Potremmo essere sull'orlo di un nuovo paradigma per l'energia nucleare, ha suggerito di recente un gruppo di specialisti nucleari in The Bridge, la rivista della National Academy of Engineering. Così come i computer grandi, costosi e centralizzati hanno lasciato il posto ai PC oggi ampiamente distribuiti, una nuova generazione di reattori costruiti in fabbrica relativamente piccoli ed economici, progettati per un funzionamento autonomo plug-and-play simile al collegamento di una batteria di grandi dimensioni, è all'orizzonte, dicono.

Questi sistemi proposti potrebbero fornire calore per processi industriali o elettricità per una base militare o un quartiere, funzionare incustoditi per 5-10 anni e quindi essere riportati alla fabbrica per lavori di ristrutturazione. Gli autori:Jacopo Buongiorno, Professore di Scienze e Ingegneria Nucleare al TEPCO del MIT; Robert Frida, uno dei fondatori della GenH; Steven Aumeier dell'Idaho National Laboratory; e Kevin Chilton, comandante in pensione del comando strategico degli Stati Uniti, hanno soprannominato queste piccole centrali "batterie nucleari". A causa della loro semplicità di funzionamento, potrebbero svolgere un ruolo significativo nella decarbonizzazione dei sistemi elettrici mondiali per evitare catastrofici cambiamenti climatici, affermano i ricercatori. Il MIT News ha chiesto a Buongiorno di descrivere la proposta del suo gruppo.

D:L'idea di reattori nucleari più piccoli e modulari è stata discussa per diversi anni. Cosa rende diversa questa proposta per le batterie nucleari?

R:Le unità che descriviamo portano quel concetto di fabbricazione in fabbrica e modularità all'estremo. Le proposte precedenti hanno esaminato i reattori nella gamma da 100 a 300 megawatt di potenza elettrica, che sono un fattore 10 più piccoli dei tradizionali grandi animali, i grandi reattori nucleari su scala gigawatt. Questi potrebbero essere assemblati da componenti costruiti in fabbrica, ma richiedono comunque un po' di assemblaggio in loco e molto lavoro di preparazione del sito. Quindi, è un miglioramento rispetto alle piante tradizionali, ma non è un enorme miglioramento.

Questo concetto di batteria nucleare è davvero una cosa diversa a causa della scala fisica di queste macchine:circa 10 megawatt. È così piccolo che l'intera centrale è effettivamente costruita in una fabbrica e si adatta a un container standard. L'idea è quella di inserire nel container l'intera centrale, che comprende un microreattore e una turbina che converte il calore in elettricità.

Ciò offre numerosi vantaggi dal punto di vista economico. Stai completamente disaccoppiando i tuoi progetti e la tua tecnologia dal cantiere, che è stato la fonte di ogni possibile ritardo nella pianificazione e superamento dei costi per i progetti nucleari negli ultimi 20 anni.

In questo modo diventa una sorta di energia su richiesta. Se il cliente desidera calore o elettricità, può ottenerlo entro un paio di mesi, o addirittura settimane, e quindi è plug and play. Questa macchina arriva sul sito e, solo pochi giorni dopo, inizi a ricevere energia. Quindi, è un prodotto, non è un progetto. È così che mi piace caratterizzarlo.

D:Parli di avere potenzialmente tali unità ampiamente distribuite, anche nelle aree residenziali per alimentare interi quartieri. Quanto possono essere sicure le persone riguardo alla sicurezza di questi impianti?

A:È eccezionalmente robusto, questo è uno dei punti di forza. Prima di tutto, il fatto che sia piccolo va bene per una serie di motivi. Per prima cosa, la quantità complessiva di calore che viene generata è proporzionale alla potenza, che è piccola. Ma soprattutto, ha un elevato rapporto superficie-volume perché, ancora una volta, è piccolo, il che rende molto più facile mantenersi al fresco in tutte le circostanze. È raffreddato passivamente, al punto che nessuno deve fare nulla. Non hai nemmeno bisogno di aprire una valvola o altro. Il sistema si prende cura di se stesso.

Ha anche una struttura di contenimento molto robusta che lo circonda per proteggerlo da qualsiasi rilascio di radiazioni. Al posto della tradizionale grande cupola di cemento, ci sono gusci d'acciaio che sostanzialmente incapsulano l'intero sistema. E per quanto riguarda la sicurezza, nella maggior parte dei siti, prevediamo che questi si trovino sotto il livello del suolo. Ciò fornisce protezione e sicurezza fisica da aggressori esterni.

Per quanto riguarda altri problemi di sicurezza, sai, se pensi ai famosi incidenti nucleari, Three Mile Island, Chernobyl, Fukushima, tutti e tre questi problemi sono mediati dalla progettazione di queste batterie nucleari. Poiché sono così piccoli, è praticamente impossibile ottenere quel tipo di risultato da qualsiasi sequenza di eventi.

D:Come facciamo a sapere che questi nuovi tipi di reattori funzioneranno e cosa dovrebbe succedere affinché tali unità diventino ampiamente disponibili?

R:La NASA e il Los Alamos National Laboratory hanno realizzato un progetto dimostrativo simile, che hanno chiamato microreattore, per applicazioni spaziali. Ci sono voluti solo tre anni dall'inizio della progettazione alla fabbricazione e al collaudo. E gli è costato 20 milioni di dollari. Erano ordini di grandezza più piccoli dei tradizionali grandi impianti nucleari che costavano facilmente oltre un miliardo e impiegavano un decennio o più per essere costruiti.

Ci sono anche diverse aziende là fuori che stanno sviluppando i propri progetti, e ognuna è un po' diversa. Westinghouse sta già lavorando a una versione di tali batterie nucleari (sebbene non utilizzino quel termine) e prevede di avviare un'unità dimostrativa tra due anni.

Il prossimo passo sarà costruire un impianto pilota in uno dei laboratori nazionali che dispone di un'ampia attrezzatura per testare i sistemi di reattori nucleari, come l'Idaho National Laboratory. Hanno una serie di strutture che vengono modificate per ospitare questi microreattori e hanno livelli di sicurezza aggiuntivi. Poiché si tratta di un progetto dimostrativo, vuoi assicurarti che se succede qualcosa che non avevi previsto, che non hai alcun rilascio nell'ambiente.

Quindi, l'impianto potrebbe passare attraverso un programma accelerato di test, sottoponendolo a condizioni più estreme di quelle che si sarebbero mai incontrate durante il normale funzionamento. In sostanza ne abusi e dimostri con test diretti che può sopportare tutti quei carichi o situazioni esterne senza superare i limiti di guasto. E una volta provato in condizioni rigorose, le installazioni commerciali diffuse potrebbero iniziare abbastanza rapidamente.

Queste batterie nucleari sono ideali per creare resilienza in settori dell'economia molto diversi, fornendo una fonte di energia costante e affidabile a sostegno della crescente dipendenza da fonti di energia rinnovabile intermittente come solare ed eolica. Inoltre, questi sistemi altamente distribuiti possono anche aiutare ad alleviare le pressioni sulla rete essendo posizionati proprio dove è necessaria la loro produzione. Ciò può fornire una maggiore resilienza contro eventuali interruzioni della rete ed eliminare virtualmente il problema delle perdite di trasmissione. Se questi diventano così diffusi come immaginiamo, potrebbero dare un contributo significativo alla riduzione delle emissioni mondiali di gas serra.