NuScale (SMR) Spotlight: Reattori nucleari modulari seriali standardizzati

Da grandi a piccoli reattori modulari

Le centrali nucleari tendono a essere progetti massicci. La potenza è espressa in gigawatt, gli investimenti richiesti ammontano a decine di miliardi e i tempi di costruzione sono di anni, se non decenni. Questo comporta alcuni problemi:

• È difficile trovare finanziamenti governativi a causa del notevole intervallo temporale tra l’inizio del progetto e la data della prima produzione di energia.
• Non è adatto a piccoli paesi o aree remote e richiede, in una certa misura, che l’intera rete elettrica sia adattata alla centrale nucleare.
• Quando qualcosa va storto, invece di un incidente localizzato, può trasformarsi in una catastrofe a livello continentale.
• Ogni progetto massiccio è un design sperimentale personalizzato, bloccando l’industria dallo sviluppo di qualsiasi forma di standardizzazione nel processo di produzione.

Nel complesso, si può affermare che l’approccio tradizionale all’energia nucleare soffre di due debolezze: costi troppo elevati e rischi troppo elevati.

Una parte di questo potrebbe essere risolta dai 4^th generation nuclear power plants, which use new and safer designs. Ma un altro approccio chiamato SMR (Small Modular Reactors) sta esplorando un nuovo modo di dividere gli atomi per generare energia e risolvere entrambi i problemi contemporaneamente.

Fonte: IAEA

La domanda di più energia nucleare sta ora esplodendo, spinta da una combinazione di centri dati AI ad alta intensità energetica e dalla consapevolezza che la produzione intermittente delle rinnovabili è un problema finché non scaleremo sufficientemente i sistemi di batterie, cosa che potrebbe richiedere decenni.

Perché usare gli SMR

L’idea centrale degli SMR è che, invece di progetti giganti e su misura, i reattori nucleari dovrebbero essere costruiti nello stesso modo in cui costruiamo aerei e navi:

• Un modello standardizzato consente il riutilizzo dello stesso design un numero illimitato di volte, distribuendo i costi di R&D.
  • Ciò significa anche l’intercambiabilità dei pezzi di ricambio e minori costi di formazione nel tempo.
• Prodotti e assemblati in serie, in una fabbrica dedicata, permettendo di accumulare esperienza e economie di scala.
• Trasportati nei siti dove sono necessari dalla fabbrica.

In teoria, ciò dovrebbe fornire economie di scala radicali, poiché ogni reattore aggiuntivo prodotto riutilizza manodopera, macchinari e configurazioni standard precedenti. Per esempio, un reattore SMR dovrebbe richiedere circa tre anni per essere costruito invece dei consueti 5‑10 anni (a volte 15‑20 anni nei casi peggiori, come la centrale di Vogtle in Georgia).

Un altro fattore è che i reattori più piccoli producono semplicemente meno energia per unità. Questo significa che le reazioni a catena incontrollate che portano a catastrofi come Chernobyl sono intrinsecamente meno probabili.

Quando combinati con i miglioramenti della tecnologia nucleare di quarta generazione, gli SMR possono diventare di diversi ordini di grandezza più sicuri rispetto ai design più vecchi.

Infine, poiché gli SMR sono composti da diverse sub‑unità, consentono una grande flessibilità nella potenza finale, senza dover effettuare un redesign completo ogni volta.

La minore potenza apre anche nuove applicazioni, come la produzione di energia in loco per siti industriali o basi militari, il che potrebbe aiutare a decarbonizzare operazioni quasi impossibili da alimentare solo con rinnovabili.

“Con gli SMR, abbiamo aperto un intero spettro di clienti.”

Rolls Royce CEO
Come bonus finale, le dimensioni più ridotte degli SMR consentono di installarli sul sito di “normali” centrali a combustibili fossili, come le centrali a carbone dismesse, riutilizzando così l’infrastruttura di rete già esistente e riducendo la domanda di terreno per il progetto. Almeno, finché non si ottiene l’approvazione della Nuclear Regulatory Commission (NRC) per la zona di pianificazione delle emergenze della centrale nucleare, come ha fatto NuScale dopo un estenuante processo di 7 anni per ottenere l’autorizzazione.

Fonte: NuScale

NuScale

Posizione competitiva di NuScale

NuScale è uno dei principali contendenti nella corsa alla produzione di massa di SMR nei paesi occidentali, con solo aziende statali russe e cinesi davanti.

In particolare, NuScale è l’unica tecnologia SMR certificata dalla U.S. Nuclear Regulatory Commission (NRC).

Fondata nel 2007, l’azienda ha scommesso molto presto sugli SMR, in un periodo in cui l’energia nucleare in generale sembrava su una traiettoria di declino permanente, soprattutto dopo l’incidente di Fukushima del 2011. Finora, ha investito 2 Mrd $ nella sua tecnologia e nel processo di produzione.

Con 6 reattori attualmente in produzione, l’azienda si sta avvicinando alla sua prima consegna commerciale, prevista intorno al 2030.

