La crescente domanda energetica a livello globale ha indotto molti paesi a considerare l’energia nucleare una delle possibili fonti di approvvigionamento, attuali e a lungo termine, sicura, economica e senza grossi impatti sull’ambiente.
L’attuale filiera di reattori nucleari, però, presenta un duplice inconveniente: utilizza uranio-235, contenuto nell’uranio naturale allo 0,7%, e solo una piccola parte dell’uranio-238, attraverso la sua trasformazione in plutonio e conseguente fissione. Nei reattori nucleari, l’energia è generata mediamente per circa due terzi dall’U-235 e per un terzo dall’U-238, quindi meno dell’1% dell’uranio naturale estratto è trasformato in energia.
Uno dei problemi è che agli attuali tassi di utilizzo, la durata delle risorse uranifere accertate si riducono a meno di un secolo e quelle stimate solo a qualche secolo. In aggiunta, la reazione nucleare produce quantità non trascurabili di attinidi minori (americio, curio, nettunio, ecc.) che, insieme al plutonio, sono i principali responsabili della radioattività a lungo termine nei combustibili esausti e nei relativi rifiuti radioattivi ad alta attività, che necessitano alcune centinaia di migliaia di anni per ridurre il loro carico di radioattività.
Per la gestione del combustibile esausto, quindi, in alternativa al suo smaltimento in formazioni geologiche stabili o al riprocessamento (per recuperare uranio e plutonio da riutilizzare nella fabbricazione di nuovo combustibile a ossidi misti di uranio e plutonio) sono state promosse diverse opzioni, in particolare lo sviluppo di cicli innovativi che si basano, oltre al recupero di uranio e plutonio, sulla separazione selettiva degli attinidi minori e loro trasmutazione in reattori di futura generazione.
Pertanto, per risolvere le problematiche emerse e migliorare lo sfruttamento dell’energia nucleare, il Dipartimento per l’energia statunitense ha predisposto un complesso programma, denominato ‘Generation IV’, che definisce e pianifica le attività di ricerca e sviluppo tecnologico di sistemi nucleari innovativi e di impianti per il ciclo del combustibile, dall’estrazione del minerale agli impianti per lo smaltimento finale dei rifiuti.
Il programma pone, principalmente tre obiettivi efficacemente riassunti da Francesco Troiani su treccani.it.
1 Sostenibilità come capacità di soddisfare le esigenze attuali, rafforzando nel contempo la capacità di approvvigionamento delle future generazioni a tempo indeterminato, rendendo possibile la produzione di nuovi vettori energetici, quali l’idrogeno e, per quanto riguarda i reattori veloci, permettere sia l’utilizzo dell’uranio-238, sia una drastica riduzione dei rifiuti a lunga vita, utilizzando il plutonio e gli attinidi minori come combustibile.
2 Competitività ed economicità dei sistemi e dell’energia prodotta, con bassi rischi finanziari, attraverso innovazioni e semplificazioni progettuali per aumentare il ciclo di vita degli impianti, ridurne le dimensioni, abbassare i costi di esercizio e del combustibile, ridurre le incertezze e i rischi economici, attraverso lo sviluppo di impianti modulari.
3 Sicurezza e affidabilità, attraverso una consistente progettazione, per minimizzare la gestione e le conseguenze incidentali.
‘Generation IV’ ha prescelto sei sistemi, attualmente in fase di sviluppo tecnologico, di cui tre reattori veloci, raffreddati rispettivamente a sodio, piombo e gas, per la chiusura del ciclo del combustibile con la trasmutazione degli attinidi, e tre reattori termici per usi specifici, tra i quali il reattore ad alta temperatura destinato principalmente alla produzione di calore ad alta temperatura per la gassificazione del carbone e la produzione di idrogeno, quale nuovo vettore energetico.
Il punto è che la piena maturità industriale è attesa nella seconda metà del secolo. E nel frattempo?
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