1. La centrale nucleare di Shidaowan
La centrale nucleare di Shidaowan, inaugurata a dicembre 2023 nella provincia di Shandong, Cina, rappresenta un punto di svolta nell’evoluzione del settore nucleare mondiale. Questa struttura, sviluppata congiuntamente dal China Huaneng Group, dalla Tsinghua University e dalla China National Nuclear Corporation, è il risultato di un ambizioso progetto avviato nel 2012.
La centrale di Shidaowan è la prima centrale nucleare di quarta generazione in funzione. È caratterizzata dall’utilizzo di un reattore ad alta temperatura raffreddato a gas, una tecnologia all’avanguardia che utilizza l’elio come fluido refrigerante e la grafite come moderatore. Il moderatore ha il compito di rallentare i neutroni veloci prodotti dalla fissione nucleare all’interno del reattore, consentendo loro di interagire più efficacemente con i nuclei dei combustibili nucleari. La grafite è un materiale ottimo per questo compito, poiché ha la capacità di rallentare efficacemente i neutroni senza assorbirli. Inoltre, la grafite è resistente alle alte temperature e offre una stabilità strutturale che la rende adatta per l’ambiente operativo del reattore nucleare.
Il reattore di questa centrale ha una potenza di circa 200 MWe, un dato modesto rispetto ad altri impianti come per esempio il reattore più potente degli Stati Uniti, il Grand Gulf a Port Gibson, Mississippi, con una potenza elettrica lorda nominale di 1.433 MWe. Sebbene la capacità produttiva della centrale possa sembrare modesta, la sua metodologia di raffreddamento a gas elio offre vantaggi significativi per la Cina, che sta affrontando diverse sfide nell’approvvigionamento idrico per la sua popolazione. Di fatto, i reattori in genere necessitano di circa 400-720 litri d’acqua per MWh, il che significa che un singolo impianto nucleare può utilizzare miliardi di litri al giorno.
Nello specifico, la centrale nucleare di Shidaowan utilizza il reattore HTR-PM, il quale si serve di combustibile nucleare a forma di piccole sfere simili a palle da tennis. Queste sfere hanno un diametro di 6 centimetri e sono rivestite da quattro strati di armatura ceramica: al loro interno vi sono circa 12.000 particelle di combustibile. L’intera armatura ceramica può resistere a temperature molto elevate, e ogni sfera contiene l’energia equivalente a 1,5 tonnellate di carbone.
Un altro vantaggio rilevante di questo reattore è che non è più necessaria la consueta procedura di spegnimento temporaneo dei reattori per il rifornimento, consentendo un’operazione costante. Queste caratteristiche assicurano stabilità e sicurezza dell’impianto anche in condizioni estreme, prevenendo il rischio di fuoriuscite di materiali radioattivi.
Inoltre il reattore è dotato di un sistema di sicurezza avanzato che consente lo spegnimento automatico in caso di rischio di fusione o perdita, al contrario dei consueti reattori nucleari, dove è richiesta energia per attivare le misure di sicurezza, e quindi utilizzano generatori diesel come backup.
La centrale di Shidaowan non solo rappresenta un importante passo avanti nella tecnologia nucleare, ma offre anche opportunità significative per la riduzione dell’impatto ambientale. Con la capacità di generare energia costante senza la necessità di fermare i reattori per il rifornimento, e con un sistema di raffreddamento a gas inerte che elimina il rischio di contaminazione dell’acqua, la centrale di Shidaowan dimostra il potenziale dei reattori di IV generazione nel fornire energia sicura e sostenibile.
2. Caratteristiche e genesi dei reattori di IV generazione
Nel 1998, la comunità internazionale ha riconosciuto la necessità di innovazione nel settore nucleare con la creazione del Forum Internazionale Generazione IV (GIF). Questo sforzo collaborativo tra tredici nazioni (Argentina, Australia, Brasile, Canada, Cina, Francia, Giappone, Corea, Regno Unito, Russia, Stati Uniti, Sudafrica e Svizzera) mira allo sviluppo di nuovi reattori nucleari più sicuri, efficienti e rispettosi dell’ambiente rispetto alle generazioni precedenti.
La Roadmap tecnologica del GIF, pubblicata nel 2002, delinea gli obiettivi ambiziosi per questi sistemi avanzati. Nel 2006 sei tipi di reattori di IV generazione sono stati selezionati per un ulteriore sviluppo, classificati in due categorie principali: reattori termici e reattori veloci. I reattori termici delineati sono il reattore ad altissima temperatura (VHTR – very-high-temperature reactor), il reattore a sali fusi (MSR – molten salt reactor) e il reattore ad acqua supercritica (SCWR – supercritical water reactor). I reattori veloci sono il reattore veloce a sodio (SFR – sodium-cooled fast reactor), il reattore veloce al piombo (LFR – lead-cooled fast reactor) e il reattore veloce a gas (GFR – gas-cooled fast reactor).
Nel 2010, il GIF ha pubblicato un aggiornamento della Roadmap, riflettendo i progressi compiuti e le sfide ancora da affrontare.