Un design modulare, ma noto

I reattori NuScale VOYGR possono essere trasportati dalla fabbrica ai siti delle centrali su un camion molto grande. Ognuno produce una capacità elettrica di 77 MWe (Mega Watt equivalenti), con la possibilità di avere fino a 12 moduli per impianto (924 MWe)

Fonte: NuScale

Questi reattori dovrebbero avere una vita operativa di oltre 60 anni.

La tecnologia alla base è il collaudato reattore nucleare ad acqua leggera (LWR). Sebbene possa essere meno innovativo rispetto ad altri design che utilizzano torio, alta pressione, ecc., questo ha aiutato a garantire l’approvazione dei regolatori e a ridurre i rischi del processo di sviluppo.

Sfrutta inoltre la catena di fornitura nucleare esistente, dai sensori ai fascicoli di combustibile di uranio, alle gru per reattori e ai sistemi di controllo.

Fonte: NuScale

Questi SMR sono anche “walk‑away safe”, il che significa che rimangono sicuri anche senza intervento umano, raffreddandosi naturalmente se non vengono mantenuti.

Ciò include un’altra caratteristica: un “periodo di coping” illimitato, definito come il tempo tra il normale funzionamento e il danno irreversibile al reattore in caso di arresto non programmato. La maggior parte degli altri reattori LWR ha un periodo di coping di pochi giorni, rendendoli intrinsecamente meno sicuri in caso di catastrofe.

I reattori NuScale possono anche essere riavviati senza una rete elettrica attiva, una limitazione comune alla maggior parte degli altri design di reattori.

Fonte: NuScale

Applicazioni

Rete elettrica

L’applicazione principale ovvia delle centrali nucleari è la produzione di elettricità per la rete. Con gli sforzi per decarbonizzare il nostro mix energetico in crescita, aumenta anche la necessità di più elettricità. Questo perché gran parte del consumo energetico odierno non è ancora elettrificato, come i trasporti (auto a benzina) o il riscaldamento (forni a olio o gas).

Poiché gli SMR di NuScale possono essere implementati sul sito di centrali a carbone dismesse, richiedono pochissimi investimenti in infrastrutture di rete aggiuntive per sostituire gli impianti a combustibili fossili.

IA

La domanda di energia da parte dei data center dovrebbe passare dal 3‑4 % del consumo totale di elettricità nel 2023 all’11‑12 % nel 2030. Questo equivale al consumo elettrico attuale di un terzo delle abitazioni statunitensi.

Un ulteriore problema è che, considerando le decine o centinaia di miliardi di dollari di capitale investiti in questi data center, le operazioni continue sono indispensabili. Poiché parliamo di consumi su scala GW, fare affidamento su fonti rinnovabili instabili e variabili può essere una proposta rischiosa.

Questo è il motivo per cui tutte le grandi aziende tecnologiche stanno ora cercando di imitare Microsoft con il suo accordo per riaprire un’intera centrale nucleare e bloccare tutta la sua produzione per i data center AI, garantendosi in anticipo energia nucleare stabile.

Applicazioni industriali

Molti processi industriali richiedono temperature molto elevate, spesso sotto forma di vapore ultra‑caldo. Questo può includere, ad esempio, la produzione di carta, ammoniaca (fertilizzante e componente chiave degli esplosivi), acciaio, plastica o persino la desalinizzazione dell’acqua di mare (un reattore da 77 MW può fornire energia per 77 milioni di galloni/290 milioni di litri d’acqua al giorno).

Fonte: NuScale

Attualmente, questo tipo di processo, soprattutto quello che richiede la temperatura più alta, è nella stragrande maggioranza alimentato da combustibili fossili, in particolare gas naturale.

In teoria, può essere sostituito vantaggiosamente da centrali nucleari, soprattutto poiché la generazione di elettricità è già il risultato della produzione di vapore supercritico ultra‑caldo dal nocciolo del reattore.

Tuttavia, il design tradizionale delle centrali nucleari aveva una potenza troppo grande per essere integrata facilmente con un’operazione industriale normale, come una acciaieria. I vincoli normativi e di spazio, così come la mancanza di design modulari pronti all’uso, erano anch’essi un problema.

Gli SMR sono in grado di alleviare tutte queste obiezioni contemporaneamente, grazie a una potenza per unità più bassa, un onere normativo ridotto e design più flessibili. I reattori NuScale dovrebbero essere in grado di produrre 500.000 libbre di vapore all’ora, a 1.500 psia e 500 °C.

Idrogeno

Poiché l’idrogeno è considerato un’alternativa ai combustibili fossili, il modo di produrre l’energia per la generazione di idrogeno è ancora oggetto di discussione. Da un lato, le rinnovabili potrebbero essere più economiche per kW, ma l’intermittenza significa che l’impianto di produzione di idrogeno costoso potrebbe restare inattivo per lunghi periodi.

Il reattore di NuScale potrebbe produrre 50 tonnellate metriche di idrogeno al giorno, equivalenti al consumo di 38.000 auto a celle a combustibile.

