico, riduce la necessità di nuove ed estese infrastrutture di trasmissione per collegare progetti rinnovabili distanti. Questo aspetto è fondamentale in Europa, dove la limitata disponibilità di terreni e la crescente opposizione locale rendono sempre più difficile la localizzazione di nuovi progetti rinnovabili in prossimità delle linee di trasmissione.
- Clean firm power reduces the need for fossil fuel back-up generation: To address renewable variability, the current EU energy system often relies on unabated fossil fuels as backup. Clean firm power can replace fossil fuel backups, ensuring reliable electricity even during periods of low wind and solar generation. This is vital for meeting decarbonisation targets without falling back on carbon-intensive solutions.
- L'energia pulita di rete può accelerare la decarbonizzazione: I potenziali ritardi nella diffusione delle energie rinnovabili, dovuti a problemi di connessione alla trasmissione e alla lentezza dei processi di autorizzazione, mettono a rischio la tempestività degli sforzi di decarbonizzazione. L'energia pulita di rete può fornire una soluzione più immediata e scalabile per garantire che i sistemi energetici possano decarbonizzarsi senza aspettare progetti rinnovabili a lungo termine, stoccaggio di energia a lunga durata o forniture di idrogeno pulito, che sarebbero più prioritarie altrove. Ciò consente di progredire più rapidamente e con maggiore sicurezza verso gli obiettivi climatici.
Valore e ruolo delle tecnologie energetiche pulite per la decarbonizzazione profonda
L'approccio predominante che spinge alla diffusione di tecnologie rinnovabili dipendenti dal clima espone gli Stati membri a costi complessivi di transizione energetica potenzialmente più elevati. Quando la diffusione delle rinnovabili ritarda a causa delle code di connessione alla trasmissione e di altre limitazioni, aumenta il rischio che i Paesi non riescano a raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione in tempo.
One significant challenge with conventional renewable energy is seasonal fluctuation (See Figure 2). Moreover, variations in solar and wind output are often correlated, compounding potential shortfalls. Increased interconnection and energy storage are often proposed as solutions to daily fluctuations. While these can improve the use of renewable resources, they are unlikely to fully resolve the issue on multiday timescale.
Figura 2: Variabilità temporale delle risorse solari ed eoliche e della domanda di elettricità in Germania
Per affrontare questa sfida, il sistema energetico dell'UE ricorre attualmente ai combustibili fossili, che aumentano le emissioni di gas serra. La sovracostruzione di generatori eolici e solari è un'altra opzione, ma sarebbe costosa e soggetta a seri vincoli di utilizzo del territorio (cfr. Figura 3). L'accumulo di energia a lunga durata è spesso citato come una potenziale soluzione, ma tali sistemi non sono ancora disponibili nella scala o al costonecessario1 per una diffusione a breve o medio termine. Allo stesso modo, anche se l'idrogeno pulito è tecnicamente adatto, è probabile che sia una risorsa scarsa che dovrebbe essere riservata ai settori in cui non esistono alternative valide.
Figura 3: Considerazioni sull'uso del suolo per lo sviluppo di infrastrutture per la generazione di energia elettrica
I generatori rinnovabili come l'eolico e il solare sollevano anche questioni relative all'utilizzo del territorio. L'UE dispone di un territorio limitato e con molti usi concorrenti. Gli Stati membri devono considerare lo spazio necessario, insieme ai costi e agli impatti sul clima, per produrre la stessa quantità di energia. Inoltre, come mostra la figura 3, non tutti i siti tecnicamente adatti allo sviluppo di energia pulita sono praticamente o politicamente fattibili. È sempre più difficile trovare siti adeguati a causa della crescente opposizione locale e delle maggiori distanze dalle linee di trasmissione esistenti. In questo momento critico, la diffusione delle rinnovabili dovrebbe accelerare, ma le code per la connessione alla rete e i ritardi nelle autorizzazioni minacciano il raggiungimento degli obiettivi climatici. Di conseguenza, mentre l'eolico e il solare devono essere sviluppati a una scala e a un ritmo senza precedenti, saranno necessarie fonti energetiche complementari per bilanciare i rischi e i limiti e per coprire la strategia di transizione dell'UE.
