C’è ancora molta strada da fare: facciamo un quadro della situazione
Dopo molti decenni di tentativi, gli scienziati hanno raggiunto una pietra miliare nella ricerca sulla fusione, arrivando finalmente ad una reazione che ha generato più energia di quanta ne è sia stata utilizzata per avviarla.
Il segretario all’Energia degli Stati Uniti Jennifer Granholm ha annunciato che i ricercatori del National Ignition Facility del Lawrence Livermore National Laboratory hanno ottenuto quello che è noto come guadagno netto di energia, una vittoria simbolica per la ricerca sulla fusione nucleare.
Il progresso dimostra la fattibilità di base dell’energia da fusione, un obiettivo che i ricercatori perseguono dagli anni ’50. Ma l’esperimento scientifico ha richiesto i laser più potenti del mondo e non è un percorso immediatamente pratico verso l’energia di fusione. Saranno necessarie molte altre scoperte scientifiche e ingegneristiche per trasformare la fusione da un esperimento di laboratorio in una tecnologia commerciale in grado di fornire alla rete energia affidabile e priva di emissioni di carbonio.
Nelle reazioni di fusione, sia in un reattore che nel nucleo di una stella, gli atomi vengono sbattuti l’uno contro l’altro finché non si fondono, rilasciando energia. L’obiettivo dell’energia di fusione è ottenere più energia dalla reazione rispetto a quella immessa per energizzare e mantenere il combustibile in posizione, e farlo in modo controllato. Fino ad ora, la fattibilità del processo non è stata mai dimostrata.
La reazione di fusione al NIF ha avuto successo, generando 3,15 megajoule di energia, più dei 2,05 megajoule forniti dai laser utilizzati nel reattore. L’anno scorso, la stessa struttura ha prodotto circa il 70% dell’energia fornita alla reazione dai laser.
I laser richiedono più energia per funzionare rispetto a quella che forniscono al reattore, ma anche vedere un guadagno netto di energia all’interno del sistema è una pietra miliare significativa.
“La comunità si sente ora il vento in poppa”, afferma Anne White, del MIT. Ma, aggiunge, ciò non significa che siamo pronti a mettere in rete l’energia da fusione: “Non è realistico”.
Il laboratorio utilizza il laser più grande e potente del mondo in un approccio alla fusione chiamato confinamento inerziale. La tecnica si basa su laser che sparano per pochi miliardesimi di secondo per generare raggi X che comprimono e riscaldano una minuscola capsula di carburante delle dimensioni di un granello di pepe.
Alla fine, il combustibile, costituito da tipi pesanti di idrogeno chiamati deuterio e trizio, diventa abbastanza caldo e denso da formare un plasma, e i nuclei di idrogeno iniziano a scontrarsi l’uno con l’altro, fondendosi e rilasciando energia.
Sebbene il confinamento inerziale sia il primo schema di fusione a produrre un guadagno netto di energia, non è il percorso più probabile per qualsiasi possibile tentativo di fusione commerciale.
Molti scienziati della fusione pensano che il confinamento magnetico, in particolare un reattore a forma di ciambella chiamato tokamak, sia un’opzione migliore. Invece dei laser, i tokamak e altri reattori che utilizzano il confinamento magnetico si affidano ai magneti per mantenere il combustibile in posizione e raggiungere le intense condizioni richieste per la fusione utilizzando corrente elettrica e onde radio.
Poiché i loro approcci tecnici sono così diversi, il guadagno netto visto nell’esperimento di confinamento inerziale non si traduce in altri approcci all’energia di fusione, come i tokamak. Mentre entrambi gli approcci mirano a creare plasma abbastanza caldo da alimentare la fusione, la fisica e l’ingegneria che servono per arrivarci differiscono tra i vari concetti, afferma White.
Alcune startup ben finanziate, come Commonwealth Fusion, stanno perseguendo schemi di confinamento magnetico, mentre Helion Energy e altri stanno lavorando su sistemi ibridi di confinamento magneto-inerziale e alcuni, come TAE Technologies, stanno prendendo di mira ancora altri approcci. E, sottolinea White, tutti affermano che alla fine otterranno un guadagno netto, perché è il primo passo verso un sistema di alimentazione praticabile che utilizza la fusione.
Tuttavia, il raggiungimento di un guadagno netto è un vantaggio significativo per un settore che insegue risultati da decenni. “Questo momento è importante”, afferma Michl Binderbauer, CEO di TAE Technologies. Sebbene ciascun approccio avrà una tecnologia diversa, il momento prova che la potenza della fusione, al suo livello più elementare, può funzionare.
Il prossimo passo per la fusione, raggiunto il guadagno netto, dice White, è produrre molta più energia di quella fornita, invece che solo un po’ di più. Ciò è particolarmente importante negli approcci di confinamento inerziale perché i laser non sono molto efficienti, quindi prendono più energia dalla rete di quanta ne forniscano al reattore a fusione. Quindi, mentre all’interno del reattore c’era un guadagno netto di energia, in realtà produrre quei 3,15 megajoule richiedeva circa 300 megajoule dalla rete.
Una tecnologia laser più efficiente è stata sviluppata da quando sono stati progettati i laser per NIF, e i ricercatori vedono anche un percorso per produrre centinaia di megajoule di energia nelle reazioni invece che solo pochi, ha detto il direttore di Lawrence Livermore Kim Budil in una conferenza stampa dopo l’annuncio.
Costruire reattori in grado di produrre in modo affidabile e ripetuto una quantità significativa di energia non sarà un compito banale e mancano ancora molti grandi annunci per vedere l’energia da fusione in applicazioni commerciali.
Ma raggiungere un guadagno netto, anche in un reattore poco pratico in un laboratorio nazionale, è una pietra miliare per la fusione. Come ha detto Budil durante la conferenza stampa, “Abbiamo dimostrato che si può fare”.
