Figlia delle stelleLa fusione nucleare e la prima produzione netta di energia commerciale

La reazione fisica che alimenta il sole non emette gas a effetto serra, né sostanze fortemente inquinanti o radioattive ed è virtualmente inesauribile. L’obiettivo è generare elettricità a partire dai primi anni 2030

Unsplash

Questo articolo è stato originariamente pubblicato sul numero 54 di We – World Energy, il magazine di Eni

Settembre 2021: il nostro gruppo guardava lo schermo pieno di aspettative mentre la nostra tecnologia di magneti per fusione viaggiava spedita verso l’obiettivo di 20 Tesla. Sapevamo che il successo di quel rivoluzionario magnete avrebbe comportato per noi un importante passo in avanti verso l’introduzione della fusione a confinamento magnetico sul mercato. Sarebbe stata la realizzazione di decenni di lavoro, trascorsi nella convinzione che sfruttare l’energia da fusione significa produrre energia pulita, sicura e sostanzialmente inesauribile per il mondo e che ciò gioca un ruolo importante nella transizione energetica. La nostra tecnologia magnetica HTS ha raggiunto il suo obiettivo segnando un punto di svolta per l’energia da fusione a scopo commerciale.

La fusione nella storia
La fusione fu scoperta per la prima volta negli anni 1920 mentre alcuni scienziati lavoravano per stabilire come venivano alimentate le stelle. Alla fine, hanno appreso che le stelle si autoalimentano attraverso la fusione: gli atomi di idrogeno si fondono tra loro per formare elio, rilasciando enormi quantità di energia durante il processo. È l’opposto della fissione, comunemente nota come “energia nucleare”, un processo che sfrutta i neutroni per dividere elementi più pesanti e instabili come l’uranio o il plutonio per generare energia. Nel nostro universo, tutto è stato creato dalle stelle. Sono la più grande fonte di energia esistente. Nei decenni che hanno seguito quella scoperta, gli scienziati hanno continuato a sviluppare e migliorare macchine per ricreare le condizioni di quel processo di fusione in modo da replicarlo qui, sulla Terra.

La fusione è stata studiata per molte decine di anni in tutto il mondo, principalmente in contesti accademici o di ricerca. Il più grande progetto di ricerca sulla fusione, che prende il nome di “ITER”, è uno sforzo collaborativo finanziato dai maggiori governi mondiali. La sua missione scientifica è quella di ottenere energia netta e, in definitiva, un plasma bruciante (autoriscaldante) utilizzando dei magneti per limitare il processo di fusione. Il progetto ITER afferma su scala multinazionale la convinzione che il mondo dovrebbe perseguire lo studio della fusione come fonte di energia globale. Parallelamente a ciò, sono sorte oltre 35 società private con approcci diversi allo sviluppo dell’energia da fusione a scopo commerciale.

Sostanzialmente, l’energia da fusione a scopo commerciale rappresenta un nuovo tipo di tecnologia per la generazione di energia che sfrutta come combustibile minime quantità di isotopi dell’idrogeno (deuterio e trizio) e che sulla carta è intrinsecamente sicuro, senza rischi di proliferazione, fusione o rifiuti ad alta attività e a lunga durata di vita. La fusione assicura un carico di base sotto forma di calore di alta qualità, con una densità energetica 200 milioni di volte superiore rispetto agli idrocarburi. È programmabile (il che significa che possiamo avviare o arrestare il processo a comando), caratterizzata da una rapida scalabilità e realizzabile in qualsiasi area geografica. Inoltre, il calore prodotto potrebbe essere utile per i processi industriali.

I superconduttori ad alta temperatura
Il Massachusetts Institute of Technology (MIT) è stato per decenni un’istituzione leader nello studio della fusione. Più nello specifico, è il Plasma Science and Fusion Center del MIT che sta studiando da tempo come utilizzare potenti magneti per confinare il plasma e generare energia da fusione pratica. Io e gli altri co-fondatori di Commonwealth Fusion Systems (CFS) eravamo al MIT quando sul mercato è stato immesso un nuovo materiale chiamato “superconduttore ad alta temperatura” (HTS). Credevamo di poter utilizzare gli HTS per costruire magneti in grado di produrre campi magnetici molto più elevati rispetto a quanto consentito con le precedenti tecnologie. L’intento era di applicare questi magneti a un “tokamak”, la tipologia di macchina a fusione più performante e più studiata che sfrutta un campo magnetico per confinare un plasma in cui avviene la fusione.

In passato, con le vecchie tecnologie magnetiche, i tokamak dovevano essere di dimensioni enormi per ottenere energia netta e infine essere utilizzati nel contesto di una centrale elettrica, il che significava costi elevati e lunghi tempi di costruzione, premesse insensate nell’ottica di introdurre l’energia da fusione sul mercato. La nostra idea era che, utilizzando i magneti HTS, avremmo potuto costruire dei tokamak più piccoli, più veloci e a un costo inferiore, consentendo di ottenere per la prima volta in assoluto dalla fusione energia netta e anche commercialmente fattibile.

Eni ha riposto fiducia in CFS e nel nostro piano per fornire energia da fusione a scopo commerciale, nonché nell’impegno a riflettere sul futuro dell’energia e su ciò che richiedeva dal punto di vista climatico. La società si è assunta un forte onere verso CFS sia attraverso un precoce e significativo investimento finanziario sia fornendo risorse industriali e knowhow dal valore inestimabile. Attraverso il Plasma Science and Fusion Center del MIT ha dato vita al nuovo programma “Laboratory for Innovation in Fusion Technologies” (LIFT), volto a investire in nuovi progetti di ricerca sulla fusione a sostegno degli sforzi di commercializzazione. Ha poi partecipato al progetto DTT (Divertor Tokamak Test facility) dell’ENEA e ha contribuito alla creazione di un centro di ricerca congiunto sulla fusione che rappresenta il fulcro di una rete scientifica con le principali università italiane.

Grazie alla potenza di calcolo del suo HPC5 (High Performance Computing 5), uno dei supercomputer industriali più potenti ed efficienti al mondo, Eni è inoltre in grado di supportare CFS per velocizzare il comportamento del plasma e le simulazioni di controllo e per agevolare la progettazione ingegneristica.

Verso la produzione netta di energia
Dopo la positiva dimostrazione della nostra tecnologia di magneti per fusione, CFS ha compiuto un importante passo in avanti verso l’ottenimento di energia netta commercialmente rilevante grazie al nostro “SPARC”, un tokamak che utilizza magneti HTS. Attualmente in costruzione nel nostro nuovo campus di fusione a scopo commerciale sito a Devens, Massachusetts, sarà la prima macchina a fusione per la produzione netta di energia commercialmente rilevante al mondo. SPARC è sulla buona strada per divenire operativo e raggiungere i suoi obiettivi entro il 2025. Aprirà la strada alla nostra prima centrale elettrica a fusione a scopo commerciale, chiamata ARC, il cui obiettivo è generare elettricità a partire dai primi anni 2030.

*Bob Mumgaard è amministratore delegato di Commonwealth Fusion Systems (CFS) e membro chiave del gruppo tecnico: guida il processo di progettazione SPARC e determina come si interfaccia con la strategia aziendale.

Le newsletter de Linkiesta

X

Un altro formidabile modo di approfondire l’attualità politica, economica, culturale italiana e internazionale.

Iscriviti alle newsletter