La crisi climatica che il nostro pianeta sta attraversando è alimentata anche dalla necessità di produrre energia. Guardando il Sole, gli scienziati si sono chiesti se sarebbe possibile replicare sulla Terra quello che succede dentro la nostra stella. Il Sole produce calore e luce fondendo gli atomi di idrogeno, che rilasciano elio e un’incredibile quantità di energia. Questo è quello che i ricercatori vogliono fare con la fusione : creare una piccola “stella” sulla Terra, aprendo così la porta alla produzione di incredibili quantità di energia pulita.
Cos’è la fusione nucleare?
Le stelle, incluso il nostro Sole, creano la propria energia attraverso il processo di fusione nucleare, ovvero gli atomi si fondono insieme ad alte temperature e pressioni e creano un atomo più pesante. In genere, questo processo comporta la combinazione di atomi di idrogeno per formare elio. La reazione rilascia una quantità enorme di energia, motivo per cui gli scienziati sulla Terra vogliono replicarla in modo controllato. (Sono già riusciti a farlo ma in modo incontrollato : si chiama bomba all’idrogeno o la superbomba !). Si tratta di una fonte energetica potenzialmente illimitata che non dipende neanche dalle condizioni meteorologiche, come le energie rinnovabili solare ed eolica.
Cos’è la fissione nucleare?
L’elettricità generata dalle attuali centrali nucleari si ottiene attraverso la fissione nucleare, ovvero il nucleo di un atomo instabile si divide in due o più nuclei più piccoli, accompagnati dalla liberazione di una grande quantità di energia. Questo processo può essere spontaneo o indotto da una collisione con un’altra particella. Nel processo di fissione nucleare, un nucleo pesante, come l’uranio-235 o il plutonio-239, assorbe un neutrone, diventando instabile e si divide in due o più frammenti più leggeri, insieme alla liberazione di energia sotto forma di radiazione elettromagnetica e cinetica. Questi frammenti, chiamati prodotti di fissione, possono essere altri isotopi radioattivi o isotopi stabili. Durante la fissione nucleare, vengono rilasciati anche neutroni aggiuntivi, che possono essere catturati da altri nuclei pesanti, innescando ulteriori reazioni di fissione in una reazione a catena. Questa reazione a catena controllata avviene nei reattori nucleari, dove l’energia prodotta dalla fissione nucleare viene utilizzata per generare calore, che a sua volta viene convertito in energia elettrica tramite un processo termico. Il vantaggio: la produzione di energia elettricità in quantità molto elevata senza rilasciare grandi quantità di gas a effetto serra. Lo svantaggio: la produzione di rifiuti radioattivi a lunga durata, con rischi per la sicurezza.
La differenza tra la fusione nucleare e la fissione nucleare: l’una è il processo inverso dell’altra. Con la fusione, gli atomi si fondono creando un atomo più pesante ed energia, mentre nella fissione gli atomi si dividono creando frammenti più leggeri ed energia. Quindi, in entrambi i casi si ottiene energia in grandi quantità. Se la fissione (o scissione) nucleare lascia dietro di sé nuclei instabili che possono rimanere radioattivi per milioni di anni, la fusione nucleare non produce rifiuti radioattivi perché essenzialmente crea solo nuovi atomi di elio (il gas che sta nei palloncini!).
I due metodi di realizzare la fusione nucleare
I ricercatori sulla fusione nucleare stanno dividendo i loro sforzi su due modelli di reattori, con due approcci differenti. Un primo modello cerca di innescare la fusione in una camera delle dimensioni di una stanza; l’altro invece cerca di fare lo stesso in una pallina delle dimensioni di uno spillo.
Il primo modello implica il raggiungimento di più obiettivi concatenati:
– il raggiungimento di temperature altissime che permettono il superamento delle forze elettromagnetiche che tengono separati gli atomi;
– una volta riscaldati, gli atomi si fondono diventando una “zuppa” di particelle con carica elettrica; si ottiene così il plasma;
– la compressione del plasma per raggiungere una densità sufficientemente elevata; si realizza mettendo il plasma in un recipiente magnetico duro (fusione a confinamento magnetico) chiamato tokamak. In pratica, il tokamak è una camera a forma di ciambella di dimensioni di una stanza, in cui si trovano magneti molto potenti che attirano le particelle elettriche del plasma finché si raggiunge la densità necessaria per consentire il lancio della fusione;
– l’accensione, quando il reattore emette più energia di quella necessaria per avviarlo.
Il più grande e potente tokamak del mondo è l’International Thermonuclear Experimental Reactor, o ITER nel sud della Francia; è considerato l’esperimento scientifico più costoso di sempre e si spera sia operativo nel 2025. I suoi costruttori sperano che la conoscenza di ITER migliorerà i reattori a fusione di prossima generazione, chiamati Demonstration Fusion Power Plant (DEMO) che saranno costruiti solamente a partire dal 2030.
Il secondo modello utilizza un tipo di reazione chiamata fusione a confinamento inerziale, ovvero una minuscola pallina di combustibile a idrogeno, dalle dimensioni di una testa di spillo, viene fatta sobbalzare con potenti onde d’urto. L’impatto delle onde d’urto comprimono e fondono l’idrogeno all’interno a pressioni e temperature sufficientemente elevate da consentire il lancio della fusione. Per creare le onde d’urto viene puntato un laser ad alta energia sulla pallina.