Figura 4: Entità relativa della superficie utilizzata per le diverse fonti energetiche per soddisfare il fabbisogno energetico totale dell'Italia
Affinché l'UE raggiunga un sistema energetico completamente decarbonizzato con un'energia affidabile, accessibile e sostenibile, saranno necessarie più fonti energetiche. È qui che l'energia pulita di rete può svolgere un ruolo fondamentale. L'energia pulita di rete può contribuire a risolvere il problema dell'affidabilità stagionale a un costo inferiore, offrendo una produzione sempre disponibile e largamente indipendente dalle fluttuazioni meteorologiche. L'Europa dovrebbe concentrarsi su almeno due promettenti opzioni di energia pulita: la geotermia e l'energia nucleare e sviluppare politiche di sostegno che accelerino la diffusione di queste soluzioni per raggiungere gli obiettivi climatici.
Quale ruolo può svolgere l'UE nella diffusione dell'energia nucleare?
While the EU should not dictate the makeup of its Member State’s energy systems, it can play a critical role in coordinating the deployment of nuclear energy within the bloc by providing enabling structures to accelerate nuclear energy deployment across the whole value chain. Key actions the EU should take include:
Sviluppo di una strategia UE per i piccoli reattori modulari (SMR)
Sebbene diversi Stati membri abbiano annunciato l'intenzione di sviluppare e impiegare gli SMR, permangono sfide significative che potrebbero ostacolare l'avanzamento di tali progetti in Europa.
Per affrontare queste sfide, l'UE dovrebbe creare una strategia globale per lo sviluppo e la diffusione degli SMR, come richiesto dal Parlamento europeo nel dicembre 2023. Questa strategia dovrebbe basarsi sul lavoro dell'Alleanza industriale dell'UE per gli SMR, affrontando le sfide e le soluzioni per la diffusione degli SMR in Europa. Le aree chiave su cui concentrarsi sono l'armonizzazione delle licenze, la standardizzazione dei progetti, l'accettazione da parte del pubblico, l'identificazione dei progetti più promettenti, lo sviluppo di una solida catena di approvvigionamento, le sfide degli investimenti, le esigenze di ricerca e sviluppo, le risorse umane e le strategie di gestione del combustibile esaurito.
Coordinare le scelte tecnologiche che portano a registri di ordini paneuropei
L'offerta di energia nucleare vanta attualmente oltre 80 progetti in fase di sviluppo, la maggior parte dei quali sono i cosiddetti "reattori di carta" e progetti innovativi ma poco sviluppati con poche prospettive di successo. Questo mercato dovrà subire un periodo di consolidamento che porti alla realizzazione di un numero ridotto di progetti più interessanti. Ciò porterebbe a un'allocazione più efficiente dei fondi per lo sviluppo e a un'accelerazione dei tempi di consegna.
Le tecnologie dell'energia nucleare devono scendere nella curva dei costi (analogamente a quanto hanno fatto le tecnologie solari ed eoliche negli ultimi dieci o due anni). Il modo migliore per raggiungere questo obiettivo è quello di ripetere la costruzione dello stesso progetto standardizzato, che porterà all'apprendimento della pratica nella costruzione e favorirà lo sviluppo delle catene di approvvigionamento. È chiaro che le unità "first-of-a-kind" (FOAK) avranno un prezzo elevato, come i primi progetti solari ed eolici nei primi anni 2000, ma le costruzioni successive faranno diminuire i costi fino a raggiungere i costi "Nth-of-a-kind" (NOAK) dopo circa 5-10 unità iniziali.
