Energia nucleare inevitabile per un’industria più green?

La maggior parte dell’energia elettrica può essere green, costruendo più parchi solari fotovoltaici ed eolici, incidendo di poco sul costo della corrente elettrica.
Tuttavia per rendere ecosostenibili anche quei processi produttivi che richiedono una quantità di energia non indifferente, l’energia nucleare può essere un valido approccio molto efficiente, specialmente nella produzione di sostanze chimiche (es. gas idrogeno ed ammoniaca liquida), metalli, plastica ed altri materiali (es. vetro, cemento).

Per i processi produttivi, sfruttare le opzioni elettriche “fredde” (ad esempio energia solare, eolica e idroelettrica), risulta essere troppo costoso, mentre optare per una fonte “calda”, come il nucleare ad alta temperatura può risultare vantaggioso.
Proprio per questo motivo, se si vogliono attuare delle strategie che portino alla riduzione dell’impiego dei combustibili fossili, il nucleare è inevitabile.

Attualmente sono molte le nazioni contrarie al nucleare, che per decarbonizzare la maggior parte della loro elettricità puntano all’utilizzo di fonti rinnovabili come il fotovoltaico, l’eolico e l’idroelettrico.
Ma questo non è abbastanza per soddisfare il fabbisogno energetico dei vari processi produttivi, motivo per cui se questi paesi non dovessero cambiare idea, per decarbonizzare una grande quantità di energia elettrica non potranno fare a meno di approvvigionarsi da reattori nucleari esteri.

Energia nucleare low-cost per la produzione di molti materiali: non soltanto elettricità

Piuttosto che impiegare esclusivamente l’elettricità, in alcuni processi produttivi può essere molto più economico utilizzare una fonte di calore diretto. Per adesso le due fonti di calore green alle quali ci si può affidare sono l’energia solare concentrata e l’energia nucleare.

Energia solare e nucleare

Figura 1: solare concentrato (a sinistra) e nucleare (a destra)

La produzione con l’energia nucleare viene considerata in media meno costosa rispetto al solare concentrato, perché oltre a raggiungere delle temperature più elevate, i costi di costruzione degli impianti sono inferiori a sono operativi 24/365.

Risulta particolarmente conveniente sfruttare l’energia nucleare per la produzione di idrogeno, gas molto versatile che trova largo impiego in molti contesti.

Una volta prodotto, l’idrogeno può essere convertito in ammoniaca liquida per semplificarne il trasporto e venire in qualsiasi momento riconvertita in idrogeno per molteplici scopi, come la produzione di calore, elettricità ed alimentazione dei motori elettrici.

L’economia dell’energia nucleare cinese

Nella tabella in figura 2 è mostrato il costo all’ingrosso per unità di energia ($/GJ) attualmente prodotta da carburanti fossili ed il costo dell’idrogeno e dell’ammoniaca prodotti tramite il calore diretto di un reattore nucleare in Cina.

Il processo produttivo che prevede l’impiego del calore di un reattore nucleare è ancora in fase di sviluppo e quindi i costi indicati in tabella sono delle stime, ma sicuramente, se venissero costruiti molti reattori nucleari, questi costi diminuirebbero maggiormente. Probabilmente arriverebbero a dimezzarsi.

Prendere come esempio l’economia dell’energia nucleare cinese, potrebbe essere una valida opzione qualora si volesse risolvere efficacemente il problema del cambiamento climatico agendo sulla decarbonizzazione dell’energia.

I reattori nucleari in Cina potrebbero non soltanto essere utilizzati per generare calore per l’abbattimento dei costi nella produzione manifatturiera, ma anche di gas di idrogeno a basso costo che può essere utilizzato sia all’interno della Cina che esportato sotto forma di ammoniaca.
L’ammoniaca è una sostanza che può essere utilizzata direttamente in una cella a combustibile per la produzione di energia elettrica.

Stima del costo energetico

Figura 2: Costo energetico stimato di un reattore nucleare cinese

Qualora nel reattore nucleare cinese HTR-PM Generation 4 si dovesse verificare una perdita di refrigerante, non ne deriverebbe alcuna fusione. Questo grazie al combustibile nucleare che fa sì che cali la produzione di energia, quando il reattore supera una soglia di temperatura.
Questo processo è reso possibile dagli additivi presenti nel combustibile nucleare, che forniscono un “coefficiente di temperatura negativo”, evitando il melt-down anche in mancanza di refrigerazione.
Il HTR-PM Generation 4 è il primo ed unico reattore di quarta generazione al mondo in grado di erogare elettricità 24/365 ad un costo molto inferiore rispetto all’elettricità statunitense prodotta da gas naturale. Tuttavia produce esclusivamente elettricità e il suo calore non viene sfruttato per la lavorazione in ambito manufatturiero, in quanto si tratta di una tecnologia ancora in fase di sviluppo.

La quantità di energia elettrica prodotta dal nucleare in Cina, come mostrato nella figura 3 raddoppia ogni 5 anni. Se questa tendenza dovesse continuare, nel 2042 la Cina arriverà a soddisfare l’80% del proprio fabbisogno energetico esclusivamente tramite il nucleare.

Questo trend è dato dal fatto che la Cina costruisce più reattori nucleari di qualsiasi altra nazione al mondo e probabilmente sarà il primo paese ad esportare dei materiali ecosostenibili realizzati direttamente con il calore del reattore nucleare. Il tutto a basso costo.

Figura 3: Figura 3: L’energia nucleare in CinaL’energia nucleare in Cina

Costi elevati in USA e Europa

I reattori nucleari in Cina costano tre volte meno di quelli negli Stati Uniti e in Europa ($ 2.000 contro $ 6.000/kWe). Questo, combinato con l’avversione di altre nazioni per l’energia nucleare, porterà la Cina ad arricchirsi grazie le esportazioni.

I costi del nucleare negli Stati Uniti e in Europa sono attualmente elevati perché i rettori vengono progettati e costruiti uno alla volta, mentre se un progetto standardizzato venisse snellito e prodotto in serie, costerebbe molto meno.

Abbiamo bisogno di una produzione ecologica

Il metodo più ecologico ed economico nell’ambito manufatturiero e chimico, è quindi quello che prevede lo sfruttamento del calore diretto di un reattore nucleare. Tuttavia, affinché questo metodo possa essere adottato su scala globale, deve costare meno rispetto all’impiego dei carburanti fossili.

Con un ampio budget di ricerca e sviluppo, gli ingegneri potrebbero sviluppare un impianto di produzione di energia green standardizzato, che utilizzi l’energia nucleare di quarta generazione per soddisfare la maggior parte del fabbisogno energetico.
Soltanto con maggiori attività di ricerca e sviluppo sarà possibile soppiantare la produzione basata sui carbonfossili.

Figura 4: L’energia nucleare in Cina

Articolo originale: https://www.powerelectronicsnews.com/nuclear-power-is-inevitable-yet-not-everywhere/

Redazione Fare Elettronica