L'”energia da fusione” è l’energia in forma utilizzabile ottenuta da una reazione di fusione nucleare
Cos’è l’energia da fusione? Il termine “energia da fusione” si riferisce all’energia ottenuta da una reazione di fusione nucleare, generalmente in forma utilizzabile come energia elettrica.
Anche se il termine si riferisce principalmente a “reazioni di fusione nucleare ottenute artificialmente e controllate“, molte fonti di energia indirettamente utilizzano la fusione nucleare (come quella che avviene naturalmente nel Sole).
Attualmente, molti esperimenti sulla fusione nucleare sono in corso, ma non esiste ancora un sistema in grado di generare e sfruttare l’energia di fusione in modo sicuro ed efficace.
Concetti di base sulla fusione nucleare dell’idrogeno
La fusione nucleare avviene quando due nuclei atomici si combinano per formare un solo nucleo, producendo una grande quantità di energia. Questa energia è la differenza di massa tra i 2 nuclei iniziali e segue l’equivalenza tra massa ed energia di Einstein (E=mc²).
L’idrogeno è il miglior combustibile nucleare perché i nuclei più leggeri si fondono più facilmente. La fusione di deuterio e trizio è attualmente al centro della ricerca sulla fusione controllata perché produce un’energia maggiore rispetto all’energia richiesta per avviare il processo. Tuttavia, il primo passo per la ricerca sulla fusione nucleare è la costruzione di un reattore nucleare in grado di generare la fusione controllata di deuterio e trizio.
Utilizzo commerciale dei reattori a fusione
La fusione nucleare è vista come una soluzione a lungo termine per i problemi energetici della Terra. Inoltre, il combustibile utilizzato (idrogeno) è praticamente inesauribile e può essere estratto dall’acqua.
Gli attuali reattori sperimentali e gli ipotetici reattori di potenza utilizzano una miscela di deuterio-trizio (D-T) come combustibile, mentre i reattori di seconda generazione funzioneranno con solo deuterio (D-D).
La fusione nucleare non produce sostanze radioattive come l’uranio o le scorie di fissione, riducendo la possibilità di incidenti come quelli di Černobyl’ o di Three Mile Island. Inoltre, non ci sono prodotti chimici da combustione che vengono rilasciati nell’atmosfera e quasi nessun contributo al riscaldamento del pianeta.
La radioattività residua prodotta è di basso livello e la produzione di sostanze con breve vita media può ridurre significativamente la radioattività del contenitore del reattore.
Non è ancora chiaro se la produzione di energia attraverso la fusione nucleare sia economicamente competitiva rispetto ad altri sistemi. Gli investimenti per costruire un reattore a fusione e gli impianti di produzione del combustibile possono essere molto elevati.
Tuttavia, a fronte di un combustibile estremamente diffuso e disponibile, i costi di altri sistemi energetici, come i combustibili fossili, devono essere considerati alla luce delle tensioni internazionali, delle guerre derivanti dal controllo delle fonti di combustibile e dell’impatto ambientale.
La fusione nucleare come una possibile fonte di energia presenta, però, notevoli difficoltà tecniche da superare per la sua realizzazione. Una delle sfide principali è trovare un materiale che possa resistere all’intenso flusso di neutroni generato durante la reazione di fusione. Negli anni ’90 si è parlato di una possibile fusione fredda a basse temperature, ma le ricerche non hanno portato a risultati concreti.
Il progetto italiano di fusione nucleare dell’idrogeno
Attualmente, l’Unione Europea sta sviluppando il progetto ITER per creare il primo reattore a fusione funzionante.
Anche l’Italia sta studiando la possibilità di costruire un reattore sperimentale a confinamento magnetico chiamato IGNITOR. Nel settembre 2021, l’azienda americana Commonwealth Fusion Systems, di cui Eni è maggiore azionista, ha realizzato e testato un prototipo di un magnete basato su superconduttori ad alta temperatura per una camera di fusione.
Questo potrebbe consentire la costruzione di un reattore sperimentale più piccolo e il primo impianto pilota industriale in grado di raggiungere le temperature necessarie per la fusione controllata di deuterio e trizio, chiamato ARC, potrebbe entrare in funzione già nel 2025 secondo le previsioni di CFS.
Come funziona:
La fusione nucleare dell’idrogeno è una reazione fisica naturale che avviene nel Sole e in altre stelle, liberando un’enorme quantità di energia. La tecnologia della fusione nucleare è estremamente interessante perché non emette gas a effetto serra né sostanze fortemente inquinanti o altamente radioattive, ed è virtualmente inesauribile, poiché utilizza deuterio e trizio, due isotopi dell’idrogeno facili da ottenere.
Per controllare la continuità della fusione in un impianto di produzione di energia, si sta studiando la tecnologia del confinamento magnetico, che impiega campi magnetici potentissimi per gestire il plasma in cui avviene la fusione. Questa tecnologia è ancora in fase di sviluppo, ma rappresenta una svolta nel percorso di decarbonizzazione.
Quando la tecnologia diventerà sufficientemente matura da poter essere utilizzata a livello industriale, si potrà garantire una fornitura estesa di energia pulita, sicura e sostenibile. Centrali elettriche alimentate da reattori a fusione potranno soddisfare la crescente richiesta di energia di grandi insediamenti produttivi e urbani, mantenendo una elevata sostenibilità. Inoltre, gli impianti di dimensioni più piccole, integrati con le fonti rinnovabili, potranno al tempo stesso facilitare l’alimentazione energetica di piccole comunità e realtà off-grid.
La fusione avviene quando due nuclei di isotopi dell’idrogeno si uniscono per formare un elemento più pesante come l’elio. Per la fusione nucleare, vengono utilizzati i due isotopi dell’idrogeno, ovvero il deuterio e il trizio.
La fusione richiede temperature di centinaia di milioni di gradi, e l’agitazione termica necessaria avviene in un gas ionizzato ad altissima temperatura chiamato “plasma“.
La gestione del “plasma” è la principale sfida tecnica da affrontare. Per far fronte a questa sfida, si utilizza il dispositivo Tokamak, un dispositivo a forma di ciambella in cui il plasma ad altissima temperatura viene confinato in alto vuoto, in uno spazio limitato e non entra in contatto con le superfici della macchina, utilizzando un potentissimo campo magnetico generato da supermagneti posti intorno alla camera.
Per avviare un reattore a fusione, si immette una miscela di deuterio e trizio nel Tokamak, che viene riscaldata e portata alle condizioni di fusione. Il processo di fusione libera neutroni molto energetici, che vengono assorbiti in un “blanket” (uno spesso rivestimento che contiene la camera di fusione).
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