Gli SMR (Small Modular Reactors) rappresentano oggi una delle frontiere tecnologiche della transizione energetica. Si tratta di reattori nucleari di taglia ridotta che in ragione della loro modularità e scalabilità potrebbero rendere più facilmente praticabile l’utilizzo del nucleare per scopi civili. Si tratta però di una tecnologia in fase di studio a cui gli stakeholder del settore stanno dedicando studi e risorse. In questo ambito anche il nostro paese si sta mostrando attivo, sia sul piano politico che su quello pratico. ENEA, infatti, sta lavorando, tra gli altri, a un nuovo progetto: si tratta di EAGLES-300, uno Small Modular Reactor (SMR) veloce raffreddato a piombo, le cui potenzialità sono state avallate anche dall’Alleanza industriale europea degli Small Modular Reactor. Di questa materia RiEnergia ha parlato con Giacomo Grasso (Responsabile del Laboratorio progettazione e analisi di sistemi nucleari dell’ENEA)
Alleanza industriale europea degli Small Modular Reactor (SMR): che cos’è? Quando e con quali finalità è stata pensata?
L’alleanza industriale sugli SMR è l’iniziativa di punta, in Europa, sui reattori piccoli e modulari di nuova concezione, con oltre 360 organizzazioni coinvolte, non solo europee. L’iniziativa prende le mosse nel 2021, a valle del primo workshop europeo sugli SMR organizzato dalla Commissione Europea in risposta ad una richiesta di attenzione a queste tecnologie, espressa dalle comunità industriale e della ricerca in ambito nucleare. Durante il workshop, fu raccolto ampio supporto ad un documento strategico che proponeva l’istituzione di una partnership europea sugli SMR, che raccogliesse tutti gli stakeholder insieme ai decisori politici e agli enti regolatori al fine di facilitare e accelerare lo sviluppo, la dimostrazione e il dispiego di SMR in Europa nei primi anni ‘30. In risposta a questo documento, e dopo una fase preparatoria durata circa due anni, a maggio del 2024 l’alleanza fu ufficialmente lanciata, con la riunione della prima Assemblea Generale.
Durante la prima riunione, furono avviati i lavori degli otto gruppi tematici identificati per organizzare in modo organico ed efficiente le attività dell’alleanza, andando a coprire tutti gli aspetti necessari a fornire l’adeguato livello di supporto desiderato: dalla formazione delle competenze alla ricerca e sviluppo, la sicurezza, l’applicazione industriale, la catena del valore, il ciclo del combustibile e la gestione dei rifiuti, fino al coinvolgimento delle comunità locali e ai meccanismi di finanziamento.
Dopo una prima fase di organizzazione dei diversi gruppi tematici, l’alleanza si è rivolta agli sviluppatori di nuovi concetti di reattore, invitandoli a proporre candidature al fine di individuare i progetti più promettenti. A novembre 2024 è stato annunciato il primo elenco di progetti selezionati – nove, successivamente ridotto ad otto – che sono quindi stati invitati ad interfacciarsi direttamente con i diversi gruppi di lavoro tematici per iniziare a beneficiare del supporto diretto dell’alleanza.
Ma parlando di small modular reactor, quali sono le loro caratteristiche principali? Quali i pro e contro di questa nuova tecnologia? E quali sono gli scenari di sviluppo indicati per i prossimi anni?
Gli SMR sono in primo luogo reattori. La maggior parte dei progetti in fase di sviluppo si basa sulla tecnologia dei reattori ad acqua: quella sui cui si fonda la stragrande maggioranza dei reattori che da settant’anni operano a livello globale. Alcuni sviluppatori, invece, basano il progetto di reattore su altre tecnologie più avanzate, di IV Generazione; questi concetti, per distinzione dai precedenti, sono di norma indicati come advanced modular reactor – AMR.
Indipendentemente dalla tecnologia di reattore utilizzata, tanto gli SMR quanto gli AMR introducono due importanti elementi di novità: la piccola taglia e la modularizzazione del progetto. In realtà, nessuno di questi elementi rappresenta una novità di per sé: i primi reattori, degli anni ’50 e ’60 del secolo scorso, erano di taglia piccola (la centrale “Enrico Fermi” di Trino Vercellese operava con un reattore da circa 260 MWe: pur essendo il più potente reattore al mondo quando entrò in funzione nel 1965, risulta decisamente piccolo per gli standard attuali, che traguardano i 1200 MWe e oltre, fino ai 1700 MWe); la modularizzazione – che è pure facilitata dalla piccola taglia – è già implementata in alcuni progetti di grandi reattori di ultima generazione, oggi in esercizio. È però dalla combinazione di questi due fattori che vengono a determinarsi le condizioni per spostare larga parte delle operazioni di costruzione e assemblaggio del reattore dal cantiere alla fabbrica, permettendo una sensibile accelerazione nei tempi di approntamento e installazione di questi reattori.
