L'SMR di Rolls-Royce ha bisogno di 10,000 volte meno terra dell'energia eolica, dimostra la "legge di ferro della densità di potenza"

Il mese scorso, Rolls-Royce ha dichiarato che prevede di ricevere l'approvazione normativa dal governo britannico entro il 2024 per il suo piccolo reattore modulare da 470 megawatt e che inizierà a produrre energia sulla rete elettrica britannica entro il 2029.

Succederà? Il tempo lo dirà. Molti progetti e startup nucleari hanno superato le date di entrata in servizio previste. Ma l'annuncio di Rolls-Royce è importante per due ragioni. In primo luogo, aggiunge più credito all'idea che una rinascita nucleare globale sia, di fatto, in corso. In secondo luogo, il nuovo design del reattore da 470 megawatt di Rolls-Royce mostra che, grazie alla sua insuperabile densità di potenza, l'energia nucleare è l'unico modo per produrre elettricità su larga scala preservando l'ambiente naturale e riducendo le emissioni di gas serra.

Come mai? La densità di potenza delle centrali nucleari che Rolls-Royce intende costruire richiederà 10,000 volte meno terra di un progetto eolico e circa 1,000 volte meno terra di quella richiesta da un progetto solare. A causa della loro densità di potenza sorprendentemente alta, le nuove centrali nucleari avranno bisogno di molte meno risorse come terra, acciaio, neodimio, rame e cemento, il che dimostra quella che ho soprannominato la legge di ferro della densità di potenza. Ne parleremo tra un momento.

Se hai saltato la fisica al liceo (l'ho fatto), potresti non capire perché la densità di potenza è importante. Nessun problema. Ecco un rapido primer. L'energia (misurata in joule o Btu) è la capacità di svolgere un lavoro. La potenza (misurata in watt o potenza) è la velocità con cui il lavoro viene svolto. Non ci interessa l'energia. Quello che vogliamo è il potere. Non ci interessa necessariamente quale forma di energia (petrolio, sole, carbone o gas) viene utilizzata per spostare la nostra auto, far funzionare la nostra televisione o cucinare il nostro filet mignon, ci interessa solo di avere la potenza di cui abbiamo bisogno per ottenere il nostro lavoro fatto. E vale anche il corollario: più potenza abbiamo (potenza di calcolo, potenza di riscaldamento, forza motrice, potenza di cottura) più lavoro possiamo fare.

La densità di potenza è la misura del flusso di energia che può essere sfruttato da una data area, volume o massa. Cioè, quanti watt siamo in grado di ottenere per metro quadrato, litro o chilogrammo. E questo riconduce alla Legge di Ferro della Densità di Potenza. Ho preso in prestito il concetto di Iron Law dall'autore e professore dell'Università del Colorado Roger Pielke Jr., che ha coniato la legge ferrea del clima, che afferma che quando sono costretti a scegliere tra crescita economica e azione per il clima, politici e decisori sceglieranno sempre la crescita economica.

La legge ferrea della densità di potenza è una cugina dell'editto di Pielke. Dice: minore è la densità di potenza, maggiore è l'intensità delle risorse. Se fai affidamento su una fonte a bassa densità di potenza come l'etanolo da mais (0.1 watt per metro quadrato) o l'energia eolica (1 watt per metro quadrato) devi contrastare quel flusso di energia irrisorio con grandi input di altre risorse. Per l'etanolo, ciò significa utilizzare molta terra, fertilizzanti e carburante diesel per coltivare abbastanza mais da produrre quantità significative di carburante liquido. L'anno scorso, Dave Merrill, un asso reporter e analista di dati di Bloomberg, ha riferito che "Due terzi dell'impronta energetica totale dell'America è dedicato al... mais coltivato per l'etanolo. Richiede più terra di tutte le altre fonti di energia messe insieme”. Merrill ha stabilito che i biocarburanti (principalmente etanolo da mais) utilizzano circa 80,000 miglia quadrate, un'area più grande dello stato del Nebraska.

