La svolta nell'energia da fusione nucleare, spiegata

Alcuni degli investitori più ricchi del mondo si sono uniti in startup che mirano a una delle sfide più grandi e difficili della scienza: la fusione nucleare. Considerata a lungo come il premio finale nella ricerca di energia pulita e abbondante, la fusione è il processo che alimenta il sole, dove una forza gravitazionale schiacciante schiaccia insieme gli atomi e libera la loro energia. Alla fine del 2022, i ricercatori hanno celebrato un traguardo scientifico a lungo cercato, un segno di progresso in un campo pieno di sfide tecnologiche fastidiose e di scetticismo sulle prospettive a breve termine.

1. Qual è stata la pietra miliare?

Nel dicembre 2022, gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory in California hanno concentrato il laser più potente del mondo su una capsula di diamante delle dimensioni di un granello di pepe riempita di idrogeno. I raggi hanno rilasciato 2,05 megajoule di energia, innescando una reazione che ha fuso l'idrogeno in elio e ha rilasciato 3,15 megajoule. La differenza, poco più di un megajoule, corrisponde all'incirca alla quantità di energia rilasciata da una bomba a mano. Il risultato, noto come “accensione” o guadagno netto di energia (che significa più energia fuori che dentro), era un risultato che gli scienziati perseguivano da decenni. Ciò suggeriva che il nucleo fisico della fusione controllata fosse stato violato, creando la possibilità di un processo per produrre elettricità a basso costo e priva di carbonio. Dopo diversi tentativi infruttuosi, lo stesso laboratorio è riuscito a replicare il risultato a luglio.

2. Quanto è vicina la fusione commerciale?

Anche se gli Stati Uniti e altri governi promuovono visioni audaci e varie tecnologie, gli esperti più ottimisti affermano che siamo a circa un decennio di distanza dalla prima centrale elettrica a fusione che fornirà elettricità alla rete. La maggior parte lo fissa tra 20 o 30 anni. Con l’avanzare della scienza negli ultimi anni, la fusione ha iniziato ad attrarre una nuova classe di investitori e sempre più aziende private si sono lanciate nella corsa. Gli investimenti sono saliti a 2,6 miliardi di dollari nel 2021 dai circa 300 milioni di dollari del 2020. Sono scesi a 521 milioni di dollari nel 2022.

3. Quali sono le tecnologie?

La ricerca sulla fusione ha beneficiato dei progressi nel supercalcolo, nella stampa 3D e nei magneti superconduttori. Esistono diversi approcci:

• Confinamento inerziale: il traguardo di dicembre ha dimostrato che questo metodo, ovvero sparare laser su pallini riempiti di idrogeno, può funzionare. Ma la reazione è stata eccezionalmente breve, non il tipo di processo continuo utilizzato tipicamente dalle centrali elettriche. E, almeno per ora, la produzione di questi pellet è costosa e richiede molto tempo.

• Confinamento magnetico: il metodo più utilizzato utilizza potenti campi magnetici per contenere il plasma, un gas surriscaldato caricato elettricamente, in modo che possa sostenere una reazione di fusione. Richiede temperature molto più calde del sole, nell'ordine di 150 milioni di C (270 milioni di F). La maggior parte degli sforzi utilizza un design dell’era sovietica noto come tokamak, che presenta una camera superraffreddata a forma di ciambella per contenere il plasma, o una variante nota come stellarator.

• Altre alternative: le startup stanno perseguendo tecnologie ibride o idee uniche. Una delle aziende meglio finanziate, la TAE Technologies della California, utilizza acceleratori per diffondere il plasma con particelle ad alta energia, rendendolo più facile da gestire.

4. Quali sono gli ostacoli?

La fusione non produce scorie nucleari di alto livello come le barre di combustibile esaurito della fissione, la forma alternativa di energia atomica che divide gli atomi, utilizzata nei reattori commerciali fin dagli anni '50 e alimentava le bombe atomiche originali. Tuttavia, la ricerca sulla fusione deve superare sfide tecniche, ad esempio come sviluppare materiali in grado di resistere al bombardamento di particelle atomiche all’interno di una macchina. Inoltre non è chiaro come l’energia prodotta verrà sfruttata e convertita in elettricità.

5. Chi sono i giocatori?

Ci sono tre gruppi distinti: iniziative nazionali, un pacchetto di quasi tre dozzine di startup private e il reattore sperimentale termonucleare internazionale da 35 nazioni, da 25 miliardi di dollari, o ITER. La collaborazione internazionale, il più grande progetto di ricerca della storia, lavora dal 2010 su una gigantesca macchina dimostrativa in Francia. Si tratta di un progetto sulla scala della corsa allo spazio, quando gli Stati Uniti e l'ex Unione Sovietica gareggiavano per costruire enormi razzi. Tra i più importanti sostenitori delle startup figurano il fondatore di Amazon Jeff Bezos, il fondatore di Microsoft Bill Gates e Peter Thiel di Palantir. Si ritiene che la spinta verso la fusione genererà progressi scientifici anche se la tecnologia di base avrà bisogno di decenni per affermarsi.