Tutti vogliono energia pulita per i Data Center, Microsoft in primis, ma chi può fornirla?

Gli SMR si stanno rivelando di interesse cruciale per la comunità tecnologica, che si concentra sullo sviluppo di capacità AI. L’AI è una bestia energetica insaziabile. Secondo un rapporto di Goldman Sachs, una query di ChatGPT richiede circa 10 volte più elettricità per essere elaborata rispetto a una ricerca su Google. Oggi i centri dati rappresentano l’1-2% del fabbisogno energetico mondiale, una cifra che si prevede crescerà al 3-4% nel prossimo decennio. I principali attori sono Alphabet, Amazon, Apple, Meta, Microsoft e NVIDIA. Tutti, ad eccezione di NVIDIA, si sono impegnati a diventare netti a zero sulle emissioni di Ambito 1, 2 e 3 entro il 2030, o il 2040 nel caso di Amazon.

• Alphabet (Google): “In Google, il nostro obiettivo è di raggiungere emissioni nette zero in tutte le nostre operazioni e nella nostra catena di valore entro il 2030”.
• Amazon: “Amazon ha un obiettivo incredibilmente ambizioso: raggiungere le emissioni nette di carbonio in tutte le nostre operazioni entro il 2040”.
• Apple: “Apple si impegna a essere neutrale al 100 percento per quanto riguarda la sua catena di approvvigionamento e i suoi prodotti entro il 2030”.
• “Microsoft ha assunto impegni ambiziosi nel 2020 per diventare carbon negative, water positive, zero rifiuti e per proteggere gli ecosistemi, il tutto entro il 2030”.
• NVIDIA: “Entro la fine dell’anno fiscale 25, e successivamente con cadenza annuale, ci aspettiamo di raggiungere e mantenere il 100% di elettricità rinnovabile per gli uffici e i centri dati sotto il nostro controllo operativo”.

Tutti splendidi obiettivi, ma come raggiungerli, nel momento in cui i nuovi data center consumano tanta elettricità quanta ne usano piccole nazioni?

Reattore Rolls Royce

La crescente domanda di elettricità renderà il raggiungimento di questi obiettivi ancora più impegnativo. L’energia rinnovabile ha un ruolo importante da svolgere, ma da sola non è sufficiente e ha le sue sfide. L’elettricità generata dal nucleare è la soluzione vitale per la decarbonizzazione e per soddisfare la domanda di elettricità globale in rapida crescita, grazie ai seguenti tre vantaggi rispetto alle energie rinnovabili:

1.  Natura di carico di base. Vale la pena sottolineare l’importanza del nucleare per fornire energia di base senza emissioni di carbonio. Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DoE) osserva che “l’energia nucleare è la fonte di energia più affidabile e non c’è nemmeno da avvicinarsi”. Ecco i numeri relativi alla percentuale di utilizzo della capacità: nucleare (92%), gas naturale (55%), carbone (54%), energia idroelettrica (37%), vento (37%) e solare (27%).  Questo è particolarmente critico per le operazioni dei centri dati iperscalati, che richiedono un’alimentazione di base affidabile, senza problemi intermittenti. Altre fonti di energia di base (gas naturale e carbone) non sono esenti da carbonio, rendendo il nucleare l’unica fonte di energia di base esente da carbonio.
2.  Impronta più piccola. Il nucleare è molto attraente rispetto alle energie rinnovabili. Secondo l’Istituto per l’Energia Nucleare, “il nucleare è anche complementare alle energie rinnovabili, perché genera più energia con meno terreno – 31 volte meno degli impianti solari e 173 volte meno degli impianti eolici”.
3. Vita dell’impianto. La durata di vita di un impianto nucleare è molto più lunga, 40-60 anni rispetto ai circa 20 anni dei parchi eolici e ai 30 di quelli solari.

