L'opzione di decarbonizzazione nucleare: Profili delle tecnologie avanzate di reattori selezionati

Viviamo in un mondo diviso da molti problemi, ma la maggior parte dei responsabili politici accetta la premessa di base che l'aumento della disponibilità di energia a basso tenore di carbonio a prezzi accessibili renderebbe il mondo più sano, più ricco e più sicuro. I sistemi di distribuzione dei combustibili convenzionali sono a rischio in molte regioni, la geopolitica globale dell'approvvigionamento energetico è difficile e le emissioni di anidride carbonica, nonostante decenni di dibattiti dopo Rio e Kyoto, stanno aumentando più rapidamente che in qualsiasi altro momento della storia. E ancora, miliardi di persone non hanno accesso regolare all'elettricità e alla mobilità.

L'energia nucleare fornisce oggi oltre il 40% di tutta l'elettricità a basse emissioni di carbonio generata nel mondo. Questo contributo potrebbe crescere, ma la percezione della sicurezza da parte dell'opinione pubblica rimane una sfida fondamentale, soprattutto dopo Fukushima, e i costi competitivi, come sempre, saranno fondamentali. Per valutare l'impatto che le tecnologie avanzate potrebbero avere nello sviluppo e nella diffusione di nuovi progetti di reattori nucleari, il sito Clean Air Task Force ha chiesto a diversi leader nazionali della tecnologia nucleare di fornirci le loro prospettive su questioni chiave rilevanti per la politica.

Abbiamo chiesto al Dr. Ted Marston, ex Chief Technology Officer dell'Electric Power Research Institute, di scrivere per noi sui reattori modulari ad acqua leggera (smLWR). Il dottor Andrew Kadak, ex professore di pratica di ingegneria nucleare presso il Massachusetts Institute of Technology, esamina le prospettive dei reattori raffreddati a gas ad alta temperatura (HTGR). Per Peterson, presidente del Dipartimento di Ingegneria Nucleare dell'Università della California, Berkeley, esplora il futuro di alcuni reattori a sali fusi al fluoro (chiamati FHR).

Le loro conclusioni sono importanti e offrono motivi di ottimismo:

• Reattori modulari ad acqua leggera (smLWR): Con un modesto sforzo di sviluppo, gli smLWR, che utilizzano combustibili e sistemi del tutto simili ai moderni LWR, potrebbero offrire una sicurezza significativamente maggiore rispetto all'attuale flotta nucleare, una flessibilità di impiego (ad esempio, investimenti graduali e riutilizzo di alcune infrastrutture esistenti) e una potenziale riduzione dei costi grazie all'efficienza della produzione industriale.
• Reattori raffreddati a gas ad alta temperatura (HTGR): I reattori HTGR, che utilizzano un combustibile incapsulato estremamente resistente al calore (già dimostrati negli Stati Uniti e altrove), offrono la possibilità di reattori quasi a prova di fusione, efficienze termiche più elevate e utilizzi più ampi dell'energia nucleare (ad esempio, la produzione di combustibili liquidi per il trasporto a zero emissioni di carbonio), oltre a molti dei potenziali vantaggi di impiego e produzione degli smLWR.
• Reattori ad alta temperatura raffreddati a sali di fluoro (FHR): I reattori FHR, che utilizzano lo stesso combustibile incapsulato e resistente al calore dei reattori HTGR, ma con refrigeranti composti da sali fusi densi, potrebbero mantenere molti dei vantaggi dei reattori HTGR a dimensioni notevolmente ridotte, offrendo il potenziale per una svolta economica se i progetti si dimostreranno validi.

Per un mondo che sta lottando per ridurre le emissioni di anidride carbonica, sostenendo e aumentando la crescita economica, e che è comprensibilmente preoccupato per i potenziali rischi dell'energia nucleare, i vantaggi offerti da questi reattori avanzati potrebbero essere profondi. Ma per portare questi concetti alla realtà commerciale sarà necessario uno sviluppo sostenuto, soprattutto per i concetti più avanzati. Ci auguriamo che questi documenti contribuiscano a informare il dibattito su come i governi e il settore privato dovrebbero sostenere questo sviluppo.

La presente relazione non aspira a coprire l'intera gamma di tecnologie per l'energia nucleare potenzialmente importanti. Le aziende coreane e russe stanno sviluppando reattori smLWR che potrebbero essere importanti in alcuni mercati, e anche le tecnologie che affrontano il ciclo di vita del combustibile nucleare e delle scorie, tra cui i reattori a neutroni veloci e i reattori basati sul torio, potrebbero essere importanti. Progetti più radicali, come i reattori al torio a fluoruro liquido (sviluppati dall'Oak Ridge National Laboratory per utilizzare combustibili liquidi anziché solidi), potrebbero offrire vantaggi ancora più significativi in termini di sicurezza, costi e ciclo del combustibile. I reattori subcritici azionati da acceleratori di particelle potrebbero un giorno essere in grado di convertire materiali nucleari di basso valore direttamente in energia. Esploreremo il potenziale di queste tecnologie nei prossimi rapporti.