Per alimentare l’insaziabile appetito energetico dell’intelligenza artificiale, le aziende tecnologiche stanno puntando molto sui piccoli reattori nucleari.
La scorsa settimana, sia Google che Amazon hanno annunciato accordi con aziende che stanno sviluppando piccoli reattori modulari. Questi reattori produrrebbero meno energia rispetto ai reattori attuali e molti progetti includono diversi tipi di combustibile o refrigeranti, oltre a caratteristiche di sicurezza aggiuntive.
Gli annunci hanno amplificato il fermento intorno ai piccoli reattori modulari, che hanno attirato sempre più attenzione negli ultimi anni, data la necessità di energia pulita che non contribuisca al cambiamento climatico. Una varietà di aziende sono sorte per soddisfare l’esigenza, producendo una cornucopia di progetti proposti per piccoli reattori modulari.
“Se si combina la necessità di energia resiliente con la necessità di energia pulita e la disponibilità emergente di questi progetti, si ottiene un grande aumento di interesse”, afferma l’ingegnere nucleare Kathryn Huff dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign.
Nel frattempo, il governo degli Stati Uniti ha sostenuto lo sviluppo di piccoli reattori modulari, alimentando ulteriormente l’interesse.
Quindi cosa c’è all’orizzonte per questa potenziale nuova generazione nucleare? Analizziamo le grandi domande su come e perché i reattori nucleari stanno diventando piccoli.
Cosa sono i piccoli reattori modulari?
I reattori commerciali negli Stati Uniti producono in genere circa un miliardo di watt di energia elettrica. I piccoli reattori modulari produrrebbero meno di un terzo di questa cifra.
Le centrali nucleari tradizionali richiedono investimenti massicci in anticipo, un ostacolo che ha bloccato la costruzione di nuovi reattori negli Stati Uniti per decenni. I primi reattori di nuova costruzione costruiti nel paese in 30 anni – due a Waynesboro, in Georgia, che si sono accesi nel 2023 e nel 2024 – sono costati circa 30 miliardi di dollari. La costruzione è stata in ritardo di anni e ha superato il budget di miliardi.
Passando a reattori più piccoli, le aziende e i responsabili politici mirano a promuovere la proliferazione dell’energia nucleare, che viene pubblicizzata come una fonte di energia affidabile priva di emissioni di gas serra.
Inoltre, poiché i reattori più piccoli producono meno energia, è necessario rimuovere meno calore residuo per spegnere in sicurezza il reattore in caso di incidente, semplificando i sistemi di sicurezza.
Con reattori più piccoli, dice Huff, è più facile costruire i componenti fuori sede in una fabbrica e spedirli dove devono andare, piuttosto che costruirli su misura con le materie prime in loco. “Più si possono costruire questi reattori come aeroplani piuttosto che come aeroporti, più economico sarà in generale”.
Cosa sta alimentando l’interesse per questi reattori?
Negli Stati Uniti, l’energia nucleare vanta attualmente il sostegno sia dei democratici che dei repubblicani, una situazione insolita che ha permesso al settore di prosperare, anche se i poteri politici cambiano. “Negli ultimi 10 anni, c’è stato un sostegno piuttosto costante e crescente, e penso che sia un grosso problema”, afferma l’ingegnere nucleare Todd Allen dell’Università del Michigan. L’energia nucleare è un pilastro del piano dell’amministrazione Biden per raggiungere gli obiettivi climatici.
Nel frattempo, l’insaziabile bisogno di energia dell’IA ha creato un problema per le aziende tecnologiche che non vogliono essere viste come cattive del cambiamento climatico (SN: 12/11/23). Google ha annunciato il 14 ottobre che acquisterà energia da piccoli reattori modulari che saranno costruiti da Kairos Power, che mira ad avviare i reattori nel 2030. E il 16 ottobre, Amazon ha annunciato un investimento nella società X-energy e accordi con società di servizi pubblici in Virginia e nello stato di Washington per stabilire piccoli reattori modulari.
E non sono solo le big tech ad essere interessate. Un accordo del 2023 tra X-energy e l’azienda chimica Dow ha annunciato la costruzione di un piccolo reattore modulare in uno dei siti di Dow.
Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha finanziato lo sviluppo di piccoli reattori modulari. Il 16 ottobre, il DOE ha annunciato un finanziamento di 900 milioni di dollari per l’implementazione di piccoli reattori modulari. E sia X-energy che TerraPower, sostenuta da Bill Gates, stanno costruendo progetti dimostrativi con il supporto del DOE.
Le centrali nucleari tradizionali svolgono ancora un ruolo nel prossimo futuro. Il 20 settembre, Microsoft ha annunciato un accordo per riavviare la centrale elettrica di Three Mile Island vicino a Middletown, in Pennsylvania, che ha chiuso nel 2019. (Sì, quell’isola di Three Mile. Dopo la famigerata fusione parziale del 1979, un altro reattore dell’impianto continuò a funzionare (SN: 4/7/79).
“Le aziende che tradizionalmente evitavano di menzionare l’energia nucleare come parte del loro portafoglio, perché erano preoccupate per le percezioni pubbliche e il potenziale contraccolpo politico, si stanno facendo avanti e l’hanno abbracciata”, afferma l’ingegnere nucleare Koroush Shirvan del MIT.
In che modo la tecnologia è diversa dai reattori attuali?
I reattori nucleari commerciali negli Stati Uniti utilizzano generalmente lo stesso tipo di combustibile all’uranio e sono raffreddati ad acqua. Ma molti piccoli progetti di reattori modulari rompono questo schema.
L’uranio utilizzato nei reattori viene arricchito per includere una quantità maggiore della varietà pertinente, o isotopo, di uranio, U-235. I reattori attuali utilizzano uranio arricchito a una piccola percentuale di U-235. Molti piccoli reattori modulari utilizzerebbero uranio arricchito fino al 20% di U-235, noto come uranio a basso arricchimento ad alto dosaggio, o HALEU (SN: 7/3/24). Il combustibile consente ai piccoli reattori modulari di funzionare in modo più efficiente rispetto a un reattore con combustibile convenzionale. Gli Stati Uniti non producono HALEU commercialmente in quantità significative, ma gli sforzi hanno iniziato a riprendersi, in previsione della necessità.
Alcuni reattori utilizzano combustibile diverso anche in modi più evidenti. X-energy e Kairos, ad esempio, utilizzeranno il combustibile TRISO: pellet di uranio incapsulati, delle dimensioni di semi di papavero, contenuti all’interno di sfere di materiale più grandi, ciascuna delle dimensioni di una pallina da tennis. Il carburante è “estremamente robusto a temperature molto elevate per tempi molto lunghi”, afferma Huff. “Ti dà questo ulteriore livello di difesa”.
Anche il refrigerante, il mezzo utilizzato per trasferire il calore dal reattore alla parte di generazione di energia dell’impianto, è una scelta cruciale. TerraPower utilizza sodio liquido, Kairos utilizza sale di fluoruro fuso e X-energy utilizza gas elio. Diversi refrigeranti possono avere vantaggi come una maggiore efficienza del trasferimento di calore o l’eliminazione della necessità di recipienti pressurizzati.
I progetti incorporano anche caratteristiche di sicurezza che non richiedono l’intervento umano per entrare in funzione, contribuendo a garantire che il reattore possa spegnersi in sicurezza in caso di emergenza. Sfruttano la fisica semplice, ad esempio, facendo affidamento sulla gravità, sulle differenze di pressione o sulla convezione naturale del refrigerante liquido, per raffreddare il nucleo.
Qual è il prossimo passo?
Il concetto di piccoli reattori modulari è in circolazione da molti anni, ma i tentativi precedenti non hanno funzionato. Anche gli sforzi recenti sono falliti. La società di reattori NuScale avrebbe dovuto produrre i primi piccoli reattori modulari commerciali negli Stati Uniti, nell’ambito di un progetto in Idaho, ma il progetto è stato cancellato nel 2023 dopo che i costi sono aumentati a dismisura.
Ora, con le grandi aziende tecnologiche che si gettano nel mix, i sostenitori sperano che i piccoli reattori modulari decolleranno presto.
“Si può vedere lo slancio che cresce”, dice Allen. “Non significa che quest’anno ci sarà una nuova versione commerciale, ma ci sono anche molte più cose che sembrano reali di quelle che abbiamo visto nel nucleare per molto tempo”.