Verso la criticità: l'energia nucleare per le navi

'andare in criticità': lo shipping fa un passo avanti verso la realtà nucleare

"Andare in criticità": lo shipping si avvicina alla realtà nucleare questa settimana, mentre il lavoro di fattibilità di NuProShip II in Norvegia e una serie di dimostrazioni di piccoli reattori altrove hanno trasformato un'idea di lunga data in un programma ingegneristico a breve termine. L'espressione "andare in criticità" ha qui un doppio significato: nella fisica dei reattori indica il momento in cui un nocciolo raggiunge una reazione a catena di fissione autosostenuta, mentre nel gergo industriale cattura ora il passaggio dai design di laboratorio e dai concept paper a progetti che prevedono prototipi, finanziamenti e formazione degli equipaggi. Gli ultimi rapporti di progetto, i sussidi governativi e le lettere d'intenti private suggeriscono che il settore marittimo non parla più del nucleare solo come una fantasia di decarbonizzazione; i team stanno testando scelte concrete di reattori, cicli di conversione e sistemi di accumulo dell'energia affinché i progetti possano essere autorizzati, costruiti e messi in navigazione nei prossimi decenni.

'andare in criticità': lo shipping punta alle navi DP e al lavoro offshore

Lo studio NuProShip II si è allontanato dai reattori ad acqua pressurizzata di tipo militare per orientarsi verso i piccoli reattori modulari (SMR) di IV Generazione, testando combinazioni come noccioli raffreddati a elio che utilizzano combustibile a particelle TRISO abbinati a cicli di potenza a CO2 supercritica (sCO2). Il risultato, affermano gli ingegneri, è una fonte di calore compatta e ad alta temperatura in grado di alimentare un piccolo treno di conversione di potenza costruito in fabbrica. Poiché un reattore funziona a regime costante piuttosto che modulare rapidamente la potenza, il concetto prevede una batteria termica — un buffer di calore — per assorbire il calore di base e fornire picchi di energia ai propulsori su richiesta; un design che consente alla nave di soddisfare i requisiti di ridondanza e risposta istantanea DP2/DP3 mantenendo i sistemi di controllo del reattore stabili e semplici.

Scelte ingegneristiche: noccioli a elio, combustibile TRISO, sCO2 e batterie termiche

Le scelte tecniche in NuProShip II e in studi simili sono deliberate e rispondono alle lezioni apprese sia dai reattori navali sia dal nuovo settore degli SMR civili. I reattori a gas ad alta temperatura raffreddati a elio consentono un funzionamento a pressioni inferiori e una maggiore efficienza termica rispetto all'acqua pressurizzata. Il combustibile TRISO — particelle rivestite in ceramica che trattengono i prodotti della fissione — è preferito per il suo comportamento robusto in scenari di incidente e per le sue proprietà di contenimento passivo. I cicli a CO2 supercritica convertono il calore in lavoro in un pacchetto molto più piccolo rispetto alle turbine a vapore, riducendo il volume sottocoperta per le apparecchiature e gli spazi dell'equipaggio su uno scafo mercantile.

Quanto è vicino il settore? Piloti, prototipi e programmi nazionali SMR

Oggi il settore si trova pienamente in una fase di dimostrazione e di validazione precoce del design, piuttosto che in una di implementazione di massa. NuProShip II ha prodotto progetti concettuali e roadmap tecnologiche e passerà i compiti di industrializzazione a SFI SAINT (Sustainable Applied and Industrialised Nuclear Technology), un centro della durata di otto anni sostenuto da 96 milioni di NOK in finanziamenti pubblici e 200 milioni di NOK in impegni industriali, che opererà dal 2026 al 2034. Tali finanziamenti sono destinati a trasformare i concetti tecnici in hardware prototipale, definire la catena di approvvigionamento e formare gli equipaggi. Se le tempistiche saranno rispettate, i sostenitori prevedono l'impostazione della chiglia per una prima nave da costruzione offshore a propulsione nucleare negli anni 2030.

Al di fuori dello shipping, esistono piloti attivi a terra e in ambito militare che influenzano le tempistiche marittime. Progetti SMR avanzati negli Stati Uniti — il Natrium di TerraPower, l'Hermes di Kairos Power e altri sforzi sui microreattori come il Project Pele — stanno attraversando le fasi di dimostrazione o di licenza. Questi progetti sottolineano due realtà: ai regolatori e ai laboratori nazionali viene chiesto di adattarsi a nuovi combustibili (incluso l'uranio a basso arricchimento e alto tenore, HALEU), e la capacità della catena di approvvigionamento e di arricchimento deve scalare se gli SMR civili e le varianti marittime vogliono diffondersi a livello internazionale.

