Fusione nucleare, tra grandi promesse e ostacoli ancora da superare
Mentre startup e colossi dell’energia accelerano sugli investimenti, la ricerca deve ancora risolvere sfide tecnologiche decisive prima che la fusione diventi una fonte di energia commerciale
di Erasmo Venosi
Fisico, già vice presidente della Commissione AIA del Ministero dell’Ambiente, componente del gruppo scientifico Energia e Clima del Parlamento Europeo e consulente di ClientEarth per la Centrale Federico II di Brindisi
Due italiani e tre tedeschi hanno elaborato una soluzione per la fusione nucleare fondando la startup Proxima Fusion, che punta a costruire in Germania quella che potrebbe diventare la prima centrale a fusione in Europa.
Per raggiungere questo obiettivo è stato firmato un Memorandum of Understanding (MoU) con la multinazionale energetica tedesca RWE, lo Stato della Baviera e l’Istituto Max Planck per la Fisica del Plasma. Il progetto riguarda la realizzazione della centrale sperimentale Alpha, basata sulla tecnologia a confinamento magnetico stellarator.
L’impianto mira a dimostrare, per la prima volta, un bilancio energetico positivo del plasma, producendo più energia di quanta ne venga consumata per innescare il processo di fusione.
Lo Stato della Baviera contribuirà con un finanziamento massimo di 400 milioni di euro, pari a un quinto dell’investimento complessivo. La restante parte sarà coperta da capitali privati nazionali e internazionali.
Il ruolo dell’Italia nel progetto
Attorno ad Alpha è nato un consorzio che riunisce oltre trenta aziende, tra cui le italiane ENI e la Walter Tosto Spa.
Anche Cassa Depositi e Prestiti è entrata nel capitale di Proxima Fusion, che finora ha raccolto circa 200 milioni di euro. Tra gli investitori figurano inoltre il Fondo del Consiglio europeo per l’Innovazione e CDP Venture Capital, già impegnata nel finanziamento di tecnologie legate alla transizione energetica, come mobilità sostenibile, smart grid e soluzioni innovative nel settore delle energie rinnovabili.
Il cronoprogramma di Alpha
Il piano industriale prevede, entro il prossimo anno, la sperimentazione della prima Stellarator Model Coil, un prototipo di magnete tridimensionale dalla geometria estremamente complessa, necessario per confinare il plasma.
A differenza dei tokamak, gli stellarator impiegano bobine intrecciate che mantengono stabile il plasma senza richiedere una corrente elettrica al suo interno. I campi magnetici vengono generati mediante superconduttori ad alta temperatura.
L’avvio della costruzione della centrale Alpha è previsto entro il 2031.
La sfida americana
Negli Stati Uniti il principale protagonista è Commonwealth Fusion Systems (CFS), spin-off del Massachusetts Institute of Technology (MIT), oggi considerata la maggiore azienda privata operante nel settore della fusione nucleare.
Anche ENI è tra gli investitori della società, che ha raccolto circa dieci miliardi di euro. CFS utilizza reattori tokamak basati su magneti superconduttori ad alta temperatura e sta realizzando il reattore dimostrativo SPARC.
La successiva centrale sperimentale ARC sorgerà in Virginia, una delle aree statunitensi con la più alta concentrazione di data center e una domanda elettrica in forte crescita, alimentata anche dall’espansione dell’intelligenza artificiale e della mobilità elettrica.
Tra i partner tecnologici figurano Siemens, Nvidia e Google DeepMind, impegnate nello sviluppo di sistemi di intelligenza artificiale per simulare il comportamento del plasma, ottimizzare il rifornimento di combustibile (deuterio e trizio) e migliorarne il riscaldamento mediante radiofrequenza.
Le promesse e la realtà scientifica
L’entusiasmo mediatico si scontra con una realtà scientifica molto più prudente. Numerosi problemi tecnologici rimangono infatti irrisolti.
Il professor Atzeni, dell’Università La Sapienza di Roma, sottolinea che saranno necessari “almeno trent’anni” sia per la fusione a confinamento magnetico sia per quella ottenuta mediante laser.
