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May 09, 2023

Qual è il futuro dell’energia da fusione?

Nuclear fusion won’t arrive in time to fix climate change, but it could be

La fusione nucleare non arriverà in tempo per risolvere il cambiamento climatico, ma potrebbe essere essenziale per il nostro futuro fabbisogno energetico

Lo scorso dicembre i fisici che lavoravano sulla fusione hanno affermato una svolta. Un team del National Ignition Facility (NIF) in California ha annunciato di aver estratto più energia da una reazione di fusione nucleare controllata di quella utilizzata per innescarla. Si è trattato di una prima mondiale e di un passo significativo per la fisica, ma molto lontano dal consentire lo sfruttamento pratico della fusione come fonte di energia. L’annuncio di alto profilo ha suscitato un modello familiare di risposte alla ricerca sulla fusione: consensi da parte dei sostenitori della tecnologia e licenziamenti da parte degli scettici, che si lamentano del fatto che gli scienziati promettono continuamente che la fusione è a soli 20 anni di distanza (o 30 o 50, a voi la scelta).

Queste ferventi reazioni riflettono l’elevata posta in gioco per la fusione. Il mondo è sempre più alla disperata ricerca di un’abbondante fonte di energia pulita che possa mitigare la crisi climatica creata dalla combustione di combustibili fossili. La fusione nucleare – la fusione di nuclei atomici leggeri – ha il potenziale per produrre energia con emissioni di carbonio prossime allo zero, senza creare i pericolosi rifiuti radioattivi associati agli odierni reattori a fissione nucleare, che dividono i nuclei molto pesanti degli elementi radioattivi. I fisici studiano l’energia da fusione fin dagli anni ’50, ma trasformarla in una fonte di energia pratica è rimasta un’operazione frustrante e sfuggente. Sarà mai una fonte di energia significativa per il nostro pianeta affamato di energia? E, se sì, arriverà in tempo per salvare la Terra dal tracollo?

Quest’ultima domanda è una delle poche in questo campo a cui esiste una risposta chiara. La maggior parte degli esperti concorda sul fatto che difficilmente saremo in grado di generare energia su larga scala dalla fusione nucleare prima del 2050 circa (i più prudenti potrebbero aggiungere un altro decennio). Dato che l’aumento della temperatura globale nel corso del secolo in corso potrebbe essere in gran parte determinato da ciò che faremo – o non faremo – riguardo alle emissioni di carbonio prima di allora, la fusione non può essere un salvatore. (Anche l'editorialista dell'Osservatorio Naomi Oreskes sottolinea questo punto qui.) "Penso che la fusione sembri molto più plausibile ora rispetto a 10 anni fa come futura fonte di energia", afferma Omar Hurricane, leader del programma presso il Lawrence Livermore National Laboratory, dove il NIF è ospitato. "Ma non sarà fattibile nei prossimi 10 o 20 anni, quindi abbiamo bisogno di altre soluzioni."

La decarbonizzazione entro la metà del secolo dipenderà quindi da altre tecnologie: energie rinnovabili come quella solare ed eolica; fissione nucleare; e forse tecniche di cattura del carbonio. Guardando più lontano, però, ci sono buone ragioni per ritenere che la fusione sarà una parte fondamentale dell’economia energetica nella seconda metà del secolo, quando più paesi in via di sviluppo inizieranno a richiedere bilanci energetici di dimensioni occidentali. E risolvere il problema del cambiamento climatico non è una questione una tantum. Se riusciamo a superare il collo di bottiglia dei prossimi decenni senza trasformare il clima in modo troppo radicale, la strada potrebbe essere più agevole.

La fusione nucleare fu riconosciuta come una potenziale fonte di energia quasi subito dopo la fissione. In una riunione di debriefing del Progetto Manhattan alla fine del 1945, il fisico italiano Enrico Fermi, che guidò il progetto per costruire il primo reattore a fissione a Chicago durante la seconda guerra mondiale, immaginò reattori a fusione per la produzione di energia. Gli scienziati hanno scoperto come liberare l’energia di fusione pochi anni dopo, ma solo nelle esplosioni incontrollate di bombe all’idrogeno simili ad Armageddon. Una volta che avessimo imparato come condurre il processo in modo controllato e duraturo, avevano previsto alcuni scienziati, l’elettricità sarebbe diventata “troppo economica per essere misurata”.

Ma le sfide si sono rivelate molto più grandi del previsto. "È durissimo", dice Hurricane. "Fondamentalmente stiamo creando stelle sulla Terra." La fusione di due atomi di idrogeno per produrre elio è il processo principale che alimenta il sole e le altre stelle. Quando questi nuclei atomici leggeri si combinano, rilasciano un'enorme quantità di energia. Ma poiché questi nuclei hanno cariche elettriche positive, si respingono a vicenda, e sono necessarie pressioni e temperature enormi per superare la barriera elettrostatica e farli fondere. Se gli scienziati riuscissero a contenere il combustibile per la fusione – una miscela plasmatica di deuterio e trizio, due isotopi pesanti dell’idrogeno – l’energia rilasciata nella reazione potrebbe renderla autosufficiente. Ma come si fa a imbottigliare un plasma a una temperatura di circa 100 milioni di Kelvin, molte volte più calda del centro del sole?