All’interno di una struttura altamente classificata a Oak Ridge, nel Tennessee, la stessa che ha arricchito l’uranio per la prima bomba atomica nell’era del Progetto Manhattan, gli operai stanno trasformando vecchie testate nucleari inesplose per alimentare la prossima generazione di reattori nucleari.
Creare combustibile avanzato per reattori
La ricetta per creare combustibile avanzato per reattori prevede la fusione di uranio per uso militare con uranio debolmente arricchito in un crogiolo, un enorme calderone metallico riscaldato a circa 2.500 gradi Fahrenheit per trasformarne il contenuto in una miscela fusa.
Uscendo dalla sua fornace, un getto arancione luminoso riempito di uranio liquido caldo viene lentamente calato in una camera di raffreddamento. Il prodotto finito indurito, che sembra carbone nero, può essere tenuto in mano in tutta sicurezza.
Questo combustibile è destinato ad alimentare la prossima generazione di reattori nucleari americani, piccole centrali elettriche modulari più facili ed economiche da costruire. Richiedono molta meno manutenzione e spazio fisico rispetto alla flotta di grandi centrali nucleari ormai obsolete.
L’importanza dell’uranio arricchito
Esistono però anche degli svantaggi: richiedono anche un uranio più arricchito e ad alta densità energetica.
Fino al 2023, gli Stati Uniti ottenevano la stragrande maggioranza del loro uranio arricchito dalla Russia. Una legge bipartisan approvata dopo l‘invasione russa dell’Ucraina ha posto fine a tutto questo. Ora, scienziati e aziende stanno correndo per produrlo in patria.
La miscelazione di vecchie armi dall’arsenale nucleare non è l’unico modo per produrre questo combustibile, noto come uranio a basso arricchimento ad alto saggio, o HALEU in breve. Anche un paio di stabilimenti in tutto il paese lo stanno producendo e si prevede che produrranno la maggior parte del combustibile a lungo termine per i reattori nucleari. Si prevede che il governo federale assegnerà oltre 2 miliardi di dollari nei prossimi mesi alle aziende di arricchimento dell’uranio per aiutare a dare il via alla filiera.
Nel frattempo, i federali stanno facendo un “esercizio di cuscino da divano“, setacciando in lungo e in largo il combustibile adatto ai redattori nucleari che potrebbe essere sfuggito alle crepe, ha spiegato cMichael Goff, vice assistente segretario principale per l’Office of Nuclear Energy del Dipartimento dell’Energia. Oltre alle scorte nucleari degli Stati Uniti, anche l’Idaho National Laboratory sta riducendo parte della sua raccolta di combustibile dai reattori di ricerca.
Il fatto che gli Stati Uniti stiano cercando un proprio arsenale per il combustibile nucleare la dice lunga sulla lotta per far decollare reattori nucleari di nuova generazione, come TerraPower, il progetto sostenuto da Bill Gates nel Wyoming che ha recentemente dato il via ai lavori.
Progetti come TerraPower attendono le spedizioni di carburante, preoccupati che possano esaurire il tempo a disposizione. L’azienda era pronta a ricevere le sue prime spedizioni di carburante dalla Russia, l’unico fornitore commerciale di HALEU al mondo.
La situazione è cambiata dopo la guerra in Ucraina: “Stiamo arrivando al punto in cui abbiamo bisogno di vedere più urgenza dal governo“, ha detto Jeff Navin, direttore degli affari esteri di TerraPower: “C’è un enorme interesse nazionale a muoversi rapidamente. Non capiamo appieno perché lo stesso senso di urgenza non sia arrivato al Dipartimento dell’Energia nel far uscire questo materiale“.
In conclusione, la quantità di HALEU che gli USA possono ottenere dalle loro scorte di armi nucleari è relativamente piccola. Avranno bisogno di una linea di produzione più grande.
“La soluzione a lungo termine è che dobbiamo avere l’arricchimento“, ha detto Jeff Chamberlin, vice amministratore assistente principale facente funzione per la non proliferazione nucleare della difesa: “Anche se riducessimo tutto quel materiale domani, non potremmo soddisfare le esigenze dimostrative di tutte le aziende di reattori nucleari avanzati che gli Stati Uniti hanno dichiarato in questo momento“.
Gli Stati Uniti attualmente ricavano circa il 20% della loro energia dal nucleare. All’interno del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, c’è un forte interesse ad aumentare quella percentuale nei prossimi anni perché l’energia nucleare è affidabile e non produce inquinamento climatico .
“Abbiamo bisogno di un carico di base di energia elettrica stabile e pulita, e il nucleare ce la fornisce”, ha detto Goff: “Per soddisfare le nostre esigenze di sicurezza energetica e i nostri obiettivi climatici, abbiamo bisogno di molta più energia nucleare impiegata“.
L’industria nucleare è sempre più interessata a reattori nucleari più piccoli, che funzionano con HALEU. Questi reattori possono durare più a lungo di quelli convenzionali e adattarsi a spazi più piccoli, il che li rende più versatili e facili da installare.
L’uranio per i reattori nucleari convenzionali è arricchito fino al 5%, mentre l’HALEU è un uranio arricchito tra il 5 e il 20%. L’uranio altamente arricchito è qualsiasi cosa superiore al 20% e viene utilizzato nelle armi o nei sottomarini.
Conclusioni
Il Dipartimento dell’Energia stima che l’industria nucleare avanzata avrà bisogno di 40 tonnellate di HALEU entro il 2030. Centrus sta cercando finanziamenti dal DOE per espandere le sue operazioni, ma attualmente può arricchire poco meno di 1 tonnellata all’anno.
Quale sarà il contributo dell’arsenale nucleare residuo del Paese? Sei tonnellate entro il 2027.
Navin di TerraPower ha affermato che sei tonnellate rappresentano un “ottimo inizio“, ma sono ben lungi dall’essere sufficienti per il primo carico di base della sua azienda, per non parlare di altri progetti nucleari avanzati negli Stati Uniti.
La quantità esatta di uranio altamente arricchito in possesso degli Stati Uniti è un segreto classificato e sono molti gli interessi in competizione per ottenerlo, dalla sicurezza nazionale alla ricerca sui reattori nucleari.
Di recente il Congresso ha incaricato la NNSA e il Dipartimento dell’Energia di dare priorità alla conversione del vecchio arsenale nucleare americano in combustibile per reattori nucleari avanzati.
“In loro possesso, hanno più che abbastanza (uranio altamente arricchito) per produrre molte, molte, molte tonnellate di HALEU“, ha concluso Navin.
