In Copertina: Unità 1 e 2  della centrale nucleare di Shin-Kori, Sud Corea. Foto Wikipedia.

L’evoluzione del nucleare per usi civili ha visto tre successive “ge­nerazioni” di reattori con la quarta in fase iniziale di decollo da meglio quantificare nei prossimi anni e che promette di rivoluzionare la filiera industriale, con abbandono dell’acqua come refrigerante, incremento della sicurezza, forte riduzione delle scorie e minori costi prospettati.

Allo sviluppo della quarta generazione di reattori si ab­bina in parallelo - come già riportato nei precedenti articoli [2] e [3] e come sottolineato nuovamente dalla IEA [4] - la forte tendenza a considerare reattori di piccola taglia (SMR, Small Modular Reactors) con moduli prefabbricati, alcuni dei quali di IV generazione (AMR, Advanced Modular Reactors) e sull’argomento si è assistito già prima dell’ultimo decennio al nascere di un crescente numero di start up spinte da vari programmi di supporto in diverse nazioni. Si contano ad oggi quasi un centinaio di tipologie di reattori SMR che ricadono in due grandi categorie:

- Light Water Reactors, con possibili temperature a circa 300°C e supply chain di materiali, sottosistemi e del combustibile ben sperimentate.

- Nuove tecnologie per gli AMR raggruppabili [2] in 6 gruppi come dal GIFI (Generation IV International Forum) per reattori di IV generazione: Gas-Cooled Fast Reactor (GFR); Very-High-Temperature Reactor (VHTR); Supercritical-Water-Cooled Reactor (SCWR); Sodium-Cooled Fast Reactor (SFR); Lead-Cooled Fast Reactor (LFR); Molten Salt Reactor (MSR). Alcuni di questi  consentono l’utilizzo di temperature oltre i 300°C e fino a circa 900.

Gli SMR delle due categorie sono in varie fasi, dalla  ricerca ed inge­gneria di base a possibili certificazione e realizzazioni di un “first of a kind”, con firma di innumerevoli accordi di collaborazione per una possibile finalizzazione di finanziamenti per realizzazioni concrete; tra queste si possono notare già in servizio - in Russia da anni e in Cina più recentemente - alcuni esemplari di reattori SMR e così pure alcuni reattori di IV generazione. Nelle referenze bibliografiche di questo articolo si trovano considerazioni e dati sulle sfide incontrate e da superare con successo dalle nuove tecnologie fino alla fusione che vedrebbe, secondo le aspettative Italiane, i primi esemplari lo­cali in funzione nel 2050 ma con realizzazioni commerciali ritenute da vari esperti ben più avanti nel tempo.

La situazione mondiale del nucleare al 15/5/2025

Si fa riferimento ai dati della International Atomic Energy Agency (IAEA)[6]. In particolare, la Figura 1 riporta in modo sintetico per le diverse nazioni la situazione relativa alla potenza nucleare in GWe dei reattori in funzione, in costruzione e di quelli permanentemente chiusi e quindi da programmare per il “final dismantling” e” final waste disposal”. La Figura 2 considera il numero di reattori anziché la potenza in GWe in ogni nazione.

FIGURA 1 - Situazione al 15/5/2025 della potenza globale di reattori in esercizio, costruzione e permanentemente chiusi nelle varie nazioni. Occorre notare che a Taiwan (non menzionata ufficialmente nelle figure IAEA) è in funzione 1 reattore da 938 MW, inoltre 5 reattori per totali 4114 MW sono stati permanentemente chiusi. Fonte [6]

FIGURA 2 - Situazione del nucleare in funzione al 15/5/2025 in 32 nazioni: numero di reattori (occorre considerare 1 reattore a Taiwan per 938MW menzionato solo in nota alle tabelle IAEA). Fonte [6]

La Figura 3 riporta una sintesi della IAEA sulla situazione mondiale del nucleare al 15/5/2025 e la distribuzione geografica della potenza installata ed in costruzione.

I grafici evidenziano chiaramente come gli Stati Uniti siano ancora la nazione con la massima potenza nucleare in funzione, seguiti da Francia, Cina, Russia e Corea del Sud e che complessivamente hanno una potenza installata, in 5 paesi, pari ad oltre il 70% dei totali 377 GW in 32 paesi. La Cina, con il suo notevole sviluppo del nucleare, si appresta a superare in un anno la Francia per capacità installata (già superata in termini di energia prodotta nel 2023) ed in meno di 10 anni gli Stati Uniti, anche se la quota di produzione di elettricità da nucleare in Cina è, attualmente, intorno al 5%.