Un portafoglio ordini regionale di reattori, coordinato dall'UE, è in grado di stimolare gli investimenti nelle catene di fornitura regionali, aumentando la crescita economica e incrementando il contributo dell'Europa alla costruzione di nuovi impianti. È improbabile che questo beneficio si concretizzi se le scelte tecnologiche sono molto diversificate, perché porterebbero a catene di fornitura frammentate e a un minore apprendimento da unità a unità. Con un portafoglio ordini regionale coordinato a livello di UE, gli Stati membri potrebbero allinearsi nella fase iniziale dei loro piani SMR e decidere insieme di perseguire un piccolo sottoinsieme di tecnologie nucleari, con conseguente riduzione del numero di progetti sviluppati e dei relativi benefici in termini di costi.
Creazione di una piattaforma di approvvigionamento comune per le nuove costruzioni nucleari
Un passo fondamentale per la scalabilità e la riproduzione dei progetti nucleari, in particolare degli SMR, sarebbe la creazione di una piattaforma di approvvigionamento comune. Questa piattaforma centralizzerebbe e coordinerebbe gli sforzi di approvvigionamento tra gli Stati membri che sviluppano energia nucleare di nuova costruzione, mettendoli in contatto con l'offerta e facilitando la realizzazione dei progetti. Potrebbe essere organizzata intorno a regioni specifiche, coalizioni di Paesi, cluster industriali o consorzi pubblico-privati, sfruttando il potere d'acquisto collettivo per commissionare unità multiple di reattori, componenti di impianti o opere civili nell'ambito di contratti quadro. Questo approccio aumenterebbe il potere d'acquisto degli acquirenti, ma migliorerebbe anche i segnali della catena di fornitura regionale e locale, favorendo le economie di numero e trasformando gli SMR in un prodotto di base grazie alla standardizzazione della progettazione, alla semplificazione dei processi e ai vantaggi dell'"imparare facendo".
Conclusione
L'energia nucleare è una fonte di energia pulita e stabile che può svolgere un ruolo prezioso nel raggiungimento di un sistema energetico completamente decarbonizzato, affidabile, economico e sicuro nell'UE. Integrando i limiti delle fonti rinnovabili dipendenti dalle condizioni atmosferiche, l'energia pulita e stabile fornisce le basi per una transizione energetica resiliente, consentendo al blocco di raggiungere gli obiettivi climatici senza compromettere la sicurezza energetica o l'efficienza dei costi.
Domande frequenti
1. Perché prendere in considerazione l'energia nucleare e come funziona?
L'energia nucleare è una tecnologia priva di carbonio e ad alta densità energetica, in grado di produrre energia a basse emissioni di carbonio (elettricità e calore) con un'impronta di terra ridotta, che la rende potenzialmente un utile complemento alle energie rinnovabili o un'utile alternativa energetica priva di carbonio. Sebbene possa essere impiegata in molti luoghi, per ottenere risultati economici ottimali sono preferibili i siti vicini a grandi specchi d'acqua.
La generazione di energia nucleare funziona utilizzando il calore prodotto dalle reazioni di fissione nucleare nel combustibile di uranio (o altro materiale fissile) per creare vapore. Questo vapore aziona poi un gruppo turbina-generatore per produrre elettricità o viene utilizzato direttamente per applicazioni industriali. La maggior parte dell'attuale flotta nucleare mondiale è costituita da reattori ad acqua leggera (LWR) di II e III generazione. La tecnologia più moderna attualmente in uso può essere classificata come generazione III/III+, in grado di aumentare le prestazioni, la flessibilità e la sicurezza rispetto ai suoi predecessori. Altre tecnologie per l'energia nucleare includono:
- Small Modular Reactors: Small Modular Reactors (SMRs) are often defined as LWRs under 300MWe. They suit smaller grids and industrial applications and could also benefit from factory construction of units, easier access to financing due to smaller absolute investment size, and the ability to add more units as demand grows. SMRs are being developed in 18 countries, with the deployment of the first SMRs in the EU targeted for the early 2030s.