In alcuni esperimenti, la pallina di combustibile è stata fatta esplodere. Al National Ignition Facility (NIF) in California, invece, l’energia del laser viene convertita in raggi X, che a loro volta colpiscono la pallina. “Il processo per ottenere una di queste cose da comprimere… è molto complicato. Tutto deve essere davvero, estremamente preciso”, afferma Doug Larson, direttore del NIF in un’intervista. Anche se al NIF si possono creare pressioni immense – fino a cento miliardi di atmosfere – queste pressioni non durano così a lungo come in un tokamak, ma solo per un attosecondo.
La comunità scientifica è impegnata nello sviluppo della fusione da decenni, ma gli esperti avvertono che non si dovrebbe contare sulla fusione come soluzione al riscaldamento globale, poiché il suo impiego su scala commerciale potrebbe richiedere ancora decenni, e il cambiamento climatico potrebbe raggiungere livelli critici prima di allora.
Un annuncio audace arriva da Helion Energy
Qualche giorno fa è stato fatto l’annuncio che entro cinque anni sarà costruita una centrale elettrica a fusione. La start-up Helion Energy ha siglato un accordo con Microsoft per l’acquisto di energia da fusione. Questo accordo rappresenta una pietra miliare nel settore, in quanto è il primo di questo genere nel mondo.
La notizia ha scatenato un dibattito acceso sulla fattibilità di questo ambizioso progetto perché, come si è visto sopra, ci sono molte sfide tecniche da affrontare. Nonostante gli impedimenti tecnici ci sono diverse aziende che perseguono i propri piani per le centrali elettriche a fusione, sostenendo che i recenti progressi tecnologici potrebbero accelerare il processo.
L’accordo tra la Helion Energy e la Microsoft rappresenta un passo significativo verso l’obiettivo di fornire energia da fusione su scala commerciale. Helion Energy si è distinta nel settore grazie ai suoi legami con Microsoft. Il presidente del consiglio di amministrazione di Helion, Sam Altman, è anche il fondatore di OpenAI, una società che ha stretto una partnership multimiliardaria con Microsoft per lo sviluppo dell’intelligenza artificiale. L’impegno di Microsoft nell’energia da fusione è parte integrante della sua strategia per ridurre l’impronta di carbonio e promuovere l’adozione di fonti di energia pulita.
L’ottimismo di Helion riguardo alla tempistica del loro progetto non è condiviso da tutti. Alcuni esperti, come Robert Rosner, professore di fisica e astrofisica all’Università di Chicago, ritengono che ci vorranno ancora diversi decenni prima che un reattore a fusione possa fornire energia alla rete su scala commerciale. Rosner sottolinea le sfide legate alla produzione del carburante necessario per le reazioni di fusione e la necessità di mantenere la reazione per lunghi periodi di tempo.
Con tutte le incertezze e le critiche, l’industria della fusione nucleare è in fermento. Paesi come Stati Uniti, Cina, Regno Unito e molti altri stanno investendo ingenti risorse nella ricerca e nello sviluppo della fusione come potenziale fonte energetica per il futuro. Numerose aziende stanno facendo progressi significativi nello sviluppo di tecnologie di fusione innovative. Molte di esse stanno adottando approcci diversi, utilizzando magneti anziché laser e sfruttando nuove tecniche per aumentare l’efficienza delle reazioni. Christofer Mowry, amministratore delegato di Type One Energy e presidente dell’Associazione dell’Industria della Fusione, sottolinea che ci sono diverse aziende in competizione per realizzare la fusione e che basta un successo tra queste per aprire la strada a un futuro energetico rivoluzionario.
La sfida principale per Helion Energy e altre società simili è dimostrare la fattibilità tecnica ed economica della fusione nucleare su larga scala. Il segreto del successo risiede nella capacità di superare le sfide tecniche e nel garantire che l’energia da fusione sia prodotta in modo affidabile ed efficiente. Solo allora potrà diventare una fonte di energia praticabile e competitiva rispetto ad altre fonti rinnovabili.
L’energia da fusione potrebbe rappresentare una soluzione ecologica e abbondante per il futuro, ma solo il tempo dirà se queste ambizioni saranno realizzate. Gli sforzi delle aziende e dei ricercatori per portare avanti la ricerca e lo sviluppo di questa promettente fonte di energia continueranno, a dimostrazione della crescente consapevolezza dell’importanza di trovare alternative pulite e sostenibili alle fonti di energia convenzionali.
Nel valutare le aspettative legate alla fusione nucleare è importante mantenere un approccio realistico e basato sulla scienza. È fondamentale investire nella ricerca e nella collaborazione internazionale per superare gli ostacoli tecnici e garantire che la fusione nucleare diventi una realtà concreta.
Non dobbiamo dimenticare che la fusione nucleare è solo una delle molte soluzioni necessarie per affrontare la crisi climatica. Continuare a sviluppare e implementare fonti di energia rinnovabili già disponibili, come l’energia solare, eolica e idroelettrica, insieme a misure di efficienza energetica e cambiamenti nel nostro stile di vita rimane per ora il nostro atteggiamento più importante. Un mix energetico diversificato e sostenibile sarà essenziale per raggiungere gli obiettivi di emissioni zero e garantire un futuro più pulito per le generazioni future.
