Fission Vision: raddoppiare la produzione di energia nucleare in USA?

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Questa la proposta del think-tank Nuclear Innovation Alliance (NIA): raddoppiare la produzione nazionale di energia nucleare entro il 2050, da 800TWh a 1600TWh – costruendo almeno 100GW di nuovi reattori nei prossimi 30 anni. Un obiettivo “ambizioso ma raggiungibile” che aiuterebbe gli Stati Uniti a raggiungere il 100% di energia pulita, una visione che può diventare realtà solo grazie allo sviluppo e installazione di reattori avanzati con efficienza, tempestività e ampia diffusione. Nel loro report si legge che diverse altre tecnologie a basse emissioni come eolico e solare sono state installate in grande quantità negli ultimi decenni e ridurranno le emissioni da combustibili fossili. Queste tecnologie da sole, però, non sono sufficienti per un intero sistema energetico. La rete nazionale, un complesso sistema di produzione e consumo, necessita di energia generata che possa essere distribuita quando necessario, cioè quando l’abbondante ma intermittente energia da fonti rinnovabili non è disponibile e contemporaneamente le attività economiche, di sicurezza, per la salute e il comfort umani la richiedono. La quantità di impianti da installare potrebbe sembrare enorme, ma tra il 1960 e il 1990 in USA sono stati costruiti oltre 100GW di reattori ad acqua leggera. NIA sostiene quindi che le moderne tecniche di costruzione e produzione possono aiutare a raggiungere o addirittura superare questo tasso. I tre obiettivi della strategia sono: catalizzare un robusto ecosistema di innovazione e commercializzazione, coinvolgere la società, re-immaginare e integrare energia nucleare avanzata ed altre fonti pulite.   Consigliamo la lettura del breve report per approfondire tutti questi obiettivi: potrebbe essere d’ispirazione per la politica energetica europea?

USA: 1200 miliardi di dollari per le infrastrutture

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Il Presidente americano Joe Biden ha firmato lunedì scorso il piano di rilancio delle infrastrutture, secondo molti analisti il piano di spesa più ambizioso in questo campo degli ultimo 30 anni. La legge stanzia complessivamente 1200 miliardi per opere quali autostrade, ponti, ferrovie, tra cui 62 miliardi destinati al Dipartimento dell’Energia per favorire “un’equa transizione energetica verso le basse emissioni”. Secondo Arshad Mansoor, CEO dell’Electric Power Research Institute (EPRI) la legge lancia un segnale forte a favore della decarbonizzazione e dell’espansione del settore elettrico, fondamentali per il raggiungimento degli obiettivi climatici. La legge stanzia anche 8.5 miliardi di dollari per il settore nucleare: 6 miliardi di dollari di finanziamenti per evitare la chiusura prematura delle centrali nucleari in servizio e 2.5 miliardi per la ricerca e la dimostrazione industriale dei reattori avanzati. Sul primo punto, Mark Nelson, analista e direttore del Radiant Energy Fund, afferma che il governo si muove tardi ed inefficacemente. Il recente rally dei prezzi del gas naturale ha migliorato i margini di competitività della produzione nucleare rendendo per ora il provvedimento superfluo, mentre il meccanismo di finanziamento previsto, a suo parere eccessivamente complicato, lo renderebbe di difficile fruizione qualora ce ne fosse il bisogno. Il finanziamento infatti viene erogato alle centrali che, oltre a soddisfare i giusti requisiti di sicurezza, possono certificare di usare combustibile made in USA, criterio alquanto restrittivo dato che negli ultimi decenni gli Stati Uniti si sono progressivamente disimpegnati dalla produzione di combustibile nucleare. Più positivo il commento della compagnia X-Energy riguardo ai finanziamenti al programma di ricerca sui reattori avanzati, che la vedono, insieme a Terrapower, tra i principali beneficiari. Lo stanziamento, afferma il management della compagnia, dimostra la ferma volontà del governo federale di arrivare alla commercializzazione dei reattori avanzati nel minor tempo possibile. Eppure, i 2.5 miliardi stanziati su questo capitolo sono una piccola fetta se paragonati ai 10 miliardi destinati alla cattura e sequestro dell’anidride carbonica e alla riduzione delle emissioni del settore industriale o agli 8 miliardi destinati alla produzione di idrogeno verde. In conclusione, se da un lato si conferma un atteggiamento bipartisan di generico sostegno alla tecnologia nucleare da parte di Washington, i provvedimenti restano timidi e poco incisivi nel salvaguardare ed espandere la fonte di energia pulita che da sola contribuisce ad un quinto della produzione elettrica americana.

Biden punta a decarbonizzare il settore elettrico nel 2035, ma la chiusura di centrali nucleari negli USA non si arresta.