Modello di business di NuScale

Anche se piccoli e modulari, i progetti di centrali nucleari rappresentano un investimento importante, con anni di spese prima di iniziare a generare entrate dall’energia prodotta; ciò rende il loro finanziamento un compito quasi tanto cruciale quanto l’ingegneria e la scienza stessa.

NuScale ha stretto una partnership con la piattaforma di investimento privato ENTRA-1 e la società di gestione patrimoniale privata Habboush Group per rispondere a questo problema. Entrambe le società di investimento sono specializzate nel finanziamento e nella gestione di energia e infrastrutture.

Ciò offre opzioni flessibili alle aziende che desiderano implementare la tecnologia SMR: possono acquistare semplicemente l’energia prodotta, gestire l’impianto o possedere e gestire l’impianto, a seconda delle loro preferenze.

Ad esempio, una società di servizi elettrici con esperienza nel nucleare vorrà probabilmente possedere e gestire direttamente l’impianto. Tuttavia, un impianto chimico probabilmente preferirà firmare un accordo di acquisto a lungo termine per il vapore ad alta temperatura prodotto.

Progetti in corso

Man mano che gli ostacoli tecnologici e normativi vengono spostati sul retro, NuScale sta ora ampliando attivamente il suo portafoglio ordini. Finora ciò include progetti su tre continenti, ad esempio:

Nord America

• Standard Power in Ohio e Pennsylvania, per quasi “due gigawatt di energia pulita e affidabile”.
• The Prodigy Marine Power Station in Quebec ha distribuito da 1 a 12 reattori per la produzione di combustibili puliti come idrogeno e ammoniaca su scala commerciale.

Europa

• RoPower Nuclear: Un progetto in Romania con Nuclearelectrica (l’operatore nazionale di centrali nucleari) per distribuire 6 reattori VOYGR per 462 MWe di generazione elettrica a zero emissioni di carbonio.
• KGHM Polska Miedź in Polonia, per distribuire reattori VOYGR come soluzione di riutilizzo del carbone per centrali esistenti, con distribuzione già dal 2029.
• Getka & UNIMOT in Polonia, anche per sostituire centrali a carbone.
• Energoatom in Ucraina, con l’obiettivo di distribuire VOYGR non appena la guerra finirà per ricostruire la rete energetica del paese.

Asia

• Indonesia Power, che sta valutando una struttura proposta da 462 MW in partnership con Fluor Corporation e la JGC Corporation giapponese.
• GS Energy in Corea del Sud, per un ordine di 6 reattori VOYGR che potrebbe iniziare nel 2028 e completarsi entro il 2030 per alimentare il nuovo complesso industriale dell’idrogeno a Uljin.

Finanze di NuScale

Mentre l’azienda inizia a generare denaro da accordi come quello con RoPower in Romania, sta iniziando ad avere alcune entrate dopo quasi due decenni di “modalità startup”.

Tuttavia, l’azienda registra una perdita netta di circa 50 M$ ogni trimestre, riflettendo le spese operative dell’azienda. Ciò significa che finché non avrà iniziato a vendere e/o gestire pienamente i reattori VOYGR, avrà bisogno di ulteriori iniezioni di liquidità per rimanere a galla.

Fortunatamente, il prezzo delle azioni è recentemente aumentato, il che aiuterà a raccogliere più capitale senza diluire eccessivamente gli azionisti preesistenti.

Gli investitori potenziali dovrebbero anche essere consapevoli dell’esistenza di 31,4 M di azioni sotto forma di opzioni e warrant, oltre alle 252,2 M di azioni in circolazione (a dicembre 2024).

Fonte: NuScale

Conclusione

In un campo altamente regolamentato e molto tecnicamente complesso, può essere estremamente vantaggioso essere un pioniere. Non solo ciò conferisce un vantaggio nel raggiungere per primi il mercato, ma può anche aiutare un’azienda a plasmare il futuro dell’ambiente normativo e le aspettative dei potenziali clienti.

NuScale è stato un pioniere nella tecnologia SMR e continua a guidare l’industria. Altre tecnologie nucleari come il torio, i sali fusi, i reattori veloci o le centrali galleggianti potrebbero tutte essere integrate negli SMR. Tuttavia, ciò aggiunge un ulteriore livello di complessità che potrebbe rivelarsi problematico, sia dal punto di vista ingegneristico sia per i regolatori.

Invece, NuScale si è concentrata su una tecnologia ad acqua leggera comprovata, cambiandone semplicemente la scala. Questo dovrebbe aiutarla a muoversi più rapidamente e a diventare il titolo SMR più conosciuto sul mercato.

Quindi, potenzialmente, dopo un boom del mercato azionario in segmenti come EV e IA, il prossimo passo potrebbe essere un boom nella generazione di energia in grado di alimentare questi settori con energia a impatto zero.

Gli investitori dovranno ricordare, tuttavia, che la generazione di energia è un settore molto intensivo in capitale, e che l’energia nucleare si sta muovendo più lentamente rispetto ad altri settori tecnologici, il che significa che sarà necessaria pazienza e un’alta tolleranza alla volatilità.