Microsoft ha fissato gli obiettivi più ambiziosi di questo gruppo di sociatà ed è ancora più ambiziosa di un obiettivo di zero netto entro il 2030. Si è impegnata a “rimuovere dall’atmosfera una quantità equivalente a tutta l’anidride carbonica che la nostra azienda ha emesso direttamente o attraverso il consumo di elettricità da quando siamo stati fondati nel 1975”.

Microsoft si è anche impegnata a essere leader nel sostenere la diffusione della tecnologia SMR, in quanto vede l’importanza di affrontare il cambiamento climatico e di raggiungere gli obiettivi netti zero di Microsoft attraverso gli SMR. Satya Nadella,

Presidente e CEO di Microsoft, ha annunciato che “l’azienda sta cercando un Principal Program Manager, Nuclear Technology, che sarà responsabile della maturazione e dell’implementazione di una strategia energetica globale per i piccoli reattori modulari (SMR) e i microreattori”. Successivamente, come chiaro segno di impegno, hanno assunto gli ex veterani dell’energia nucleare della Tennessee Valley Authority, la dottoressa Erin Henderson (Direttore dell’Accelerazione dello Sviluppo Nucleare) e Todd Noe (Direttore delle Innovazioni Nucleari ed Energetiche) per eseguire la loro strategia SMR su base accelerata.

Un articolo del 12 dicembre 2023 del Wall Street Journal, intitolato “Microsoft Targets Nuclear to Power AI Operations”  osserva che “Microsoft scommette che l’energia nucleare può aiutare a soddisfare il suo enorme fabbisogno di elettricità, mentre si avventura ulteriormente nell’intelligenza artificiale e nel supercalcolo”. In un’intervista del 26 giugno 2024 con il WSJ PRO Sustainable Business, la Chief Sustainability Officer Melanie Nakagawa ha dichiarato che:

“Stiamo valutando sia i piccoli reattori modulari che la fusione e stiamo stringendo partnership e firmando accordi di acquisto di energia con i principali attori di questo mercato, in modo che quando l’energia sarà online, potremo portarla ad alimentare i nostri centri dati. Tutti hanno date diverse in cui prevedono di essere sul mercato. Noi stiamo semplicemente dicendo che quando sarete online, questa è una fonte di energia pulita e priva di carbonio che vorremmo utilizzare”.

La percezione dell’energia nucleare è il maggior problema

Oggi esiste un’eredità di sospetto sull’energia nucleare, accentuata da noti disastri come quello dell’11 marzo 2011 della centrale nucleare di Fukushima Daiichi in Giappone e quello del 26 aprile 1986 della centrale nucleare di Chernobyl in Ucraina.

Oltre a questi problemi di sicurezza ereditati dal passato, i superamenti dei costi e delle scadenze delle centrali nucleari, come la centrale nucleare di Vogtle in Georgia (costo finale di 35 miliardi di dollari contro un costo previsto di 14 miliardi di dollari), sollevano dubbi sulla commercialità delle centrali nucleari.

Tuttavia, la percezione pubblica sta cambiando rapidamente. Un sondaggio del 2024 del Pew Research Center ha rilevato che il 56% degli americani è favorevole a un maggior numero di centrali nucleari per generare elettricità (rispetto al 78% per il solare e al 72% per l’eolico). Sospetto che il numero di favorevoli al nucleare sarebbe più alto se i cittadini comprendessero meglio la differenza tra le centrali nucleari tradizionali su larga scala e gli SMR. I seguenti vantaggi degli SMR affrontano le sfide associate alle centrali nucleari tradizionali:

1. Più piccole: Secondo la definizione dell’Agenzia Internazionale per l’Energia Atomica (AIEA), affinché un reattore sia considerato un SMR, deve avere una capacità inferiore a 300 MW. In confronto, la capacità media di un reattore convenzionale è di 1.000 MW (1 GW). Il nucleo del reattore di un SMR è circa 1/20 delle dimensioni dei nuclei dei reattori di grandi dimensioni.