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In occasione della Giornata della Terra che ricorre il 22 aprile, il presidente americano Biden ha rilasciato una dichiarazione con la quale rilancia gli obiettivi climatici degli Stati Uniti, di recente rientrati nel consesso dei firmatari degli Accordi di Parigi. Il presidente americano promette un sostanziale taglio delle emissioni di carbonio entro la fine di questo decennio, pari al 50-52% rispetto al 2005. Gran parte di questa riduzione dovrà essere coperta dalla totale decarbonizzazione del settore elettrico, prevista a partire dal 2035. Nelle intenzioni della Casa Bianca gli USA faranno ricorso a tutte le tecnologie disponibili, dalle rinnovabili alla cattura e sequestro del carbonio (CCS), passando per il nucleare. Per il settore nucleare in particolare l’amministrazione USA promette di far leva sulla flotta esistente, assicurando il prolungamento della vita operativa in condizioni di sicurezza ambientale e dei lavoratori e di giustizia sociale. Il nucleare inoltre dovrebbe contribuire alle emissioni del settore industriale e dei trasporti, affermandosi come fonte di produzione di idrogeno. Le dichiarazioni di Biden sono state accolte con favore nel consesso internazionale, con il Segretario Generale delle Nazioni Unite, Guterres, tra i primi a complimentarsi per gli ambiziosi obiettivi che la nuova amministrazione USA si pone. Tuttavia non è tutto oro quel che luccica. Esattamente due giorni prima Joe Manchin, Presidente della Commissione per l’Energia e le Risorse Naturali presso il Senato americano, si è rivolto al presidente con una lettera contenente un accorato appello per salvare la flotta nucleare americana dalla chiusura prematura. Nell’ultimo decennio infatti il numero di reattori negli USA è sceso da 104 a 94, e un totale di 5.1 GW di capacità sarà disconnessa solo nell’anno 2021. Il nucleare produce negli USA circa il 55% dell’energia low-carbon, evitando l’emissione di circa 500 milioni di tonnellate di CO2 ogni anno. Senza un cambio di passo nella politica energetica, metà della flotta sarà disconnessa dalla rete entro il 2030. Tale evenienza non solo comprometterebbe il raggiungimento degli obiettivi di decarbonizzazione, ma avrebbe anche serie implicazioni sulla sicurezza della rete elettrica, sulla sua resilienza agli eventi estremi e sulla continuità dell’approvvigionamento elettrico. Un caso emblematico, che sta sollevando in questi giorni resistenze nell’opinione pubblica a livello locale ed internazionale, è la chiusura della centrale di Indian Point, nello stato di New York. La chiusura del terzo (e ultimo) reattore è prevista per il prossimo 30 aprile, e segue di un anno la chiusura del reattore 2. Eppure, le due unità insieme generavano l’81% dell’energia pulita nella parte meridionale dello stato (che include New York City) e la loro uscita di scena equivale, in termini di elettricità prodotta, a 2.5 volte l’apporto combinato di solare e eolico nello stato, una differenza che sarà difficile da colmare se non con il ricorso ai combustibili fossili. Le centrali nucleari esistenti costituiscono un fondamentale contributo alla decarbonizzazione a costi irrisori (in quanto l’investimento è stato già ripagato). Ci auguriamo che l’amministrazione Biden se ne renda conto prima che sia troppo tardi, al di là dei proclami e delle dichiarazioni d’intento.

Le Forze Armate USA puntano sul nucleare

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Si chiama Pele e punta all’uso di micro reattori nucleari il progetto destinato ad avviare la decarbonizzazione delle Forze Armate più energivore al mondo. Lo ha comunicato il Dipartimento della Difesa statunitense, prevedendo che i primi prototipi di reattori mobili possano essere costruiti a partire dal 2022. Il complesso militare americano assorbe circa l’80% dei consumi energetici del governo federale, utilizza tanti combustibili liquidi quanto Portogallo e Perù ed ha emissioni pari ad un Paese come la Romania. Oltre al tema ambientale, è evidente che la movimentazione di ingenti quantitativi di combustibili fossili costituisca oltre che un costo economico anche una vulnerabilità strategica. Ad esempio, buona parte dei 30 TWh di elettricità annualmente consumati provengono dalla rete elettrica, che recentemente ha dimostrato tutta la sua vulnerabilità ad eventi meteo estremi e che nel futuro potrebbe anche essere bersaglio di terroristi e di hackers. I micro reattori consentirebbero quindi ad alcune installazioni militari strategiche, sul suolo americano e all’estero, di proteggersi da tali evenienze. Dalla necessità di alleggerire la dipendenza dai combustibili fossili nasce dunque il progetto Pele, che prevede la realizzazione di reattori nucleari mobili di potenza compresa tra 1 e 5 MW, in grado di essere operativi in tre giorni dalla consegna sul sito e smontati in una settimana, qualora sia necessario ricollocarli altrove. I reattori saranno alimentati da combustibile di tipo TRISO, un combustibile altamente efficiente i cui elementi sono racchiusi in strati multipli di ceramica in rado di contenere al loro interno i prodotti di fissione, aumentando dunque la sicurezza e riducendo le difficoltà di smaltimento delle scorie. La competizione tra varie aziende, lanciata nel 2019, ha visto X-energy e BWX Technologies aggiudicarsi l’onore e l’onere di presentare il prototipo. Nel 2022 quindi ci si aspetta la decisione finale sul proseguimento del progetto, che nelle intenzioni dovrebbe portare ad un test a piena potenza nel 2023 e ad un test di operatività in condizioni di utilizzo entro il 2024. Il progetto Pele vede concorrere gli sforzi di molteplici dipartimenti e agenzie federali, Dipartimento della Difesa e dell’Energia in primis, ma anche la Nuclear Regulatory Commission, la NASA e il Genio Militare. Tale sforzo comune è giustificato dalla complessità del progetto, che oltre alla fattibilità tecnologica richiede un attento esame dell’impatto ambientale, dei costi, e della capacità operativa del personale delle Forze Armate. Il progetto ha un precedente: agli albori della storia del nucleare, otto reattori di potenza inferiore ai 10 MWe furono eserciti dalle Forze Armate americane per quasi due decenni, dal 1958 al 1977. Tuttavia la loro complessità e i costi eccessivi rispetto ai combustibili fossili ne decretarono l’abbandono.