Anche Kim Budil, direttrice del Lawrence Livermore National Laboratory, evidenzia come gli ostacoli siano ancora enormi, non soltanto sul piano scientifico ma anche su quello tecnologico. La produzione commerciale richiederà infatti molteplici eventi di accensione al minuto, sistemi affidabili di trasmissione dell’energia e ulteriori decenni di ricerca. In altre parole, il chilowattora prodotto dalla fusione non arriverà prima di alcuni decenni.
Un potenziale energetico straordinario
Le potenzialità della fusione sono comunque eccezionali.
Da un grammo di deuterio è possibile ottenere circa 100 mila chilowattora, equivalenti all’energia prodotta da 7.000 litri di benzina oppure da 2.500 tonnellate di carbone.
Una centrale termoelettrica da un milione di kW necessita ogni anno di circa un milione di tonnellate di carbone per produrre sette miliardi di chilowattora. Un reattore a fusione della stessa potenza consumerebbe invece appena 110 chilogrammi di deuterio e 150 chilogrammi di trizio.
Il deuterio è facilmente ricavabile dall’acqua marina, mentre il trizio deve essere prodotto a partire dal litio mediante l’assorbimento dei neutroni generati dalla stessa reazione di fusione.
Il problema dei neutroni
I vantaggi teorici della fusione sono enormi, ma restano ostacoli molto complessi.
La reazione tra deuterio e trizio produce elio e neutroni, che trasportano circa il 75% dell’energia liberata.
Questi neutroni possiedono un’energia di circa 14 MeV, molto superiore a quella tipica dei reattori a fissione. Non essendo confinati dai campi magnetici, colpiscono direttamente le pareti del reattore, provocando deformazioni microscopiche che finiscono per indebolire il materiale strutturale.
Le strutture danneggiate devono quindi essere sostituite e diventano rifiuti radioattivi. Per questo motivo la ricerca sta sviluppando nuovi materiali, compresi i cosiddetti materiali autoriparanti, capaci di rigenerare spontaneamente parte dei danni subiti.
La sfida del trizio
Un’altra criticità riguarda il trizio.
In natura è praticamente assente e deve essere prodotto artificialmente. Oggi può essere ottenuto nei reattori CANDU, ma questa soluzione è costosa e destinata a diventare sempre meno praticabile.
La strategia considerata più promettente consiste nel produrre il trizio direttamente all’interno del reattore, sfruttando uno strato di litio-6 che assorbe i neutroni e genera contemporaneamente elio e nuovo combustibile.
Tuttavia, questo processo non è mai stato sperimentato su larga scala e presenta importanti problemi sia tecnologici sia di sicurezza.
Il caso ITER
Il progetto internazionale ITER, nato proprio per dimostrare la fattibilità della fusione deuterio-trizio, avrebbe dovuto verificare anche la produzione autonoma del trizio.
Successivamente questo obiettivo è stato abbandonato, probabilmente a causa dell’esplosione dei costi dell’impianto, passati da circa 6 a oltre 25 miliardi di dollari.
Di conseguenza, uno degli aspetti fondamentali per il funzionamento di una futura centrale commerciale resta ancora privo di una dimostrazione sperimentale.
Le conoscenze disponibili derivano soprattutto da simulazioni numeriche, oggetto di numerose critiche nella letteratura scientifica.
Una prospettiva ancora lontana
Alla luce delle conoscenze attuali, appare difficile sostenere che una rivoluzione della fusione nucleare sia imminente.
Gli investimenti privati e pubblici stanno crescendo rapidamente e l’intelligenza artificiale sta contribuendo a migliorare il controllo della turbolenza del plasma, uno dei problemi più complessi della fusione. Tuttavia, rimangono aperte questioni decisive legate ai materiali, alla produzione del trizio, alla gestione dei neutroni e alla sostenibilità economica degli impianti.
Per molti ricercatori serviranno ancora diversi decenni prima di poter valutare se la fusione potrà realmente sostituire, su larga scala, i combustibili fossili.
Nel frattempo, il cambiamento climatico resta un’emergenza concreta che richiede interventi immediati. Per questo motivo, la decarbonizzazione dei sistemi energetici dovrà continuare a fare affidamento soprattutto sulle tecnologie già disponibili, mentre la fusione proseguirà il proprio lungo percorso di sviluppo.