Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha deciso di promuovere la diffusione del nucleare “rimpicciolito” attraverso il progetto MARVEL, grazie al quale un reattore a fissione da 100 kW sarà messo a disposizione di ricercatori e sviluppatori privati per testare, sviluppare e dimostrare rapidamente le loro tecnologie.

Gli Stati Uniti stanno perseguendo un piano per combattere il cambiamento climatico e raggiungere le zero-emissioni entro il 2050. Essendo la principale fonte di energia priva di carbonio della nazione, il nucleare può svolgere un ruolo importante in questa transizione verso l’energia pulita, in particolare grazie allo sviluppo e all’utilizzo dei microreattori.

Per accelerarne la diffusione, il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (US DoE) ne sta costruendo uno proprio per aiutare i ricercatori e gli utenti finali a capire come i microreattori possano integrarsi con altre tecnologie. Il progetto Microreactor Applications Research Validation and EvaLuation (MARVEL) semplifica questo processo di ricerca e sviluppo (R&S) per i partner del settore e fornirà loro un luogo dedicato per testare, sviluppare e dimostrare rapidamente le loro tecnologie. Questo microreattore raffreddato a metallo liquido potrebbe essere operativo entro tre anni.

I microreattori sono strutture molto piccole, prodotte in serie e trasportabili che potrebbero fornire energia e calore per la generazione decentralizzata nei settori dell’energia civile, industriale e della difesa. Il DoE Microreactor Program, guidato dall’Idaho National Laboratory (INL), sta svolgendo una fondamentale attività di ricerca e sviluppo applicati per ridurre i rischi associati alle prestazioni della nuova tecnologia e alla prontezza di produzione dei microreattori.

MARVEL offrirà capacità sperimentali non ancora disponibili

Secondo quanto affermato dal DoE, il design MARVEL si basa principalmente sulla tecnologia esistente e sarà costruito utilizzando componenti standard che consentono una costruzione più rapida. Comprenderà un reattore a fissione da 100 kW, basato sul progetto SNAP-10A che è stato sviluppato negli anni ‘60 come reattore a fissione nucleare da 45 kWt per l’impiego nelle missioni spaziali. Il reattore raffreddato al sodio con metodo di raffreddamento a circolazione naturale avrà una temperatura di esercizio di 500-550 °C e sarà alimentato da uranio ad alto dosaggio e basso arricchimento (High-Assay Low-Enriched Uranium – HALEU) proveniente dai materiali disponibili per la ricerca. Inoltre, utilizzerà i motori Stirling per trasferire energia dal nucleo in modo da produrre elettricità.

Il DoE ha affermato che il reattore, che sarà costruito all’interno della Transient Reactor Test facility (TREAT), presso l’INL, potrebbe essere installato in meno di un anno.

“Fornendo dimostrazioni rapide e su piccola scala, MARVEL offrirà capacità sperimentali che non sono attualmente disponibili nei laboratori nazionali del DoE”, ha detto il Dipartimento. Il banco di prova aiuterà anche le aziende a dimostrare i loro progetti. I partner del settore potranno collegare al sistema le loro applicazioni per utenti finali di microreattori, così da testare e dimostrare la prontezza della relativa tecnologia. Inoltre, MARVEL testerà e dimostrerà la capacità del sistema del reattore di gestire la domanda di rete e l’alimentazione del reattore, che potrebbe supportare una gamma di applicazioni, inclusi sistemi integrati di energia rinnovabile, purificazione dell’acqua, produzione di idrogeno e calore per processi industriali.

L’utilità dei microreattori

Un microreattore è un piccolo reattore nucleare che può funzionare come parte della rete elettrica, indipendentemente da essa, o come parte di una microgrid, per generare fino a 20 megawatt di elettricità e fornire calore per applicazioni industriali. La maggior parte di questi piccoli reattori è progettata per essere portatile (molti potrebbero essere trainati da un semirimorchio). I microreattori sono da 100 a 1.000 volte più piccoli dei reattori nucleari convenzionali, mentre i piccoli reattori modulari (small modular reactors – SMR) variano da 20 a 300 megawatt.

I microreattori dovrebbero inoltre funzionare per anni senza rifornimento. Il rinnovato interesse per questi reattori molto piccoli è guidato da una serie di fattori, tra cui la necessità di generare energia su piccola scala in luoghi remoti, in installazioni militari e in luoghi che si stanno riprendendo da disastri naturali.

Per di più, il loro potenziale utilizzo come fonti di calore nel processo industriale apre nuovi potenziali mercati all’energia a zero emissioni di carbonio per la desalinizzazione, la produzione di idrogeno e altre industrie.

Il Project Pele del Pentagono

La piattaforma di test MARVEL rappresenta la collaborazione tra il DoE Microreactor Program e il National Reactor Innovation Center. Nel gennaio scorso, il Dipartimento per l’Energia ha aperto al pubblico giudizio una bozza di valutazione ambientale riferita alla costruzione del reattore.

Anche il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti (US DoD) sta lavorando per sviluppare un microreattore mobile, attraverso la sua iniziativa Project Pele.

Il DoD è motivato dal fatto che le sue operazioni militari diventano sempre più “energivore” e richiedono fonti di alimentazione portatili e dense. Le comunità rurali remote negli Stati Uniti, molte delle quali ricorrono al diesel per far funzionare i generatori, stanno prendendo in considerazione i microreattori poiché potrebbero generare energia in loco.

Il ruolo dell’INL

INL sta lavorando con sviluppatori, industria privata, autorità di regolamentazione, università e altri per sviluppare, dimostrare, testare e convalidare questa nuova generazione di microreattori. Nell’ambito della sua missione di ricerca, INL sta anche aiutando a sviluppare nuovi combustibili per progetti di microreattori, molti dei quali utilizzeranno uranio a basso arricchimento con concentrazioni più elevate di uranio-235 rispetto al combustibile utilizzato negli odierni reattori di potenza commerciali.

Come ha dichiarato John Wagner, direttore dell’INL, nel comunicato stampa del DoE che annunciava il periodo di revisione pubblica di MARVEL, “l’energia nucleare è sempre stata una fonte di energia affidabile che non emette anidride carbonica nell’atmosfera. MARVEL fa il passo successivo. Fornirà dimostrazioni rapide e su piccola scala di diverse tecnologie ecocompatibili associate a microreattori avanzati e reattori più grandi, a vantaggio dell’industria dell’energia nucleare e degli utenti finali”. Wagner ha poi aggiunto: “MARVEL sarà in grado di testare applicazioni di potenza come la domanda di elettricità in base al carico per essere complementare alle fonti di energia rinnovabile intermittenti come l’eolico e il solare. Metterà inoltre alla prova l’utilizzo dell’energia nucleare per la purificazione dell’acqua, la produzione di idrogeno e quella di calore per i processi chimici. Fornirà inoltre ai partner del settore la possibilità di testare nuove tecnologie relative ai microreattori e fornirà esempi visibili nel mondo reale di come gli utenti finali commerciali potrebbero incorporare i microreattori fra le loro risorse a energia pulita”.