L’ Oak Ridge National Laboratory (ORNL) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha compiuto progressi significativi nella stampa 3D di parti da utilizzare in uno degli ambienti più volatili e pericolosi: all’interno dei reattori nucleari . Ora che il laboratorio ha dimostrato le sue capacità per questo ambiente ad alte prestazioni, è pronto per trasmettere la tecnologia ai licenziatari. In questo caso, la Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) ha concesso in licenza il nuovo metodo di ORNL per i componenti di stampa 3D per i reattori nucleari per incorporare la tecnologia nelle sue operazioni di produzione.
Nel marzo 2021, ORNL ha annunciato di aver sviluppato, con BWX Technologies, un metodo unico per la stampa 3D di metalli refrattari utilizzando la fusione a fascio di elettroni (EBM). Questi materiali , che includono tungsteno, renio e niobutina, sono unici nella loro capacità di sopravvivere a temperature estremamente elevate. Questo li rende molto difficili da modellare, ma la produzione additiva ha aperto nuove possibilità che potrebbero rivelarsi utili in applicazioni speciali come l’energia nucleare e persino la propulsione di razzi a propulsione nucleare. Nel caso del suo progetto BWX, ORNL ha stampato in 3D parti strutturali del nucleo utilizzate nella propulsione termica nucleare dal molibdeno metallico refrattario.
Ultra Safe Nuclear Corporation ha concesso in licenza un nuovo metodo per stampare in 3D componenti altamente resistenti da utilizzare nei progetti di reattori nucleari. Il vicepresidente esecutivo dell’USNC Kurt Terrani, ex ORNL, ha affermato che il nuovo metodo consentirà all’azienda di realizzare parti con le forme complesse desiderate in modo più efficiente. Credito: Carlos Jones/ORNL, Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti
Tuttavia, l’USNC stamperà in 3D non un metallo, ma un materiale ceramico che è fondamentale per il design del reattore dell’azienda: il carburo di silicio, una ceramica resistente alle radiazioni e al calore che l’USNC utilizza per incapsulare il suo combustibile nucleare. E invece di fare affidamento su EBM, utilizzerà una tecnologia di stampa 3D che combina il getto di legante con l’infiltrazione di vapore chimico. Ciò consente di produrre parti con geometrie complesse, come scambiatori di calore con canali del fluido.
L’USNC ora adotterà il processo di ORNL per stampare in 3D parti geometricamente complesse per i suoi reattori nucleari. L’azienda di Seattle, che ha uffici in Canada, Sud Africa, Europa/Regno Unito e Corea del Sud, è stata fondata nel 2011 con l’obiettivo di sviluppare piccoli reattori nucleari modulari. Ciò ha portato alla creazione del Micro Modular Reactor (MMR) dell’azienda, che secondo l’USNC è notevolmente più sicuro dei tradizionali reattori nucleari, in parte a causa del fatto che il suo combustibile nucleare è racchiuso in ceramica di carburo di silicio e che il raffreddamento è eseguito da gas elio.
Immagine per gentile concessione di USNC.
Poiché l’USNC ha iniziato a concedere in licenza la sua tecnologia negli Stati Uniti e in Canada e prevede che le prime unità dimostrative inizieranno a fornire energia nel 2024. Il primo progetto vedrà USNC e Ontario Power Generation dimostrare la tecnologia MMR presso il campus Chalk River Laboratories di Atomic Energy of Canada Limited in Ontario, Canada. L’azienda prevede che i suoi MMR agiscano come fonti di energia nucleare che possono anche supportare le infrastrutture rinnovabili per quando il sole non splende o il vento non soffia. Con 5 – 10 MW e di energia elettrica e 15-30 MW th di potenza termica, MMR si pensa siano dispiegabili come serie di reattori collegati tra loro.
Per sfruttare appieno l’esperienza di ORNL nell’aumentare la produzione delle sue parti, USNC espanderà le sue operazioni nel Tennessee orientale, dove si trova il laboratorio governativo. Lì, l’azienda aprirà il suo nuovo Pilot Fuel Manufacturing, dove un tempo si trovava l’ex stabilimento K-25 non lontano dal campus principale dell’ORNL.
Tra i membri del suo team c’è Kurt Terrani, vicepresidente esecutivo dell’USNC, che proveniva dalla stessa ORNL come direttore tecnico del programma Transformational Challenge Reactor del laboratorio . Inoltre, i ricercatori ORNL Brian Jolly e Michael Trammel, che hanno contribuito a sviluppare il processo di stampa 3D, si uniscono all’USNC come leader del gruppo per la lavorazione del vapore chimico e la produzione additiva. Questo processo è facilitato dal programma di congedo imprenditoriale di ORNL .
Del processo AM, Terrani ha affermato: “Questa tecnologia è l’ideale per la struttura di produzione e i componenti principali per i progetti avanzati di reattori dell’USNC”. Ha aggiunto: “Questo è il Santo Graal dell’additivo, che puoi fare le cose più velocemente, che sono in geometrie che in precedenza erano molto difficili o impossibili con i metodi di produzione convenzionali”.
Il rapporto tra ORNL e USNC qui dimostra un significativo passo avanti per entrambe le parti in un campo sempre più attivo. Nel 2017, Siemens ha installato una parte stampata in 3D in un reattore nucleare, cosa che ha spinto Westinghouse a perseguire un’iniziativa simile. In Russia, RusAT , una sussidiaria della Russian State Atomic Energy Corporation Rosatom , sta esplorando l’uso della stampa 3D per le parti di energia nucleare. E, con la compagnia nucleare francese Framatome, ORNL ha dimostrato le capacità di una parte di reattore nucleare stampata in 3D. Mentre ORNL continua a lavorare a stretto contatto con Framatome, la sua partnership con USNC vede diversi membri dello staff dirigersi verso l’avvio nucleare, dandogli potenzialmente un vantaggio sulla concorrenza.
È interessante notare che qualcosa che l’USNC ha in comune con le suddette tecnologie BWX è che sta anche perseguendo la propulsione nucleare. Quindi, forse vedremo qualche altra sovrapposizione tra tutte le società andando avanti. Ad ogni modo, è ovvio che sia l’energia nucleare sulla Terra che nello spazio utilizzando la tecnologia USNC richiederà più tempo per svilupparsi prima di vedere l’implementazione iniziale.