L'energia eolica ha lo stesso problema dell'etanolo. Per produrre quantità significative di elettricità, i progetti eolici richiedono vasti tratti di terra e volumi sbalorditivi di elementi in acciaio, cemento, rame e terre rare. Questi requisiti di uso del suolo sono uno dei motivi principali per cui l'energia eolica sta incontrando una resistenza così feroce in tutto il paese. Come mostro nel Database dei rifiuti rinnovabili, circa 331 comunità in tutto il paese hanno rifiutato o limitato i progetti eolici dal 2013. Il rifiuto più recente è avvenuto il 5 maggio nella contea di Crawford, Ohio, che ha rifiutato un progetto eolico proposto da Apex Clean Energy, un'azienda che aveva visto una feroce opposizione ai suoi progetti, tra cui l'ormai morto Progetto Lighthouse Wind a New York che avrebbe coperto circa 20,000 acri.

Come spiego nel mio ultimo libro, Una questione di potere: elettricità e ricchezza delle nazionie nel grafico sopra, la bassa densità di potenza dell'energia eolica significa che per soddisfare la domanda di elettricità esistente in America con le sole turbine eoliche sarebbe necessaria un'area terrestre doppia rispetto alla California. È una quantità assurda di territorio, soprattutto considerando che è quasi impossibile costruire energia eolica in California.

E l'energia solare? Ha una densità di potenza maggiore rispetto all'etanolo o al vento - circa 10 watt per metro quadrato - ma richiede anche molti input di materiale tra cui polisilicio, acciaio e rame. Richiede anche molta terra, ecco perché numerose comunità in tutto il paese stanno rifiutando Big Solar.

Ora torniamo alla Rolls-Royce. L'SMR da 470 megawatt dell'azienda costerà circa 2.3 miliardi di dollari e richiederà un sito di circa 10 acri. Ciò significa che la nuova centrale avrà una densità di potenza di oltre 10,000 watt per metro quadrato. Ecco i calcoli: 470,000,000 di watt divisi per 40,489 metri quadrati = 11,608 watt per metro quadrato. Se assumiamo un fattore di capacità del 90% (il che significa che l'impianto funzionerà a piena potenza il 90% delle volte) si arriva a 10,447 watt per metro quadrato. Per essere chiari, è un numero molto alto. Come mostro nel secondo grafico direttamente sopra, la densità di potenza dell'Indian Point Energy Center di Buchanan, recentemente chiuso, era di circa 2,000 watt per metro quadrato.

Rod Adams, uno dei principali analisti di energia nucleare e editore di Approfondimenti atomici e conduttore del podcast Atomic Show, è rialzista sul reattore Rolls-Royce. Ha detto che la società ha il denaro e il sostegno del governo che dovrebbero consentirle di avere successo e costruire il nuovo SMR. "È un'azienda tecnicamente sofisticata con decenni di esperienza nella costruzione di macchine complesse, inclusi motori per aerei e centrali nucleari per sottomarini", mi ha detto giovedì.

Un altro segnale positivo: il Primo Ministro britannico Boris Johnson sta abbracciando il nucleare. All'inizio di questo mese, durante una visita alla centrale nucleare inglese di Hartlepool, ha affermato che il nucleare è "assolutamente cruciale per disintossicarci dai combustibili fossili, inclusi petrolio e gas russi". Ha anche affermato che il Regno Unito costruirà molti reattori. "Invece di uno nuovo ogni decennio, ne costruiremo uno ogni anno, alimentando le case con energia pulita, sicura e affidabile".

A dire il vero, Boris dice molte cose. E sì, abbiamo già sentito parlare del rimbalzo nel settore nucleare globale. Ma questa volta, in effetti, potrebbe essere diverso. Diversi fattori, tra cui l'impennata dei prezzi globali del gas naturale e del carbone (il benchmark di Newcastle è ora di circa $ 400 per tonnellata) e l'enorme incertezza dovuta all'invasione dell'Ucraina da parte di Putin, stanno dando al settore dell'energia nucleare un'ondata di speranza e capitale. Ma ricorda, non è solo Rolls-Royce. All'inizio di questo mese, NuScale Power (ticker: SMR) è quotata alla Borsa di New York. La Francia ha detto che rafforzerà la sua industria nucleare.

Questi sviluppi sono una buona notizia per l'ambiente naturale, per i nostri uccelli, pipistrelli, insetti e, sì, per le persone. Invece dell'espansione incontrollata dell'energia che deturpa il paesaggio che deriva dai progetti eolici e solari, la nuova era nucleare promette di fornire reattori ad altissima densità di potenza che risparmiano la natura e apportano più energia a zero emissioni di carbonio alle nostre reti elettriche. Rolls Royce non ha solo una tecnologia migliore di quella eolica o solare. Ha una tecnologia 10,000 volte migliore.