- Tecnologie avanzate dei reattori: Le tecnologie avanzate dei reattori (AR) si riferiscono tipicamente alle tecnologie di IV generazione che utilizzano nuovi tipi di combustibile nucleare e refrigeranti diversi dall'acqua per fornire caratteristiche significativamente migliorate come la sicurezza passiva, la flessibilità operativa e lunghi periodi di funzionamento tra i cicli di rifornimento. Queste tecnologie sono ancora in fase di sviluppo e dimostrazione e, pur essendo attualmente pre-commerciali, hanno il potenziale per contribuire agli obiettivi climatici in futuro.
La mappa interattiva qui sotto mostra l'ubicazione e i dettagli dei progetti in corso a livello globale. Questi dettagli possono essere visualizzati anche in questo grafico.
2. L'energia nucleare è sicura?
Nuclear energy technologies are subject to intense regulation and high levels of scrutiny by national regulatory authorities and international organisations, such as the International Atomic Energy Agency (IAEA). The nuclear industry has experienced three major accidents: Three Mile Island, Chernobyl, and Fukushima. These accidents occurred within 20,000 reactor-years of operational experience worldwide, and therefore, nuclear power is classified as one of the safest power generation technologies in the world (93 times safer than natural gas, 153 times safer than biomass, and 820 times safer than coal – based on data from ‘Our World in Data’). Conventional reactors being built today, as well as more advanced designs, typically also include passive safety features. This means their safety systems are not dependent on additional external power or operators’ actions but rather on natural phenomena such as gravity to shut down reactors safely in case of an issue.
3. E le scorie nucleari?
Le scorie nucleari sono un problema ambientale comune nello sviluppo dell'energia nucleare. Attualmente, il combustibile nucleare esaurito viene per lo più stoccato nelle centrali nucleari. Inizialmente, viene conservato in piscine di combustibile esaurito vicino ai reattori per circa cinque anni, dove l'acqua raffredda il combustibile e rimuove il calore di decadimento. Dopo questo periodo, il combustibile esaurito viene trasferito in un deposito a secco, dove è sufficiente il raffreddamento ad aria. Questo stoccaggio richiede uno spazio minimo ed è in genere situato all'interno del perimetro dell'impianto.
La fase finale è il ritrattamento per riciclare i materiali o lo smaltimento, che viene più spesso perseguito a causa di problemi di proliferazione. Sebbene lo smaltimento del combustibile esaurito sia considerato urgente e irrisolto, esistono già soluzioni tecniche efficaci. Ad esempio, l'impianto finlandese di Onkalo è un esempio riuscito di ubicazione basata sul consenso, che offre uno stoccaggio indefinito per i rifiuti nucleari ad alta attività. I governi dovrebbero implementare percorsi per lo smaltimento finale, concentrandosi su processi attenti e trasparenti che utilizzino la localizzazione basata sul consenso per identificare potenziali siti di stoccaggio in tutto il mondo. Nel frattempo, lo stoccaggio a secco rimane un'opzione sicura e sostenibile, mentre si sviluppano soluzioni definitive.
4. Quanto costa il nucleare?
Nuclear energy has a high upfront construction cost (CAPEX), and relatively low operational (OPEX) and decommissioning costs. CAPEX for recent builds notably ranges from $4000 per kilowatt of installed capacity in the UAE to $12000 per kilowatt in the USA. These costs escalated in recent decades, especially in the western world, as projects struggled with number of difficulties and were completed at multiple of the original schedule and budget. Majority of those difficulties can be ascribed to loss of nuclear know-how after a multidecade break in nuclear construction resulting in atrophy of the industrial capabilities. However, as supply chains and industry regain competence costs are expected to decrease. This can be already seen in recent builds in UEA and U.S. where learning between consecutive units allowed for circa 30% cost reduction.
1 Lo stoccaggio a lungo termine ha attualmente un costo di un ordine di grandezza superiore a quello necessario per diventare una soluzione economica a questo problema.