FIGURA 3 - Sintesi della situazione mondiale del nucleare al 15/5/2025 e distribuzione geografica della potenza installata o in costruzione in GWe [6]

Per quanto riguarda le centrali chiuse permanentemente, in parti­colare per Stati Uniti, Francia, Russia, Giappone, UK e Germania, si prospetta un enorme mercato a breve per il decommissioning delle centrali con definizione di depositi finali di materiali più o meno radioattivi.

Per quanto riguarda la percentuale di elettricità prodotta dal nu­cleare in % della totale produzione nazionale, non sono ancora disponibili in IAEA i dati consolidati a livello globale per il 2024 e si riportano in Figura 4 quelli relativi al 2023.

FIGURA 4 - Quota di elettricità da nucleare nel 2023 in 31 paesi menzionati nei grafici IAEA. NB: i 3 reattori nel 2023 in esercizio a Taiwan e non riportati nel grafico hanno prodotto il 6,9% della totale elettricità prodotta nel paese. Fonte [6]

Considerando che nei paesi UE il nucleare nel 2023 risulta la prima singola fonte di produzione di elettricità con una quota del 22,6% (ri­spetto a circa il 9% a livello mondo), è chiaro che i primi 8 paesi con quota del nucleare superiore al 35 % appartengano alla UE. Per quanto riguarda il numero di reattori e la totale potenza nucleare in costruzione nei vari paesi, si rimanda alla Tabella 1.

TABELLA 1 - Reattori in costruzione al 15/5/2025 in 15 paesi da IAEA [6]

Da un’analisi dettagliata dei singoli paesi si può dedurre il seguente elenco per i 61 reattori in costruzione per 63,8 GWe a livello mondiale:

- 28 reattori sono in Cina, 24 dei quali del tipo PWR (Pressurized Water Reac­tors) convenzionali fondamentalmente di terza generazione +, con 4 forniti dalla Rus­sia; 2 reattori sono SMR e 2 di Gen IV da 680 MW sviluppati localmente;

- 26 sono i reattori russi (4 in Russia, dei quali 2 SMR da 32 MW e 1 GEN IV Fast Breeder da 300 MW, 4 in Cina, India, Turchia ed Egitto, 2 in Bangladesh e Ucrai­na (chiaramente sospesi) ed 1 in Iran e Slovacchia);

- 2 reattori EPR francesi da 1650 MW cia­scuno sono in costruzione nel Regno Unito (costruzione iniziata nel 2018-19 e connessione alla rete prevista per 2029-30);

- 2 reattori APR 1400 MW in Corea del Sud da KEPKO, con co­struzione iniziata nel 2017/18 (4 di tali reattori sono in funzione negli Emirati Arabi Uniti ed altri 6 in Corea del Sud unitamente ad altri 14 reattori, sempre PWR di tecnologia locale, dopo 8 iniziali reattori costruiti in Corea a partire dagli anni 1970 su licenze Westinghouse e Framatome);

- 2 ABWR GE-Hitachi da 1300 MW in Giappone, con costruzione sospesa nel 2011/2012 for “safety checks” dopo Fukushima e con ripartenza con pre­visioni di entrata in servizio nel 2028.

- in India, in aggiunta a 4 reattori for­niti dalla Russia, esistono altri 2 reattori in costruzione e sviluppati localmente. Di questi, vi è 1 reattore di IV gene­razione Fast Breeder con costruzione iniziata da oltre 10 anni;

- 1 reattore in Brasile (iniziata la co­struzione nel 1984 con continui stop and go e susseguirsi di diversi fornitori);

- 1 reattore in Argentina: 1 SMR di sviluppo locale da 25 MW (la costru­zione è iniziata nel 2014 con un costo rivalutato ad oggi di 18.000 $/kW e non chiara data del commissioning);

- 1 reattore in Pakistan fornito dalla Cina, con inizio costruzione nel marzo 2025 a seguito di altri 6 reattori dalla stessa Cina.

Si può notare come la grande maggioranza dei 61 reattori in co­struzione a livello globale sia del tipo PWR da circa 1000 MW ed oltre e di terza generazione +; esiste qualche terza generazione, ma solo 2 SMR (1 in Cina +1 in Argentina) e 4 Gen IV nelle nazioni sopra indicate (Cina, Russia e India).