2. Zona di pianificazione di emergenza più piccola: Le centrali nucleari convenzionali richiedono una zona di pianificazione di emergenza (EPZ) con un raggio di almeno 10 miglia. Alcune tecnologie SMR avanzate sono sufficientemente sicure da essere esentate dalla USNRC (Nuclear Regulatory Commission), limitando la zona di pianificazione di emergenza alla linea di recinzione della centrale, che richiede solo circa 40 acri. Questa caratteristica unica consente alle centrali SMR di essere co-locate accanto a un centro dati o a una zona industriale.

3. Modulare: Gli SMR sono progettati e prodotti utilizzando la fabbricazione di moduli in un ambiente controllato, perseguendo economie di produzione in serie, standardizzazione e tempi di costruzione ridotti. La modularità consente inoltre alle centrali SMR di raggiungere la scalabilità, facilitando così l’espansione graduale per soddisfare i requisiti energetici in evoluzione.

4. Più economico: Un grande problema delle centrali nucleari tradizionali è l’aumento dei costi (un aumento di sei volte dagli anni ’60 agli anni ’80, con un risultato di oltre 10 miliardi di dollari per impianto) e i frequenti superamenti dei costi. Un impianto SMR da 1 GW può essere costruito a quasi il 50% del costo di un impianto nucleare convenzionale, grazie a un design più semplice con meno componenti. Inoltre, riduce il rischio di superamento dei costi, spostando la maggior parte dei costi in un ambiente controllato di fabbrica “fuori sede”. I reattori convenzionali devono essere costruiti in loco, il che spesso comporta un superamento dei costi.

5. Più veloce da costruire: Ci vogliono circa 10 anni per costruire una centrale nucleare convenzionale, se non ci sono sforamenti di programma. Al contrario, un impianto SMR da 1GW può essere costruito in 3-4 anni.

6. Più sicuro: Le tecnologie avanzate SMR creano un sistema di alimentazione del vapore in cui il nucleo del reattore, i generatori di vapore, il pressurizzatore e il contenimento sono tutti contenuti in un unico contenitore. Questo elimina le pompe del refrigerante del reattore, le tubature di grandi dimensioni e altri sistemi e componenti presenti nei reattori convenzionali ad acqua pressurizzata, rendendo così gli SMR molto più sicuri.

Questi fattori poterebbero  facilitate l’adozione del nucleare tramite SMR rispetto a quello tradizionale, perché meno invadente, costoso e, soprattutto nelle versioni AMR, con reattori avanzati, anche più sicuri, spesso con raffreddamento a sali fusi.

Westinghouse SMR

Gli Attori

NuScale

NuScale ha iniziato l’attività di ricerca e sviluppo nel 2002. Nel 2008, ha avviato il processo di richiesta di approvazione per il suo prodotto SMR da parte dell’USNRC. Questa è stata concessa nel 2020 e oggi è l’unica ad aver ricevuto l’approvazione della certificazione. Nessun’altra tecnologia SMR si è presentata all’NRC per una revisione completa. Ciò significa che la tecnologia di NuScale è commercialmente pronta per essere impiegata per un’applicazione AI. Inoltre, NuScale ha costituito una joint venture con il suo partner strategico globale esclusivo ENTRA Energy, una società americana indipendente di produzione e sviluppo di energia, per commercializzare la tecnologia SMR di NuScale. Grazie a questa strategia, NuScale distribuisce la sua tecnologia SMR approvata a livello globale tramite gli impianti ENTRA1 Energy™, mentre ENTRA1 Energy sviluppa, finanzia e possiede impianti di produzione energetica, offrendo un approccio one-stop-shop. Recentemente NuScale ha concluso poi un contratto per l’installazione di un SMR in Ghana.

