Exploring the environmental feasibility of small modular reactors in Italy: a life cycle perspective

The accelerating energy crisis in Europe and the pressing need for decarbonization have revived attention toward nuclear energy as a reliable complement to renewable technologies. Small Modular Reactors (SMRs), characterized by modularity, passive safety, flexible deployment, and capability to use existing power infrastructure such as retired coal plants, represent a potential solution to bridge the intermittency gap while enhancing energy security. This thesis presents a critical review of the literature to prepare and inform a future, Italy-specific life cycle assessment of small modular reactors. The review synthesizes recent ISO 14040/44 compliant publications focusing on methodological choices that govern comparability and policy relevance. The analysis finds substantial heterogeneity such as plant gate versus delivered to grid functional units, cradle-to-gate versus cradle-to-grave boundaries, and a predominance of climate only indicators which limit cross-study comparability and obscuring nuclear specific burdens. Recurrent hotspots include uranium mining and milling, enrichment technology, and construction materials. Modular fabrication and transmission infrastructure emerge as additional major contributors. Building on these insights, a roadmap for a future Life Cycle Assessment (LCA) tailored to Italy has been recommended: 1 kWh of net electricity delivered as the functional unit; apply cradle-to-grave boundaries that explicitly include transmission, decommissioning, and waste; employment of a multi-impact method encompassing radiological effects, water use, toxicity, and resource depletion; addressing co-generation via transparent system expansion or allocation; and suggestions on quantification of uncertainty through scenario and Monte Carlo approaches. By clarifying methodological requirements and data priorities, this critical review provides actionable recommendations to enable a robust, comparable, and policy-relevant LCA of SMR deployment in the Italian context.

La crescente crisi energetica in Europa e la pressante necessità di decarbonizzazione hanno riportato l’attenzione sull’energia nucleare come complemento affidabile alle tecnologie rinnovabili. I Reattori Modulari Compatti (SMR), con modularità, sicurezza passiva, flessibilità di dispiegamento e capacità di riutilizzare infrastrutture elettriche esistenti, come centrali a carbone dismesse, rappresentano una potenziale soluzione per colmare il divario di intermittenza, rafforzando al contempo la sicurezza energetica. Questa tesi presenta una revisione critica della letteratura per preparare e informare una futura valutazione del ciclo di vita (LCA) specifica per l’Italia dei reattori modulari compatti. La revisione sintetizza pubblicazioni recenti conformi alle norme ISO 14040/44, con attenzione alle scelte metodologiche che governano comparabilità e rilevanza per le politiche. L’analisi rileva eterogeneità: unità funzionali basate su “plant gate” contro “elettricità consegnata alla rete”; confini di sistema da cradle-to-gate a cradle-to-grave; e una predominanza di indicatori solo climatici, che riducono la confrontabilità tra studi e offuscano oneri specifici del nucleare. Tra gli hotspot ricorrenti emergono estrazione e macinazione dell’uranio, tecnologia di arricchimento e materiali di costruzione. Altri contributi provengono dalla fabbricazione modulare e dalle infrastrutture di trasmissione. Sulla base di tali evidenze, si propone una roadmap per una LCA futura, tarata sull’Italia: 1 kWh di elettricità netta consegnata alla rete come unità funzionale; confini cradle-to-grave che includano trasmissione, decommissioning e gestione dei rifiuti; impiego di un approccio multi-impatto che comprenda effetti radiologici, uso dell’acqua, tossicità e impoverimento delle risorse; gestione della cogenerazione tramite espansione di sistema o allocazione trasparente; e indicazioni per la quantificazione dell’incertezza con analisi di scenario e metodi Monte Carlo. Chiarendo requisiti metodologici e priorità di raccolta dati, la revisione fornisce raccomandazioni per abilitare una LCA robusta, comparabile e rilevante, a supporto dell’adozione degli SMR nel contesto italiano.