Economia all’idrogeno: un’opportunità per il nucleare

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Il Dipartimento per l’Energia (DOE) degli Stati Uniti ha rilasciato la scorsa settimana il piano strategico per aumentare la competitività dell’idrogeno nel sistema energetico. A differenza di piani simili sviluppati da Unione Europea, Giappone e persino Italia, il piano americano non indica, per ora, obiettivi specifici di penetrazione dell’idrogeno nel mercato dell’energia, bensì pone l’accento sulla ricerca e lo sviluppo. Secondo lo studio infatti, ai prezzi attuali dell’elettricità (0.05-0.07$/kwh), l’idrogeno prodotto da elettrolisi ha un costo di circa 5-6$/kg, a fronte dei target di 2$/kg e 1$/kg che lo renderebbero competitivo rispettivamente nelle applicazioni dei trasporti e in quelle industriali. Mentre l’Unione Europea persevera sulla strada delle politiche energetiche orientate allo sviluppo delle sole fonti rinnovabili, escludendo di fatto il nucleare (benché esso produca circa la metà dell’energia pulita dell’Unione), l’approccio statunitense è genuinamente tecnologicamente neutro, e delinea le prospettive di integrazione di tutte le fonti energetiche nella futura economia all’idrogeno. La produzione di idrogeno rappresenta infatti un’enorme opportunità per le centrali nucleari esistenti quanto per quelle di futura realizzazione: in un mercato sempre più permeato da rinnovabili intermittenti, una delle qualità del nucleare – ovvero la capacità di produrre energia in modo continuativo – sta divenendo il suo tallone d’Achille, riducendo la profittabilità economica delle centrali in esercizio e forzandone la chiusura in molti casi. La produzione di idrogeno da fonte nucleare permetterebbe di ridurre l’immissione di elettricità in rete (load following) nelle ore in cui vi è più alta produzione da fonti rinnovabili, utilizzando l’energia per produrre idrogeno, da immettere successivamente del mercato ad un più alto valore aggiunto oppure da utilizzare per le necessità della centrale stessa. Ad esempio, una centrale nucleare da 1GW potrebbe produrre circa 40 tonnellate di idrogeno all’anno, assumendo essa immetta in rete elettricità per il 70% del tempo e produca idrogeno per il restante 26% (al netto del 4% delle ore annue di fermo produttivo per manutenzione e ricarico combustibile). Inoltre, i reattori di nuova generazione avrebbero un ulteriore vantaggio competitivo, potendo produrre idrogeno tramite elettrolisi ad alta temperatura, più efficiente rispetto al processo a bassa temperatura utilizzato in abbinamento alle fonti rinnovabili. Diversi sono i progetti di ricerca già finanziati dal DOE che hanno come oggetto la produzione di idrogeno abbinata alla fonte nucleare. Il primo vede coinvolte XCel Energy (utility dell’energia con sede a Minneapolis) e Idaho National Laboratories (INL) per un progetto dimostrativo di utilizzo di elettricità e vapore generato da una centrale nucleare per sostenere il processo elettrolitico; il secondo vede coinvolti sempre INL e FuelCell Energy al fine di spianare la strada alla commercializzazione delle celle a combustibile ad ossido solido (SOFC) tramite un sistema di produzione integrato in una centrale nucleare. La Francia, per bocca del Ministro all’Economia e Finanze Le Maire, ha dichiarato di voler sfruttare la propria capacità nucleare per produrre idrogeno pulito, a differenza della Germania, che riconoscendo la propria capacità rinnovabile insufficiente al futuro sviluppo della propria economia all’idrogeno, pensa già di importarlo da Nord Africa e Medio Oriente.