Ipotesi di reattore NuScale

TerraPower

TerraPower, con sede a Bellevue, è un’azienda privata fondata da Bill Gates. (Tuttavia, recentemente, Microsoft ha dichiarato di non avere alcun rapporto commerciale con l’azienda). Il reattore Natrium da loro proposto è un reattore da 345 MW che utilizza combustibile HALEU (High Assay Low Enriched Uranium). Il 16 agosto 2023, l’azienda ha annunciato l’acquisto di un terreno a Kemmerer, nel Wyoming, dove il Progetto dimostrativo del reattore Natrium™ sarà costruito vicino a una centrale a carbone in via di dismissione, come progetto congiunto con il Progetto dimostrativo del reattore avanzato del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. L’azienda ha dichiarato che “si tratta dell’unico reattore avanzato, non ad acqua leggera, nell’emisfero occidentale che viene costruito oggi per affrontare le sfide della transizione energetica pulita”.

Studio del reattore Terrapower

Westinghouse Electric

Westinghouse Electric Company è uscita dal fallimento dopo essere stata acquistata da Brookfield Business Partners, un fondo di private equity canadese. Il 7 novembre 2023, è stata venduta a un consorzio composto da Brookfield Asset Management, insieme alla sua affiliata quotata in borsa Brookfield Renewable Partners e ai suoi partner istituzionali, e a Cameco. Brookfield possiede il 51% e Cameo il 49%. Le soluzioni di prodotto dell’azienda comprendono sistemi energetici (come i microreattori eVinci™ e AstroVinci™, che devono ancora completare la progettazione e ottenere la certificazione/approvazione dell’USNRC), combustibile nucleare (ad esempio, il programma di combustibile ad alta energia ts e la fabbricazione e le operazioni di combustibile), supporto per gli impianti operativi (ad esempio, soluzioni ingegneristiche, soluzioni di personale, sistemi di strumentazione e di controllo e servizi di outage) e servizi ambientali (ad esempio, pianificazione e licenze, servizi per il combustibile esaurito, gru e movimentazione del combustibile e decontaminazione).

reattore modulare Westinghouse

BWXT

BWXT Technologies è quotata alla Borsa di New York e produce componenti e reattori nucleari navali fin dagli anni ’50. Ha progettato e fabbricato componenti per la Marina Militare. Ha progettato e fabbricato i componenti dell’USS Nautilus, il primo sottomarino a propulsione nucleare del mondo. Il progetto BWXT Advanced Nuclear Reactor (BANR) sta sviluppando un sistema modulare, costruito in fabbrica, abbastanza piccolo e leggero da poter essere trasportato su rotaia, nave o camion e in grado di fornire 50 MW di potenza di reattore nucleare termico. Il 9 giugno 2022 ha annunciato un contratto con lo Strategic Capabilities Office del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti per costruire il primo nucleare avanzato trasportabile “in grado di fornire una fonte di energia resiliente al Dipartimento della Difesa per una serie di esigenze operative che storicamente si sono affidate a forniture di combustibili fossili e a linee di approvvigionamento estese”.

Sezione del SMR BWRX – 300

Kairos Power

Kairos Power è un’azienda finanziata privatamente, nata da un ampio sforzo di ricerca presso alcune università e laboratori nazionali statunitensi. Il nome deriva da un’antica parola greca che si riferisce all’importanza della tempestività e della chiamata all’azione. L’azienda ha l’obiettivo di avere un impianto dimostrativo negli Stati Uniti entro il 2030. Il 12 giugno 2024, l’azienda ha ricevuto un permesso di costruzione dall’USNRC per costruire il reattore dimostrativo Hermes. Si tratta di uno dei numerosi progetti sostenuti dal Programma di dimostrazione di reattori avanzati del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. La costruzione è iniziata il 30 luglio 2024 e si prevede che sarà operativa a Oak Ridge, Tennessee, entro il 2027.

Tutte queste società, più altre, come Oklo, possono essere alla base di una fornitura energetica per i data center, a partire da quelli di Microsoft, che è quella più avanzata. Vedremo quanto ci vorrà prima che la società tecnologica prenda la sua decisione.