Nonostante le difficoltà tecniche e i costi di sviluppo, l’iniziativa dei reattori di IV generazione rappresenta un impegno concreto per un futuro energetico più sostenibile e sicuro. La ricerca in questo settore è spronata dalle diverse e innovative caratteristiche che contraddistinguono i reattori nucleari di quarta generazione, come un rendimento maggiore, la riduzione dei rifiuti nucleari, una maggior sicurezza e l’utilizzo di combustibili avanzati. Questi reattori sono progettati con sistemi di sicurezza avanzati che aumentano la resistenza agli eventi estremi e possono utilizzare una vasta gamma di combustibili nucleari, inclusi il torio e i combustibili a base di uranio impoverito, ampliando le risorse disponibili e migliorando la sostenibilità a lungo termine. Inoltre, sono progettati per ottenere un elevato rendimento termico, sfruttando in modo efficiente il combustibile nucleare e riducendo gli scarti radioattivi. Grazie a tecnologie avanzate di riciclaggio del combustibile e di trasmutazione dei rifiuti nucleari, questi reattori sono in grado di ridurre significativamente la quantità e la pericolosità dei rifiuti radioattivi prodotti.
3. Il modello cinese per lo sviluppo dell’energia nucleare
La Cina ha adottato un approccio strategico verso l’energia nucleare, con l’obiettivo di produrre il 10% della sua elettricità attraverso questa fonte entro il 2030. Sebbene il paese abbia già compiuto progressi significativi nel settore, superando la Francia come secondo produttore mondiale di energia nucleare nel 2020, ci sono ancora diverse sfide che deve affrontare. Per esempio, l’implementazione su larga scala dei reattori di quarta generazione richiede investimenti considerevoli e una robusta infrastruttura per la gestione dei rifiuti radioattivi.
Secondo l’Agenzia internazionale per l’energia atomica la Cina sta costruendo 22 nuovi reattori nucleari. Questo numero è di gran lunga maggiore rispetto a qualsiasi altra nazione al mondo. A titolo di esempio, l’India ha in programma la costruzione di otto reattori, il Regno Unito di due e gli Stati Uniti soltanto uno. La Cina è ancora lontana dai 93 reattori utilizzabili negli Stati Uniti, ma è definita come il produttore di energia nucleare in più rapida espansione al mondo.
Allo stesso tempo, l’energia nucleare è stata oggetto di un’attenzione specifica da parte dei pianificatori cinesi, che le hanno garantito un solido supporto politico. La politica nazionale ha da tempo dato priorità sia alla tecnologia dei reattori convenzionali che a quella avanzata come capacità interna strategicamente importante e come promettente settore di crescita con potenziale di esportazione. Questa posizione si è sviluppata in risposta alla crescente domanda energetica cinese a partire dall’inizio del millennio, che ha costantemente spinto i politici a perseguire una strategia energetica completa per garantire l’adeguatezza delle risorse energetiche.
Nonostante la recente ondata di costruzione in Cina di parchi solari, eolici e batterie, gli esperti e i leader nazionali continuano a concordare sul fatto che l’energia nucleare svolga un ruolo chiave nella strategia energetica del paese, in particolare nelle province costiere altamente popolate e urbanizzate.
4. I possibili impatti a livello mondiale dei reattori di IV generazione
Oltre alla Cina, altri paesi stanno investendo in ricerca e sviluppo sui reattori nucleari di quarta generazione. Gli Stati Uniti, ad esempio, stanno conducendo studi approfonditi sul reattore modulare a sali fusi (MSR), che offre vantaggi significativi in termini di sicurezza e sostenibilità. Il Giappone, d’altra parte, sta esplorando l’utilizzo del reattore nucleare a neutroni veloci (FNR), che è in grado di utilizzare efficacemente i rifiuti nucleari come combustibile. Anche il Sudafrica sta considerando l’adozione di reattori di quarta generazione per soddisfare le proprie esigenze energetiche .
Nonostante le promettenti caratteristiche esistono ancora sfide da affrontare nel loro sviluppo e implementazione su larga scala, come ad esempio gli elevati costi legati alle infrastrutture di produzione e gestione dei rifiuti nucleari e la necessità di regolamenti e normative efficaci per garantire la sicurezza e la conformità ambientale di questi reattori nucleari.
In conclusione, il caso della centrale nucleare di Shidaowan in Cina illustra in modo chiaro le potenzialità dei reattori nucleari di quarta generazione nel plasmare il futuro dell’energia nucleare. Sebbene le possibili complessità, l’implementazione su larga scala di questi reattori potrebbe rappresentare un punto di svolta nella transizione verso un sistema energetico globale più pulito e affidabile.
FONTI:
https://pris.iaea.org/PRIS/CountryStatistics/ReactorDetails.aspx?current=957https://www.classxhsilkroad.it/news/azienda-energetico/al-via-nello-shandong-la-prima-centrale-nucleare-di-quarta-generazione-202312061704258935
https://www.agenzianova.com/news/cina-la-prima-centrale-nucleare-di-quarta-generazione-al-mondo-in-funzione-nello-shandong/
https://news.cgtn.com/news/2024-01-06/How-the-world-s-first-fourth-generation-nuclear-power-plant-works-1q8JzrGNrj2/p.html
https://www.foronuclear.org/en/updates/news/the-worlds-first-generation-iv-nuclear-power-plant-starts-its-commercial-operation-in-china/
https://www.gem.wiki/Grand_Gulf_nuclear_power_plant