La Russia ha in servizio 2 SMR da 32 MW dal 2019 e 3 SMR da 11 MW dal 1975; per i reattori praticamente di Generation IV, del tipo Fast Breeder, ha ancora in servizio dal 1980 l’unico sopravvissuto a livello mondiale dei vari vantati reattori similari dei progetti Fast Breeder (che sono stati poi sospesi in Francia, Germania, Giappone) e altri due reattori, sempre Fast Breeder, raffreddati a sodio liquido, con l’ultimo collegato alla rete nel 2016 per oltre 800 MWe.

2 Generation IV reactors sono in Cina, da 100 MW HTGR, raffreddati a elio e alimentanti un’unica turbina da 200 MW. Inoltre, è in servizio dal 2011 un piccolo reattore sperimentale da 20 MW tipo SFR (Sodium Fast Reactor).

Appare chiaramente:

- oltre l’80% dei reattori in costruzione nel mondo sono da Russia e Cina;

- la Cina ospita sul suo territorio il 46% della totale potenza nucleare in co­struzione e sta sviluppando una sua espansione all’estero. Dopo l’entrata in servizio in Pakistan, dal 2000 al 2022, di 4 reattori da 300 MW e 2 da 1000 MW, vi è l’entrata in costru­zione nel marzo 2025, sempre in Pakistan, di un reattore da 1000 MW. Sono previsti una serie di accordi con paesi esteri ed è in fase di definizione un accordo con l’Argentina;

- la posizione dominante della Russia nel mercato mondiale (oltre il 42% dei reattori in costruzione) con tecnologie, prezzi e tempisti­che e finanziamenti allettanti e con anche proposte di un ritiro delle scorie, riducendo i problemi locali per eventuali depositi-geologici;

- una attiva presenza dei sudcoreani che, dopo il successo all’e­stero dei 4 reattori entrati in servizio negli Emirati Arabi, stanno effettuando una serie di accordi in America Latina, Africa ed Europa dell’Est, dove è in fase di definizio­ne il contratto con la Repubblica Ceca per 2 reattori da 1400 MW ciascuno ma con pendenti ricorsi di EdF per il loro reattore EPR e di Westinghouse per il loro AP 1000. Il reattore AP 1400 è stato certificato anche dalla NRC degli Stati Uniti;

- una decadenza per presta­zioni e prezzi e tempi di realizza­zione dell’industria nucleare dei paesi OECD, sudcoreani esclusi, creando problemi geopolitici per la scelta di fornitori di nuove centrali nucleari e non solo per un paese come l’Italia. Come per pannelli fotovoltaici, batterie e veicoli elettrici ed elettrolizzarori, Cina e Russia dominano non solo il mercato dei reattori di terza generazione+ in costruzione ora, ma anche le tecnologie di sviluppi futuri.

- un pullulare di varie decine di start up, con enorme varietà di tipologie e potenze dei reattori SMR proposti ma, come sopra riportato, con solo 5 SMR in effettiva costruzione oggi rispetto ai 61 reattori totali. Vale la pena di menzionare alcuni tra gli im­previsti insuccessi, legati al rischio di nuove tecnologie nucleari, nel campo SMR e microreattori e ciò non tanto per minimizzare l’importanza fondamentale di investimenti in ricerca e sviluppo ma per sottolineare quali sfide ci aspettino. Degno di nota l’insuc­cesso di quello che avrebbe dovuto essere il primo impianto con SMR in funzione in US da parte di NuScale [2],[5]; dopo 4 anni per ottenere la licenza dalla locale NRC, il prezzo della iniziale valutazione di 7000 $/kW è salito a 11000 nel 2020 e 20000 $/kW nel 2023, portando all’annullamento del progetto. Lo stesso discorso vale per i microreattori da 1,5-15 MW della Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) degli Stati Uniti, comperata a seguito di asta per bancarotta dalla società NANO.  Ancora: un progetto in UK [2] del consorzio coordinato dalla multinazionale Urenco per lo sviluppo di un micro SMR (chiamato U Battery, con potenza di 10 MW termici per produrre calore di processo a 750°C e 4 MWe, tec­nologia HTR moderato a grafite e raffreddato ad elio con supporto di università inglesi) con un sostanzioso grant dal governo inglese per l’entrata in servizio nel 2028 di un prototipo; a causa delle difficoltà di trovare impegni solidi da parte di nuovi investitori per poter realizzare il progetto, Urenco a marzo 2023 ha rinunciato a supportare il progetto stesso e deciso di trasferirne la proprietà intellettuale al National Nuclear Laboratory inglese.