Alla piccola taglia, inoltre, si associa la prospettiva di realizzare un numero maggiore di impianti per una data potenza da installare, dunque di consentire la serializzazione della produzione su più grandi volumi, accelerando la curva di apprendimento e permettendo economie nella produzione.
Queste caratteristiche incidono sugli aspetti finanziari della costruzione degli impianti nucleari: se oggi la grande taglia degli impianti impatta sui tempi di realizzazione dei rispettivi progetti (come avviene più in generale sulla quasi totalità dei megaprogetti ingegneristici), e quindi sugli interessi applicati ai capitali mobilitati per la costruzione, gli SMR di domani richiederanno minori investimenti e consentiranno tempi complessivi di installazione ridotti, dunque minori oneri finanziari, con un risparmio sui costi complessivi di realizzazione.
Di domani, perché oggi tutti i progetti di SMR e AMR sono, con rarissime eccezioni, nelle fasi pre-realizzative. Gli SMR, grazie alla più solida base tecnologica, si affacceranno al mercato già dagli inizi degli anni ’30, mentre sarà il decennio successivo a vedere la progressiva introduzione di sistemi AMR, una volta terminata la piena dimostrazione delle tecnologie che implementano.
SMR e AMR, se sapranno provare il successo del modello economico su cui si basano, potrebbero diventare un elemento strategico per la decarbonizzazione: secondo le proiezioni IEA, al 2050 si prevede la realizzazione, a livello globale, di piccoli reattori modulari per una potenza installata totale compresa tra 120 e 200 GWe, a seconda degli scenari politici considerati.
Passando dalla teoria alla pratica, l’Italia con ENEA è pioniera di progetti di SMR. Lo Small Modular Reactor (SMR) veloce raffreddato a piombo EAGLES-300 è stato confermato dall’Alleanza Industriale Europea sugli SMR tra le otto iniziative più promettenti per favorire la diffusione degli SMR di nuova generazione in Europa? Di cosa si tratta?
Lo sviluppo di tecnologie avanzate è guidato dall’ambizione di condurre alla realizzazione di reattori nucleari di nuova generazione che possano offrire ulteriori vantaggi, una volta integrati in un sistema energetico nazionale o regionale. Oltre al continuo miglioramento di efficienza, sicurezza ed affidabilità, perseguito da tutte le tecnologie nucleari, tra i concetti di reattore di IV Generazione, quelli cosiddetti a spettro veloce – inclusi i reattori raffreddati a piombo – offrono la possibilità di operare chiudendo il ciclo del combustibile, venendo alimentati dal combustibile scaricato da altri reattori (inclusi gli SMR) e successivamente riciclando in continuazione il proprio combustibile allo scarico. Questo meccanismo di riuso del combustibile – di tutti i reattori presenti nel sistema energetico – permette non solo di ridurre in modo significativo le scorie, ma anche di estendere, in modo altrettanto rilevante, anche il consumo di materie prime (uranio).
EAGLES-300 è uno dei concetti AMR di punta in Europa, incluso tra i progetti prioritari dell’alleanza industriale sugli SMR, su cui ENEA sta lavorando e che si fonda sulla tecnologia del raffreddamento a piombo proprio per offrire, nel contesto europeo, una soluzione avanzata per la chiusura del ciclo del combustibile a livello regionale.
EAGLES-300 è sviluppato da un consorzio europeo guidato da Ansaldo Nucleare che riunisce i tre enti di ricerca europei di punta sulla tecnologia dei reattori a piombo: ENEA, SCK CEN in Belgio e RATEN in Romania. I quattro partner, che collaborano da oltre vent’anni nello studio e sviluppo della tecnologia, hanno formalizzato il consorzio a giugno dello scorso anno al fine di accelerare la realizzazione dell’AMR entro il 2039, unendo le forze nelle fasi di dimostrazione che sono richieste a provare l’efficacia della soluzione proposta. La dimostrazione porterà alla realizzazione di un reattore sperimentale in Belgio nel 2034, seguito da un prototipo del reattore commerciale in Romania nel 2036.
