Micro Modular Reactors (MMR): stato dell'arte, sperimentazioni e applicazioni nell'ambito energetico odierno e futuro

Abstract

Attualmente, una delle maggiori problematiche in campo economico, sociale e tecnologico è quella relativa alla produzione di energia usufruibile dalla popolazione mondiale e che deve fare i conti con i vari conflitti e guerre in varie parti del mondo (e.g. conflitto russo-ucraino), i livelli di sviluppo e potere di investimento dei singoli stati (economia interna e livello di povertà), il contenimento di emissioni inquinanti nell’ambiente. Per competere con le sfide di sopra elencate (soprattutto per diminuire le emissioni inquinanti e produrre energia elettrica in regime stabile senza bisogno di interruzioni a causa di un eventuale approvvigionamento di combustibile) si sta sviluppando, tramite prove sperimentali e concept design, una tipologia di SMR (Small Modular Reactors) di taglia ancora più ridotta: i Micro-Modular Reactors (MMR). Nel presente elaborato saranno descritte le caratteristiche progettuali (analizzando alcuni concept design che si stanno studiando in diversi centri di ricerca), strutturali, funzionali (citando i classici meccanismi di reazione della fissione nucleare) ed i vantaggi derivanti dallo sfruttamento di questi sistemi, in particolare per la produzione di energia elettrica, idrogeno e per effettuare la desalinizzazione dell’acqua. Successivamente ci si soffermerà sullo studio di un particolare tipo di MMR, ovvero il micro-reattore della USNC a TRISO raffreddato a gas (nella cui supply chain è coinvolta anche l’Italia), e se ne approfondirà la sua potenziale applicazione in zone remote come le isole. Infine, si eseguirà uno studio di questo micro-reattore su un’isola specifica, l’isola di Guam, e, con relativi calcoli numerici, si paragonerà in via preliminare l’utilizzo di differenti sistemi energetici per la produzione di energia elettrica valutandone i costi di investimento e le potenze prodotte.

At present, one of the major problems in the economic, social and technological fields is that related to the production of energy usable by the world population, which has to face the following challenges: the various conflicts and wars in various parts of the world (e.g. Russian-Ukrainian conflict), the levels of development and investment capability of individual states (domestic economy and poverty level), and the containment of pollutant emissions into the environment. In order to compete with the above challenges (especially to decrease pollutant emissions and produce electricity in a stable regime without the need for interruptions due to eventual fuel supply) a particular type of SMR (Small Modular Reactors) is being developed through experimental mock-ups and concept design: the Micro-Modular Reactors (MMR). This thesis describes the design features (analyzing some concept designs that are being studied in different research centers), structural, functional (citing the classical reaction mechanisms of nuclear fission) and advantages in exploiting these systems, particularly for the production of electricity, hydrogen and to carry out water desalination. Next, we focus on the study of a particular type of MMR, namely the USNC's gas-cooled TRISO micro-reactor (in whose supply chain Italy also took part) and explore its application in remote areas such as islands for power generation. Finally, a study of this micro-reactor will be carried out on a specific island, the island of Guam, and, with related numerical calculations, the use of different energy systems for power generation will be preliminarily compared by evaluating their investment costs and power outputs.