Sempre in [2] sono menzionati i reali risultati previsti/ottenuti nei progetti di fusione, sia a confinamento magnetico (ITER) e sia a confinamento inerziale (Livermore Laboratory in US) e le grandi sfide tecnologiche ancora da superare per avere un rendimento del globale impianto, incluso il balance of plant, superiore a 1 (ora di gran lunga inferiore) e con produzione continua dell’energia prodotta e non solo per tempi limitati come riportati per il progetto ITER e specie per quello americano (frazione di secondi).

Considerazioni generali

La decarbonizzazione è diventata un grande business, spinto sia da positive posizioni più o meno ideologiche,  sia da fornitori di macchinari, apparecchiature, sottosistemi per ottenere incentivi per le loro tecnologie e normative favorevoli al loro sviluppo.

Il percorso della decarbonizzazione sarà dettato dai paesi non OECD per dare l’energia necessaria per lo sviluppo sociale delle loro popolazioni.  Gli ambiziosi obiettivi di una UE, che conterà meno del 6% nelle emissioni climalteranti nel 2030, non influen­zeranno in modo significativo il processo di decarbonizzazione globale, rischiando di risultare irrealistici e con impatti negativi sulla competitività e con possibili opposizioni sociali.

Con i crescenti consumi elettrici e basati su fotovoltaico ed eolico ed uso di veicoli elettrici, le forniture di alcuni minerali/ materiali “critici” necessitano di analisi attente e costanti per future disponibilità e costi.

Le aspettative di rapida elettricità a basso costo da SMR ed AMR e soprattutto dalla fusione possono generare illusioni con pericolose disillusioni; è indispensabile però procedere in ricerca e sviluppo e trarre esperienza da prototipi collegati in rete.

Una percentuale ben ridotta di reattori SMR e specie AMR in numero e in totali MW di potenza installata sono in costruzione ad oggi nel mondo dove prevalgono reattori di terza generazione+ da 1000 MW ed oltre.

Alcune tecnologie avanzate per la decarbonizzazione sono ben sviluppate e fornite da aree geopolitiche esterne all’OECD con quote di mercato mondiali dominanti a basso costo (ad esempio la Cina per pannelli fotovoltaici, batterie al litio, veicoli elettrici ed elettroliz­zatorii e la Russia per il nucleare con la Corea e  la Cina emergenti all’estero anche per tecnologie future) e rappresentano un fattore geopolitico e strategico per lo sviluppo di tecnologie verdi e del nucleare nel mondo OECD.

Considerando le crescenti interconnessioni di vettori energetici  tra tutti i settori (industria, trasporti, edilizia, servizi e sistemi energetici con le esigenze dei loro clienti/consumatori), un approccio di sistema che coinvolga tutte le loro tecnologie in evoluzione e le reali esigenze dei loro clienti/consumatori è necessario.

Per il sistema elettrico, ciò implica di considerare tutte le diverse tecnologie di generazione, tra­smissione e distribuzione dell’energia elettrica, compresi adeguati dispositivi/sistemi aggiuntivi per mantenere sicura, di alta qualità  e costi accessibili dell’energia finale fornita con il supporto della intelligenza artificiale, della digitalizzazione e dell’evoluzione dell’elettronica di potenza; tutto ciò nell’ottica di sostenere le alternative che prevedono i minimi costi per i clienti finali e per una nazione per raggiungere gli obiettivi che devono essere realistici e comunicati con il loro impatto sui costi per evitare reazioni negative quando questi diventeranno evidenti.

Alessandro Clerici è Presidente onorario di WEC Italia e di FAST ed ex Presidente di AEIT

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Riferimenti

[1] A.Clerici- Sviluppi del nucleare nel mondo a maggio 2025 e nuovo approccio in Italia  - La Termotecnica maggio 2025 https://www.latermotecnica.net/sviluppi-del-nucleare-nel-mondo-a-maggio-e-nuovo-approccio-in-italia-34132
[2] A.Clerici - Il nucleare oggi e le aspettative tecnologiche di domani - L’Astrolabio 6/6/2024
[3] A.Clerici - Le tecnologie del nucleare futuro: problemi ed opportunità - L’Astrolabio 17/4/2023
[4] IEA – The path to a new era of nuclear energy - January 2025 The Path to a New Era for Nuclear Energy – Analysis - IEA
[5] M.Ricotti-Lezioni dal fallimento di NuScale Energia 13/11/2023 https://www.rivistaenergia.it/2023/11/nucleare-di-piccola-scala-lezioni-...
[6] IAEA Country statistics al 15/5/2025 dal sito https://pris.iaea.org/pris/countrystatistics/countrystatisticslandingpage.aspx