Sfide normative, portuali e assicurative ancora ampie

La tecnologia è solo un asse del problema. L'attuale quadro internazionale per le navi mercantili nucleari risale a un codice del 1981 che precede gli SMR a sicurezza passiva, i combustibili TRISO e il moderno pensiero sul contenimento. Quel codice non è adatto ai concetti di IV Generazione raffreddati a gas e costruiti in fabbrica attualmente proposti. Per operare commercialmente, le navi mercantili nucleari devono superare una serie intrecciata di ostacoli: accettazione a livello di trattati internazionali per gli scali portuali, regole armonizzate delle società di classifica (DNV e altri stanno già partecipando alla garanzia del progetto), pianificazione di emergenza portuale, regimi di responsabilità e assicurazione che vadano oltre l'ordinaria copertura P&I, e l'accettazione da parte delle comunità e delle autorità locali dove le navi verrebbero ispezionate o manutenute.

Le domande pratiche includono: quale autorità rilascia la licenza per un reattore di bordo — un regolatore nucleare nazionale, lo Stato di bandiera o un regime ibrido legato agli standard IMO; come vengono definite le zone di pianificazione dell'emergenza per navi che possono transitare in molte giurisdizioni; e come vengono gestiti il combustibile esaurito e i rifiuti radioattivi dopo il ritiro di una nave. Tutto ciò richiede nuove negoziazioni internazionali. Senza standard concordati e l'accettazione porto per porto, una nave mercantile nucleare potrebbe trovarsi limitata nelle destinazioni raggiungibili — un rischio commerciale insostenibile per gli armatori.

Inquadramento della sicurezza: cosa significa 'andare in criticità' e come i reattori sono resi sicuri in mare

Nella fisica dei reattori, "andare in criticità" significa che il nocciolo ha raggiunto un fattore di moltiplicazione neutronica pari a uno — ogni fissione produce, in media, un neutrone che causa un'altra fissione — e la reazione a catena è autosostenuta. Per i progettisti navali e i regolatori, l'obiettivo ingegneristico non è evitare la criticità — è così che un reattore produce calore — ma progettare sistemi passivi e ingegnerizzati che rendano il comportamento del nocciolo prevedibile, controllabile e sicuro in tutti gli scenari credibili.

I moderni concetti di SMR enfatizzano la sicurezza passiva: fisica e materiali che spengono naturalmente o dissipano il calore in caso di perdita di refrigerante, insieme a forme di combustibile come il TRISO progettate per trattenere la radioattività anche in condizioni severe. I design di bordo aggiungono l'eredità navale (schermatura compatta, compartimentazione, contenimento robusto) e le pratiche di ridondanza marittima. Ciononostante, i compromessi sulla sicurezza devono essere esaminati insieme ai rischi di security e proliferazione, specialmente dove i tipi di combustibile o il riprocessamento potrebbero modificare i flussi di scorie.

Perché è importante: emissioni, autonomia e opportunità commerciali

Lo shipping è responsabile di una quota significativa di CO2 globale e altri inquinanti. Per le operazioni offshore, dove la logistica del bunkeraggio e l'autonomia sono fondamentali, la propulsione nucleare promette emissioni operative zero e un raggio d'azione effettivamente illimitato tra i rifornimenti — una proposta di valore convincente per gli operatori che oggi gestiscono flotte di generatori diesel e trasportano pesanti scorte di carburante. Per la flotta mercantile più ampia, il quadro è sfumato: il nucleare potrebbe compensare i combustibili fossili in classi di nicchia (navi di servizio offshore, rompighiaccio, traghetti, forse alcune navi portacontainer o ro-ro), mentre altri combustibili — ammoniaca, idrogeno, metanolo — potrebbero dominare i segmenti a corto raggio o a minore potenza.

Commercialmente, il mercato per centrali elettriche costruite in fabbrica e sistemi nucleari marini potrebbe creare nuove catene industriali e equipaggi nucleari marittimi specializzati, ma solo se progettisti, assicuratori e Stati portuali riusciranno a concordare standard sicuri e replicabili e se gli investitori vedranno un percorso verso progetti bancabili piuttosto che prototipi isolati.

Cosa accadrà e una tempistica realistica

Si prevede che l'attività acceleri verso la fine degli anni 2020 e negli anni 2030. NuProShip II passerà alla fase di industrializzazione presso SFI SAINT nel 2026, le dimostrazioni nazionali di SMR proseguiranno con i lavori di licenza e fornitura di combustibile e, se i primi prototipi verranno costruiti, saranno classificati e ispezionati secondo regole aggiornate che l'industria e i regolatori dovranno negoziare in parallelo. Realisticamente, la prima nave mercantile oceanica o da costruzione offshore nucleare sarà una nave degli anni 2030 — non perché la fisica sia una novità, ma perché l'accesso ai porti, i quadri legali, la logistica del combustibile e il consenso pubblico devono essere risolti prima.

Fonti

• The Information Technology and Innovation Foundation (rapporto ITIF sui Small Modular Reactors)
• Norwegian University of Science and Technology (NTNU) / materiali del progetto NuProShip II e annunci di finanziamento SFI SAINT
• International Atomic Energy Agency (IAEA) linee guida normative e SMR
• Idaho National Laboratory (INL) e programmi tecnici e dimostrativi del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti